著者: リンダベル
最近の Devcon カンファレンスで、イーサリアム財団の中心メンバーであるジャスティン ドレイク氏は、ネットワークのスケーラビリティ、セキュリティ、効率を向上させるために、zkSNARK および zkVM テクノロジーを通じてイーサリアムのコンセンサス層をアップグレードすることを計画しているビーム チェーンの提案を提案しました。このビジョンは、zkVM の重要性にも再び注目を集めています。一般的なゼロ知識仮想マシンとして、zkVM は、従来のスマート コントラクト ロジックへの依存を排除しながら、より柔軟かつ効率的な方法で複雑な計算を処理できます。
この傾向に後押しされて、RISC Zero、Succinct、Cysic などのプロジェクトは、この分野のイノベーションを促進する重要なプレーヤーとみなされています。その中で、RISC Zeroは、RISC-Vアーキテクチャに基づくzkVMを使用したZeth、Kailua、Bonsaiなどの一連のオープンソースツールを開発しました。これにより、ブロック検証とロールアップのパフォーマンスが向上するだけでなく、ZKアップグレードの技術サポートも提供されます。イーサリアムの。
RISC zkVMエコロジー製品マトリックス：コアテクノロジーからシナリオアプリケーションまで
RISC Zero は、RISC-V 命令セット アーキテクチャに基づく zkVM 実装であり、一般的なゼロ知識コンピューティング プラットフォームとして、Rust や C++ などのさまざまな主流のプログラミング言語をサポートし、ほぼすべてのコンピューティング タスクを実行できます。他のゼロ知識テクノロジ プラットフォームと比較して、RISC Zero の証明者と検証者は完全にオープンソースであり、開発者は証明をローカルで生成して検証できます。さらに、RISC Zero のベリファイアは複数のプラットフォームと互換性があり、さまざまなブロックチェーン エコシステムに適応できるため、分散型アプリケーションの開発プロセスが簡素化されます。
今年 6 月、RISC Zero は zkVM 1.0 をリリースしました。 zkVM 1.0 は、複数の言語と複雑なコンピューティング タスクをサポートするだけでなく、Continuations テクノロジーを使用して大規模な計算を複数の小さなセグメントに分割し、効率的な並列コンピューティングと検証を実現します。ロードマップによると、RISC Zeroは、2024年末までにzkVMのパフォーマンスとコストの20倍の向上を達成する予定です。最適化の内容には、プルーフプロセスのGPUへの完全移行(80%完了)、新しいRISC-V v2回路の導入が含まれます。設計、再帰をターゲットとした回路の特殊な最適化など。同時に、RISC Zero は、イーサリアム関連のタスクと暗号化操作のパフォーマンスを向上させるために、RSA、Kecchak、ECDSA などのアルゴリズム用の一連のアクセラレーション モジュールを統合しています。
RISC Zero は、zkVM のコア機能に焦点を当て、一連のオープンソース ツールと製品も開発しました。たとえば、Bonsai ネットワークを通じて証明サービスを提供することで、開発者は専用のハードウェアを必要とせずにゼロ知識証明を生成でき、Steel ツールを通じて複雑な EVM 計算をオフチェーン環境に転送し、結果を検証可能な状態に保つことができます。 、オンチェーンの実行コストを削減する; Blobstream Zero は、Celestia データ可用性レイヤーをブリッジすることで、モジュラー ブロックチェーン エコシステムでのデータ共有と検証の可能性を高めます。
Zeth: イーサリアム ブロック全体が正しく構築されたことを証明する
Zeth は、RISC Zero が zkVM テクノロジーに基づいて開発したオープンソースのイーサリアム ゼロ知識ブロック証明者であり、従来のバリデーターや同期委員会に依存せずに、ゼロ知識証明を通じてイーサリアム ブロックの有効性を検証できます。 RISC Zero は、Zeth をタイプ 0 zkEVM として定義します。これは、イーサリアム プロトコルと完全に互換性があり、コードの再利用によって開発効率が向上します。
イーサリアムの共同創設者であるヴィタリック・ブテリン氏は、記事「さまざまな種類の zk-EVM」で、タイプ 1 はイーサリアムと完全かつ妥協なく同等であることを目指しており、タイプ 2 は EVM と完全に同等であることを目指しています。ただし、タイプ 3 はイーサリアムと完全に同等ではありません。タイプ 4 はイーサリアムと完全に互換性がありません。
RISC Zero zkVM の高いパフォーマンスのおかげで、Zeth はイーサリアム ブロックの検証を数分で完了できます。テスト データによると、Zeth は 1.1 MHz の速度でブロック プルーフを生成でき、「継続」機能によって GPU クラスターを拡張して速度を 4.7 MHz ～ 6.3 MHz に高めることができます。このパフォーマンスの最適化により、プルーフ生成のコストも削減されます。テストによると、182 トランザクションを含むブロックのプルーフ生成コストはわずか 21.72 ドルで、各トランザクションのコストは約 0.11 ドルです。
同時に、Zeth の開発中、RISC Zero チームは revm、ethers、alloy などの Rust エコシステムのコンポーネントを最大限に活用し、開発者がブロック プルーフ機能を迅速に実装し、さまざまなシナリオに適用できるようにしました。この設計により、開発者は必要に応じてブロック構築ロジックを調整し、将来のイーサリアム改善提案に適応できる柔軟性が高まります。
アプリケーション レベルでは、Zeth は zk ロールアップ、ライト クライアント、クロスチェーン ブリッジに効率的なソリューションを提供します。従来の zk Rollup と zkEVM の構築には多大な時間と費用が必要であり、小規模チームにとっては法外な作業です。 Zeth はモジュラー zkVM アーキテクチャに基づいており、開発者はブロック検証ロジックを簡単にカスタマイズできます。例えば：
- zk Rollup: Zeth はブロック プルーフを迅速に実装し、ZK Rollup の開発サイクルを短縮し、資本投資を削減できます。
- ライトクライアント: ブロックを再構築せずにブロックの有効性を検証し、運用コストを削減します。
- クロスチェーン ブリッジ: Zeth は、ZKP を通じてチェーン上の機密情報を漏らすことなく、クロスチェーン データの正確性を検証できます。これにより、サードパーティへの依存が軽減され、クロスチェーン攻撃のリスクが軽減されます。
今年5月、Zethは、イーサリアムのメインネットワークからOptimismブロックデータを抽出し、ブロックの正確性を検証するためのZKPを生成し、チェーン上の検証もサポートする拡張に成功した。つまり、Zeth を使用すると、Optimism はトランザクションをより効率的に検証し、トランザクション紛争を解決できます。
Bonsai: 開発者が独自のハードウェアを使用せずにプルーフを生成できるようにします。
Bonsai は、zkVM アプリケーション専用に設計されたリモート プルーフ サービスで、開発者が独自のハードウェアを使用せずにプルーフを生成できるため、限られたオンチェーン コンピューティング リソースと高コストの間の矛盾を解決できます。 Bonsai を通じて、開発者は zkVM アプリケーションを定義し、実行する必要があるデータを入力するだけで済み、Bonsai はバックグラウンドで計算を実行し、対応するゼロ知識証明を生成できます。このプロセスでは、開発者が追加のハードウェア機器を導入する必要はありません。同時に、Bonsai は多数の GPU クラスターを利用して、複数のコンピューティング タスクの並列処理をサポートします。さらに、Bonsai はシンプルで使いやすい API および SDK インターフェイスを提供するため、開発者は既存のシステムに簡単に統合できるため、開発の困難さがさらに軽減されます。
このリモート認証サービスに基づいて、RISC Zero は、OAuth2.0 ID 認証と ZKP テクノロジーを組み合わせたオープンソース ツール Bonsai Pay を立ち上げ、ユーザーが Google アカウントを通じてイーサリアム ネットワーク上でトークンを送受信できるようにしました。たとえば、アリスがボブに資金を送金したい場合、アリスはボブの Google メール アドレスを入力し、Bonsai Pay を通じて送金額を送金できます。その後、ボブは Bonsai Pay にログインし、メール アドレスを入力して Google アカウント認証を完了します。 Bonsai Pay は、OAuth 2.0 を使用して認証トークンを生成し、ボブが実際に電子メール アドレスの所有者であることを証明します。次に、Bonsai Pay は Bonsai 証明サービスを呼び出して、ボブの Google アカウントがウォレット アドレスに関連付けられていることを証明するゼロ知識証明を生成します。スマート コントラクトが証拠を検証した後、資金のロックを解除し、ボブのウォレット アドレスに転送します。
プロセス全体を通じて、Bonsai Pay は ZKP テクノロジーを使用して、Google アカウントに関する特定の情報の漏洩を回避しながら、「ボブの Google アカウントがウォレット アドレスに関連付けられている」という事実を検証しました。
Bonsai のもう 1 つの重要なアプリケーションは、Bonsai ZK コプロセッサ (ZK コプロセッサ) です。ゼロ知識証明テクノロジーを使用して複雑なコンピューティングタスクをチェーンからオフチェーンに転送し、改ざん防止の証明を生成して結果の正確さを保証します。同時に、Bonsai コプロセッサの展開も非常に簡単です。開発者は、ロジックを処理する zkVM アプリケーションを作成し、単純な Solidity コントラクトを通じて Bonsai を呼び出して計算を実行し、結果を検証するだけです。プロセス全体を通じて、Bonsai Proof Service は、オンチェーンで検証できるオフチェーンのゼロ知識証明を生成する責任を負います。
Bonsai ZK コプロセッサは、高性能と低コストを必要とするオンチェーン アプリケーションに適しています。たとえば、DAO ガバナンスでは、複雑な投票計算をオフチェーンに転送し、オンチェーンのガス料金を大幅に削減できます。 Bonsai DAO ガバナーは、コプロセッサーを通じて各投票のガスコストを 50% 以上削減し、ガバナンスの効率を効果的に向上させ、参加の閾値を下げます。
Boundless: 検証可能なコンピューティング層
従来のブロックチェーン アーキテクチャでは、トランザクションの正当性を保証するために、すべてのノードがトランザクションごとにすべての計算を繰り返し実行する必要があります。この「グローバル再実行」モードはセキュリティと一貫性を確保できますが、非常に高いコンピューティング コストももたらします。この問題を解決するために、RISC Zero は Boundless を立ち上げました。これにより、単一ノードが計算完了後に検証可能なゼロ知識証明を生成でき、他のノードは計算を繰り返すことなく証明を検証するだけで結果を確認できます。
Boundless は、再帰的構成技術により検証プロセスを簡素化します。これは、複数の小さなゼロ知識証明を全体的な証明に結合するため、検証者は証明のすべての段階を 1 つずつ検証する代わりに、全体的な証明を 1 つだけチェックすることができます。ゼロ知識証明の生成効率をさらに最適化するために、Boundless には専用の暗号化アクセラレーション回路が組み込まれており、ハッシュ計算やデジタル署名検証などの一般的なタスクの効率を最適化します。
さらに、Boundless を使用する開発者は、ゼロ知識テクノロジーを深く理解する必要はなく、Rust や Solidity などの使い慣れたプログラミング言語でアプリケーションを作成するだけで済みます。現在、Boundless は開発者が無料でアクセスできるように公開されています。開発者は、Boundless が提供する証明サービスを使用して、既存のシステムを移行したり、検証契約を更新したりすることなく、ゼロ知識アプリケーションを任意のブロックチェーン上に迅速に構築して展開できます。
Blobstream Zero: クロスチェーン データ検証を簡素化する zkVM のクロスチェーン ブリッジ
Blobstream Zero は、RISC Zero と Celestia が共同で立ち上げた zkVM ベースのクロスチェーン ブリッジで、Celestia のデータ可用性レイヤーを既存のモジュラー ブロックチェーン エコシステムにシームレスに接続することを目的としています。 Blobstream Zero は、Celestia 上でデータを共有および検証することで、チェーン間でのより便利なデータ送信と検証を可能にします。
完全にオープンソースの公開製品である Blobstream Zero を使用すると、あらゆるプロジェクトや開発者がローカル インスタンスを実行してゼロ知識証明を生成できます。さらに、Blobstream Zero は ZK コプロセッサのサポートを提供します。 ZK コプロセッサは本質的にオフチェーン コンピューティング ツールであるため、計算を実行するには信頼できるデータが必要です。 Blobstream Zero は Celestia などのブロックチェーンからデータを取得でき、ZK プルーフを生成することで送信されたデータが信頼できることを証明できます。
スチール: オフチェーン実行とオンチェーン検証を備えたスマート コントラクトの新しいパラダイム
Steel は、RISC Zero によって開始されたオープンソース ツールで、zkVM テクノロジーを使用してオフチェーンの検証可能なスマート コントラクトの実行を実装します。 Steel を通じて、開発者はゼロ知識証明を生成して計算結果の信頼性と検証可能性を確保しながら、EVM 操作をオンチェーンからオフチェーンの実行に移行できます。
従来のスマート コントラクトでは、チェーン上のすべてのロジックを完全に実行する必要があるため、ガスコストが高くなるだけでなく、複雑なアプリケーションの開発も制限されます。 Steel のオフチェーン計算とオンチェーン検証メカニズムは、この問題を解決します。たとえば、単純なスマート コントラクトでは、アカウントの ERC20 残高が 1 より大きいかどうかを判断し、カウンター変数をインクリメントします。従来の方法ではチェーン上でロジックを完全に実行する必要がありますが、Steel はオフチェーンで計算を完了し、ゼロ知識証明を生成するだけで、コントラクト ロジックを繰り返し実行する必要はありません。
現在、RISC Zero は Steel 1.0 をリリースしており、パートナーはすでにこのツールを使用してアプリケーションを開発しています。たとえば、約 400,000 の SLOAD 操作を処理するコントラクト コールでは、Steel は計算をオフチェーン実行に転送し、生成されたゼロ知識証明をチェーン上で検証します。証明生成コストは 10 米ドル未満、オンチェーン検証コストは 300,000 ガス未満です。
Kailua: ロールアップ アーキテクチャのイノベーションを促進するハイブリッド ZK ソリューション
Zeth のリリースに続いて、RISC Zero は Kailua を開始しました。これは、オプティミスティック ロールアップのためのハイブリッド ZK ロールアップ アップグレード ソリューションを提供することを目的としています。従来のオプティミスティック ロールアップでは通常 7 日間のチャレンジ期間が必要となるため、トランザクションのファイナリティが遅くなります。ZK ロールアップではすぐにファイナリティを達成できますが、ゼロ知識証明を継続的に生成するコストが高すぎます。カイルアは両方の長所を組み合わせ、ハイブリッド アーキテクチャを通じてコストと効率のバランスを実現します。 Optimism Kona フレームワークの拡張として、Kailua は zkVM 上で実行される未修正の Kona をサポートするだけでなく、ステーキング要件を下げ、ファイナリティの遅延を減らす革新的な紛争解決メカニズムを導入し、それによってシステムの効率と可用性を向上させます。
カイルアのアーキテクチャでは、紛争メカニズムはまったく新しい設計を採用しています。まず、その紛争解決メカニズムにより時間制限がなくなり、ネットワークの中断などの特殊な状況に遭遇した場合にバリデーターが証明を生成するのに十分な時間を確保できるため、システムの回復力が強化されます。極端な場合でも、RISC Zero zkVM のスケーリング アーキテクチャは 1 時間以内にそれを証明できます。さらに、Kailua のオンデマンド検証機能により、開発者は検証頻度を柔軟に設定し、低コストで完全に検証されたロールアップ モードに段階的に移行できます。
ZK Rollup とは異なり、Kailua はプルーフを継続的に生成することなく設計されています。特別な契約要件がある低頻度の空のブロックまたはロールアップの場合、Kailua はよりコスト効率の高いオプションを提供します。同時に、カイルアはロールアップのステーキングコスト要件も大幅に削減しました。従来のオプティミスティックロールアップのプレッジ額はファイナリティ期間が長くなるほど直線的に増加しますが、カイルアの最適化された設計はプレッジ要件を修正し、システムが長期間であっても低コストでセキュリティとアクティビティを維持できるようにします。
現在、Kailua は完全にオープンソースです。開発者はコマンド ライン ツールを使用して、ローカルの Optimism テスト ネットワークを展開し、ZK 障害証明をサポートするネットワークに迅速にアップグレードできます。 Kailua はシミュレートされた障害の提案もサポートしており、開発者がバリデーターが zkVM を通じてエラー状態にどのように異議を唱え、その紛争解決メカニズムをより深く理解するかを理解するのに役立ちます。将来的には、Kailua はコストとパフォーマンスをさらに最適化し、より多くのロールアップ フレームワークをサポートするように拡張する予定です。
要約する
上記からわかるように、RISC ZeroのzkVM製品マトリックスは、複数の分野でゼロ知識証明技術の開発を推進しています。 Zeth と Kailua は、ロールアップ アーキテクチャを最適化し、ブロック検証の効率と紛争解決速度を向上させることに重点を置いています。 Bonsai はリモート認証サービスを提供し、ハードウェアへの依存と運用コストを削減し、開発者がより効率的にアプリケーションを構築できるようにします。 Blobstream Zero は、クロスチェーン データを効率的に検証することにより、モジュラー ブロックチェーン エコシステムに信頼性の高いサポートを提供します。さらに、Steel はオフチェーン計算とオンチェーン検証を通じてスマート コントラクト実行のガス コストを削減します。
もちろん、RISC Zero は zkVM 製品マトリックスを継続的に改善しながら、zkVM の基礎となるテクノロジーの革新も推進し続けています。最近、RISC Zero zkVM のバージョン 1.2 がリリースされました。このバージョンでは、開発者が zkVM 自体に組み込まずにプリコンパイルされたロジックをアプリケーションとともに展開できる新しいプリコンパイル方法が導入されました。これは、開発者がオンチェーン検証コントラクトの構成を変更したり、証明者を調整したりすることなく、新しいプリコンパイル済みロジックを追加でき、フォークや zkVM への大幅な変更を行わずにパフォーマンスの最適化を達成できることを意味します。さらに、定義のプリコンパイルを適用することで、プルーフ生成の計算コストを削減できます。たとえば、Automata に RSA プリコンパイルが統合された後、実行サイクルは 3,900 万から 217,000 に短縮され、コストは約 180 分の 1 に削減されます。
zkVM テクノロジーは引き続き最適化されるため、その開発の可能性は徐々に複数のアプリケーション シナリオに反映されることになりますが、これらの可能性をより適切に発揮したい場合は、依然としてエコロジー コラボレーションとテクノロジーの実装の実際のパフォーマンスに依存する必要があります。