急速に発展しているブロックチェーン技術の分野では、多くのプロトコルが提案され、実装されていますが、各プロトコルは、計算によるプルーフ・オブ・ワークからインセンティブベースのプルーフ・オブ・ステークまで、異なるコンセンサス手法を採用しています。ブロックチェーンの初期の頃から、コンセンサス、セキュリティ、プログラミング言語などのさまざまな側面におけるプロトコルの違いにより、流動性と資産は徐々に異なるチェーン間で分散してきました。この問題の解決策としてクロスチェーンブリッジが登場し、断片化を軽減し、さまざまなブロックチェーン間の流動性を統合します。このようなクロスチェーン ブリッジ プロトコルの 1 つがワームホールです。これは、Solana や Ethereum などの異なるスマート コントラクト ブロックチェーン間での暗号通貨や非代替トークン (NFT) の流通を促進します。
クロスチェーンブリッジの現在のリスク
クロスチェーンブリッジは非常に難しい場合があります。スマートコントラクトや中央カストディアンに保存されている資産を保護する必要があるため、クロスチェーンブリッジのセキュリティを確保することは重要な課題です。橋の資金は中央に保管されているため、歴史的にハッカーの標的となってきました。ブリッジの設計が進化すると、攻撃者が新たな脆弱性や悪用を発見する機会も生まれます。 2022 年、セキュリティ修正が Github にアップロードされた後、ワームホールがハッキングされ、3 億 2,500 万ドルの損失が発生しました。ハッカーは成功し、資金を奪いました。 Chainarise の報告によると、2022 年に盗まれた資金総額の 69% がクロスチェーンブリッジ攻撃によるものでした。
直面したもう 1 つの課題は、パフォーマンスの低下と中央エンティティへの依存でした。現在のクロスチェーン ブリッジはスケーラビリティの問題に直面しています。両方のチェーンのステータスを更新および調整するために、クロスチェーン ブリッジには大量のコンピューティング能力とストレージ容量が必要となり、結果的に大幅なオーバーヘッドが発生します。この負担を軽減するために、一部のクロスチェーンブリッジは、限られたバリデーターのセットのみ (またはマルチシグホルダーのみ) が状態転送を承認する委員会スタイルのアプローチに移行しています。ただし、このアプローチでは脆弱性や潜在的な攻撃にさらされます。
これらの問題により、開発者は代替ソリューション、特にゼロ知識暗号を活用したソリューションを探し始めました。これらのアプローチの中で、zk-SNARKs テクノロジーを活用すると、ネットワークの拡張性を確保しながら委員会モデルの必要性がなくなります。
zk-SNARKs技術をベースにしたクロスチェーンブリッジ
現在、さまざまなエコシステムや開発段階にわたる ZK テクノロジー ブリッジ ソリューションを開発するプロジェクトがいくつかあります。次のとおりです。
簡潔なラボ
Electron Labs の zkIBC
Polyhedra Network による zkBridge
これらの取り組みは、zk-SNARKS テクノロジーを活用して、クロスチェーンブリッジの設計に革命をもたらします。ただし、これらすべてのアプローチを正常に実装するには、重要な要件はライト クライアント プロトコル、つまりフル ノードに接続し、ブロックチェーンとの対話を容易にするソフトウェアです。このプロトコルにより、ノードはブロックヘッダーと確認されたブロックチェーンステータスを効率的に同期できるようになります。
zk-SNARKs テクノロジーをクロスチェーンブリッジに適用すると、2 つの主な課題が発生します。まず、クロスチェーンブリッジはロールアップよりも大きな回路規模を必要とします。次に、オンチェーン ストレージとコンピューティング オーバーヘッドを最小限に抑えるという問題を解決する必要があります。
簡潔なラボ
Succinct Labs は、イーサリアム 2.0 の PoS (プルーフ オブ ステーク) コンセンサス用のライト クライアントを開発し、Gnosis とイーサリアムの間に信頼を最小限に抑えたクロスチェーン ブリッジを作成しています。このクロスチェーン ブリッジは、zk-SNARKS の効率を活用して、オンチェーンでのコンセンサスの有効性証明を簡潔な方法で検証します。
このセットアップには、27 時間ごとにランダムに選択される 512 人のバリデーターからなる同期委員会が含まれます。これらのバリデータは、割り当てられた期間内に各ブロック ヘッダーに署名する責任があります。イーサリアムの状態は、バリデーターの 2/3 以上が各ブロック ヘッダーに署名した場合に有効であるとみなされます。検証プロセスには主に次の検証が含まれます。
1. ブロックヘッダーのマークル証明
2. 同期委員会のバリデーターのマークル証明
3. 同期委員会の正しいローテーションを保証するための BLS 署名
基本コンセプトは、ライトクライアントが zk-SNARK (Groth16) を利用して、Gnosis チェーン上で効率的に検証できる一定サイズのプルーフ (有効性プルーフ) を作成するというものであるため、このプロセスには多大な計算コストがかかります。証明はオフチェーン計算を通じて生成されます。これには、バリデーターとその署名を検証する回路の構築と、zk-SNARK 証明の生成が含まれます。次に、証明とブロック ヘッダーが検証のために Gnosis チェーン上のスマート コントラクトに送信されます。
zk-SNARK を採用すると、ストレージのオーバーヘッドと回路の複雑さが軽減され、それによって信頼の仮定が軽減されます。それにもかかわらず、このアプローチは特にイーサリアム 2.0 コンセンサス プロトコルと EVM 向けに最適化されており、他のブロックチェーン ネットワークに適用するには、より高い適応性が必要になる場合があります。
ちょうど今年の 7 月に、Succinct Labs は重大な発表を行い、同社の Ethereum ZK ライト クライアントが Gnosis Omnibridge のセキュリティを強化するためにメインネットに正式に統合されたことを確認しました。この統合により、Succinct Labs は Gnosis Omnibridge を確保することになります。Gnosis Omnibridge の総価値ロック (TVL) は現在 4,000 万ドルを超え、これまでに 15 億ドルを超えるステーブルコイン資産フローを促進してきました。
Electron Labs の zkIBC
Electron Labs は、アプリケーション固有のブロックチェーンのフレームワークである Cosmos SDK エコシステムを起源とするクロスチェーン ブリッジを構築しています。そのクロスチェーン ブリッジは IBC (チェーン間通信) テクノロジーを活用して、フレームワーク内で定義されたすべての独立したブロックチェーン間のシームレスな通信を可能にします。
ただし、Cosmos SDK のライト クライアントをイーサリアムに実装するには困難が伴います。 Cosmos SDK で使用される Tendermint ライト クライアントは、Ethereum ブロックチェーンがネイティブにサポートしていない曲線である Twisted Edwards Curve (Ed25519) 上で実行されます。したがって、イーサリアムの BN254 曲線で Ed25519 署名を検証するのは費用がかかり、非効率的です。この障害を克服するために、Electron Labs は zk-SNARKs テクノロジーに基づくソリューションを開発しています。このシステムは、署名の有効性のオフチェーン証明を生成し、その証明をイーサリアム チェーン上でのみ検証することで、この問題を効果的に解決します。
このアプローチを採用することで、追加の信頼仮定の導入を回避しながら、Cosmos SDK の Ed25519 署名をイーサリアム ブロックチェーン上で効率的かつコスト効率よく検証できます。ただし、このアプローチが直面する可能性のある潜在的な問題の 1 つは遅延です。 Cosmos SDK のブロック生成速度は 7 秒です。この速度に対応するには、プルーフ時間を大幅に短縮する必要があります。 Electron Labs は、複数のコンピューターを使用してプルーフを同時に生成し、それらを 1 つの zk-SNARK プルーフにマージすることで、この問題を解決する予定です。
Polyhedra Network による zkBridge
ゼロ知識証明に基づく業界をリードする他の 2 つのクロスチェーン ブリッジ構造と比較して、zkBridge は、プラットフォーム上で複数のアプリケーションの開発を容易にする柔軟で多様なフレームワークで際立っています。 zk-SNARK を効果的に利用して効率的な通信プロセスを確立し、証明者が送信チェーンで特定の状態遷移が発生したことを受信チェーンに納得させることができます。 zkBridge フレームワークは、次の 2 つの主要なコンポーネントで構成されます。
ブロック ヘッダー リレー ネットワーク: このコンポーネントは、送信チェーンからブロック ヘッダーを取得し、ブロック ヘッダーを検証するためのプルーフを生成し、ブロック ヘッダーとプルーフの両方を受信チェーンの更新コントラクトに送信します。
更新コントラクト: この部分はライト クライアント状態を維持し、アソシエーション証明が検証された後、それを送信チェーンのブロック ヘッダーに自動的に組み込みます。さらに、送信チェーンの現在のメイン チェーン ステータスも更新されます。
zkBridge と他の業界をリードするアプローチの主な違いは、zkBridge がリレー ネットワーク内に正直なノードの存在のみを必要とし、zk-SNARK の信頼性を前提としている点です。
このビルドの主な進歩は、zk-SNARK である Virgo 証明者 (deVirgo) の並行使用にあります。これは、新しい分散証明システムを導入して証明生成プロセスを高速化し、再帰的証明を使用してオンチェーン証明検証のコストを削減します。の。 deVirgo は、GKR プロトコルと多項式コミットメント スキームを利用して、複数の署名を検証する回路の証明を生成します。次に、deVirgo 証明は Groth16 証明者を通じて圧縮され、ターゲット ブロックチェーン上の更新コントラクトによって検証されます。これらの証明システムを組み合わせることで、zkBridge は外部の信頼仮定に依存せずに効率的なクロスチェーン通信を可能にします。
zkBridge のメインネット アルファ版は 2023 年 4 月にリリースされ、現在、BNB チェーン、イーサリアム、アービトラムなど、複数の L1 および L2 ブロックチェーン ネットワーク間のクロスチェーン相互運用性を促進しています。 ETHCC Paris zkDAY 2023 イベントで講演した Polyhedra Network の CTO、Tiancheng Xie 氏は、メインネットの立ち上げ以来、このプロトコルが毎日 50,000 人以上のアクティブ ユーザー、月間 800,000 人以上のアクティブ ユーザーを魅了していることを強調しました。
モジュール式アーキテクチャにより、zkBridge は開発者とユーザーに広大な可能性をもたらします。これらの可能性には、トークンのブリッジングとスワッピング、メッセージング、異なるブロックチェーン ネットワーク間の状態変化に適応する計算ロジックが含まれます。
要約する
zk-SNARKs テクノロジーをクロスチェーンブリッジの設計に組み込むことで、分散化とセキュリティに関連する問題を効果的に解決できます。ただし、回路規模が大きいため計算上のボトルネックも発生します。相互運用性への注目が高まるにつれ、より多くの開発者が安全でスケーラブルなクロスチェーン ブリッジ テクノロジーの開発に熱心に取り組むようになるでしょう。これらの開発は、ZK テクノロジーの全体的な進歩と応用にプラスの影響を与えることが期待されます。したがって、近い将来、研究、イノベーションの実装、およびクロスチェーンアプリケーションの幅広い採用が大幅に進歩すると予想されます。