アラインドレイヤーの紹介

アラインドレイヤーへの紹介

イーサリアムは、初期段階では、ゼロ知識証明（ZK-Proofs）技術のために特に設計されていませんでした。ブロックチェーン技術が進化し続ける中で、Ethereumに新機能を統合して証明システムを改善することは技術的に困難で時間がかかるプロセスでした。これらの課題に直面して、Aligned Layerプロジェクトは、Ethereumを高性能かつコスト効率の良いSNARK検証プラットフォームに変革することを目指しています。

Aligned Layerは、イーサリアムのZero-Knowledge Proofの機能を拡張し、多様で革新的な機能をイーサリアムエコシステムに統合することを目指しています。このプロジェクトは、検証可能な計算手法とイーサリアムのセキュリティ機能を活用して、将来の信頼性のないアプリケーションのためのインフラを提供しています。

Aligned Layerを使用することで、Ethereumの証明検証プロセスはより高速かつコスト効率が向上し、検証コストは90％減少する見込みです。この大幅なコスト削減により、処理効率が向上し、ユーザー参加の経済的な障壁が低下し、より多くの開発者やユーザーが恩恵を受けることができます。

Aligned Layerは、EigenLayerの上に構築された効率的な検証レイヤーです。EigenLayerのステーキングメカニズムを活用して、経済的なセキュリティと信頼性を提供します。これにより、Aligned Layerは、複数の証明システムを集約および検証することで、コアなEthereumプロトコルを変更することなく、低コストで高効率な検証を実現します。同時に、EigenLayerはEthereum上でのオープンイノベーションを促進し、開発者が新しい証明技術を導入してシステムのスケーラビリティと柔軟性を向上させることができます。

創立メンバー紹介

チームは以下の4人のメンバーで構成されています。左から最初に、ブエノスアイレス工科大学を卒業した創設者のRoberto José Catalán氏で、LambdaClassのシニアソフトウェア開発者であり、Yet Another Companyを創設しました。左から2番目には、Ethereumエコシステム内でのイノベーションと開発に専念するFederico Carrone氏です。左から3番目には、Aligned Layerの創設者であり、リサーチディレクターであるDiego Kingston氏です。左から4番目には、プロジェクトの技術的な方向性と実装戦略を成功裏に進める創設者でありエンジニアリングディレクターのMauro Toscano氏です。

ソース:アラインドレイヤー

ゼロ知識証明の紹介

ゼロ知識証明の紹介

ゼロ知識証明（ZKP）は、1985年にShafi Goldwasserらによって発表された「The Knowledge Complexity of Interactive Proof Systems」という論文で導入された数学的アルゴリズムです。ゼロ知識証明では、証明者が生成できる数学的証明を提供しますが、検証者はこの証明を使用して文の真実性を検証することができます。ただし、検証者は証明を使用して元の情報を再構築することはできません。

したがって、ゼロ知識証明は、機密情報を取り扱う場合や、証明者が詳細にアクセスされたくない場合に有用です。たとえば、多くのDeFiプロジェクトは、ZKPを使用してユーザーに向上したプライバシーとセキュリティを提供し、ローン、借入、取引などの分野で応用しています。

さらに、ゼロ知識証明は確率的な証明であるということに注意することが重要です。ただし、特定の技術を使用することで誤差率を無視できるレベルに減らすことができます。

ゼロ知識証明の特徴

完全性：文が真である場合、正直な証明者は常に正直な検証者を説得できます。言い換えれば、「真実の文は偽ることはできない」ということです。正しい文は検証者を説得する必要があります。

Soundness: もし文が偽である場合、ほとんどの場合、欺こうとする証明者は正直な検証者に偽の文を信じさせることはできません。つまり、「偽の文は真になりえません」。

ゼロ知識:陳述が真である場合、陳述の真実性を確認した後、検証者は陳述が真であるという事実以外の追加情報を得ることはできません。このアプローチにより、証明者のプライバシーが保護され、潜在的な情報漏洩が回避されます。

ゼロ知識証明の例

本人確認

インターネット上では、身元を証明するために名前や生年月日などの個人情報が必要となることがあり、これによって個人データが漏洩する可能性があります。ブロックチェーン技術を用いることで、ユーザーごとに一意の暗号化デジタル識別子を作成し、分散型の身元確認システムを確立することができます。このシステムにより、身元証明はユーザーの知識なしに改ざんや不正利用ができないようになります。ゼロ知識証明を用いることで、個人情報を開示することなく効果的に身元を証明することができ、検証プロセスを大幅に簡素化し、中央集権化されたデータの保管リスクを低減することができます。さらに、ゼロ知識証明は、Facebook、Twitter、GitHubなどのプラットフォームからの評判証明を特定のソーシャルメディアアカウントを明かさずに活用するために使用することができます。

匿名支払い

従来の支払システムでは、取引の詳細はしばしば支払サービスプロバイダ、銀行、政府機関など複数の当事者に公開されることがあり、これはユーザーのプライバシーを損なう可能性があります。一方、暗号通貨ではピアツーピアの取引を利用して第三者の監視を回避しますが、ほとんどの公開ブロックチェーンは取引を公開表示します。つまり、匿名アドレスであっても、人々はアドレスの相関性や取引所のKYC手続きを通じて特定の取引を追跡することができます。一度ウォレットアドレスが判明すると、その口座残高や取引履歴が見えるようになります。

ゼロ知識証明技術は、プライバシーコイン、プライバシーアプリケーション、およびプライバシーに焦点を当てたブロックチェーンの3つのレベルで匿名の支払いソリューションを提供します。たとえば、Zcashのようなプライバシーコインは、送信者と受信者のアドレス、取引金額、タイムスタンプなどのトランザクションの詳細を隠すためにゼロ知識証明技術を使用しています。同様に、Ethereum上に構築された分散型アプリケーションであるTornado Cashは、トランザクションの詳細を曖昧にするためにゼロ知識証明を使用し、トランザクションのプライバシーを向上させています。

ZK（ゼロ知識）の重要な進展

zk-SNARKs

ZK-SNARKsは、文に関する追加情報を開示することなく検証を可能にする特殊なゼロ知識証明技術です。この技術は、ZcashやJPMorganなどのブロックチェーン決済システムに応用されています。

さらに、ZK-SNARKsはブロックチェーンネットワークの効率とスケーラビリティを向上させます。従来のブロックチェーンでは、トランザクションの正確性を確保するために、各ノードが繰り返しトランザクションを検証する必要があり、これは時間がかかりネットワークのスケーラビリティを制限します。ZK-SNARKsは、オフチェーンの計算の正確性を検証することによって、ノードが計算をステップバイステップで再生する必要がなくなります。これによりトランザクションデータの保存の必要が減り、ネットワークの処理速度が大幅に向上します。

ZK-SNARKsを使用するには、1回限りの信頼できるセットアッププロセスが必要であり、キージェネレータはアルゴリズムとシークレットパラメータを使用して、2つの重要な公開鍵(1つは証明の作成用、もう1つは検証用)を生成します。このプロセスには、偽の証拠を生成するために使用される可能性のある秘密パラメーターの漏洩などの潜在的なリスクが伴います。そのため、学術界では、ZK-SNARKの信頼できるセットアップへの依存を排除してセキュリティを強化する方法を積極的に研究しています。

zk-Rollups

Zero-Knowledge Rollupは、ゼロ知識証明技術を使用して計算をオフチェーンにシフトし、ネットワークへの負荷を軽減することを指します。Ethereumのレイヤー2の「スケーリングソリューション」として、トランザクションのスループットを大幅に増加させることができます。同様に、2022年にBNBチェーンはzkRollupアーキテクチャに基づくzkBNBテストネットを開始しました。zkBNBはオフチェーンで数百のトランザクションを1つのバッチにまとめ、すべてのトランザクションの正確性を確認するための暗号的な証明を生成します。この技術はスケーラビリティとセキュリティをバランスさせ、大規模かつ低レイテンシのトランザクションが必要な環境に適しています。

もともと設計されたEthereum Virtual Machine（EVM）では、ゼロ知識証明技術の利用は考慮されていませんでした。Ethereumの創設者であるVitalik Buterin氏は、zk-Rollupの技術的な実装は短期的には比較的複雑だと考えています。

zk-RollupとAligned Layerの課題

zk-RollUpは、流動性やユーザーの分散、EVMの制約による高い検証コスト、および証明システムのイノベーションに対応する難しさなど、いくつかの課題に直面しています。言い換えれば、現在のインフラストラクチャは普遍的な検証者を想定していません。EigenLayerを使用することで、開発者はEthereumの信頼レイヤー上で新しいプロトコルを作成し、EVMの制約を打破し、オープンイノベーションを推進することができます。基盤となるプロトコルを変更することなく、Ethereumの開発を加速させるための新しいインフラストラクチャを導入することができます。

ユニバーサルな検証レイヤーとして、アラインド・レイヤーはzkプルーフに特化したレイヤーを作成することで、ネットワークの主要なインフラストラクチャーを目指しています。これにより、開発者は高速で費用効果の高いスケーラブルな分散型検証ネットワークにアクセスできます。EigenLayerの再ステーキング機能により、Ethereumがサポートされます。このアプローチにより、変動価格への依存が減少し、ブリッジングと全体的なユーザーエクスペリエンスが向上します。さらに、アラインド・レイヤーは検証可能な計算を通じてEthereumのイノベーションを推進し、新しいカスタムプルーフシステムを統合し、検証コストを削減し、開発者フレンドリーさを向上させ、新しい信頼性のないアプリケーションのイノベーションを促進します。

既存の技術の困難さ

オリジナルブロックチェーンの欠点

元々設計されたブロックチェーンの欠点は、ハードウェアを増やしてもシステムが速くならないことです。これは、すべてのノードが計算を再実行する必要があるためです。ゼロ知識証明（ZK-証明）は、追加のハードウェアで複雑な計算を迅速にチェックすることを可能にすることで、この問題に対処します。ゼロ知識証明の核心アイデアは、証明文に必要なすべての情報よりもはるかに小さい（通常はkBのオーダー）短い文字列を検証することで、検証時間を計算規模に対して対数的にすることです。 𝑂 (log 𝑛)（nは計算ステップの数）です。

理論的には長い間理解されていましたが、実用的な実現可能性は2014年以降に現れました。それ以来、暗号学や証明理論の分野で爆発的な成長があり、異なる有限体、楕円曲線、ハッシュ関数、多項式コミットメントスキームなどの進化がありました。これらの進展により、証明と検証時間、および証明サイズのトレードオフが生じました。

ゼロ知識レイヤー2（zk-rollups）

Zero-knowledge layer 2ソリューション（zkSync、Starknet、Polygonなど）は、イーサリアムの機能を拡張し、セキュリティ保証を維持しながら、より高速かつ安価にします。

• ZK-rollupsはブロックスペースをより効率的に使用し、コストを削減します。
• ロールアップは、1つまたは複数のノードに実行を外部委託し、EVM契約を介してイーサリアムに計算を証明し、暗号経済学的および暗号学的な保証に依存してイーサリアムを信頼します。

しかしながら、それらは流動性やユーザーの分散化の問題も引き起こします。たとえば、ブリッジの必要性が増し、コストが増大し、ユーザーエクスペリエンスが複雑化します。現行のソリューションでは、検証可能なコンピューティングの上にアプリケーションを構築することができますが、検証可能なコンピューティングレイヤーによって信頼されるアプリケーションのみを構築することができます。EigenLayerを使用すると、ブロックチェーンそのものの上にアプリケーションを構築する必要がなく、Ethereumの信頼を継承したアプリケーションを作成できます。異なるコンセンサスメカニズムを使用して新しいブロックチェーンを作成できます。

また、EigenLayerは、ブリッジ、データの可用性、MEV、そしてZK検証レイヤー（Aligned Layerなど）などの分散型システムの構築をサポートしています。要するに、EigenLayerは、他のLayer 2ソリューションとは異なる解決策を使用して、Ethereumの機能を拡張しています。

イーゲンレイヤーのイノベーション

リステーキングメカニズム

EigenLayerは、新しい再ステーキングメカニズムを導入し、Ethereumステーカーが同じステークされた資産を使用して、アクティブに検証されたサービス（AVS）として知られる複数のアプリケーションに参加することを可能にします。ステーカーは、複数のアプリケーションから追加の報酬を得ることができ、かつ著しい追加コストを負担することなく、その結果、参加と全体的なネットワークセキュリティを向上させることができます。

多様なアプリケーションシナリオ：EigenLayerは、データ可用性レイヤー、分散型シーケンサー、オラクル、Opt-In MEV管理、およびロールアップのための高速モードブリッジなど、さまざまなアプリケーションの構築をサポートしています。この多様性は、イーサリアムエコシステムの機能を拡張するだけでなく、開発者により柔軟なイノベーションプラットフォームを提供し、異なるニーズに合わせたより効率的なソリューションの設計を可能にします。

イーサリアムの機能拡張

EigenLayerは、Ethereumのトラストレイヤー上で直接実行せずに、新しいプロトコルやアプリケーションを構築することを開発者に可能にします。これにより、開発者はEthereumのセキュリティとトラストの基盤を活用しながら、異なるコンセンサスメカニズムや設計パラメータを自由に選択することができ、より効率的なブロックチェーンソリューションを実現することができます。例えば、開発者はEthereumのトラストの恩恵を受けつつ、パフォーマンスとコストの柔軟性が高い新しいブロックチェーンを作成することができます。

検証効率の向上

EigenLayerの再ステーキングメカニズムは、検証効率を大幅に改善し、検証プロセスを迅速かつコスト効果の高いものにします。このメカニズムにより、複数の検証結果を1つの証明に集約することが可能となり、個々の検証に必要な計算リソースとコストを大幅に削減します。この集約された検証アプローチはシステムのスケーラビリティを向上させるだけでなく、検証プロセス全体の効率も向上させ、ブロックチェーンアプリケーションのスムーズな動作を実現します。

アラインドレイヤーアーキテクチャの説明

アラインド・レイヤーのコアコンポーネント

• アラインドレイヤー：異なる証明システムから証明を受け取り、それらを検証し、最終結果をイーサリアムに送信し、データ可用性レイヤー（DA）にデータを公開します。
• Data Availability Layer (DA Layer): 各種の証拠のためのストレージを提供し、データのアクセシビリティと永続性を確保します。
• 一般的な証明検証者：定期的にDAレイヤーから証明を抽出し、すべての証明検証のための証明を生成します。これらの一般的な検証者は、SP1、Risc0、またはNexusのような仮想マシンに基づいており、一般的なRustコードの実行を検証できます。最終的な検証証明は再帰的ツリーに保存され、証明サイズを集約および圧縮します。
• イーサリアム：信頼と流動性の源を提供し、アラインレイヤーからの検証結果を受け取ります。

ソース：アラインド・レイヤー・ホワイトペーパー

ソース：アラインドレイヤーホワイトペーパー

検証プロセス

タスクマネージャーは、DAレイヤーに証明を公開し、Ethereum上に新しいタスクを作成します。ハッシュ値と必要なメタデータを送信します。オペレーターは、Ethereumからタスクを取得し、DAレイヤーから証明を取得し、検証結果をアグリゲーターに送信します。アグリゲーターは、結果を検証して、Ethereumブロックチェーン上に公開します。

ソース：アラインドレイヤーホワイトペーパー

Slashing Mechanism

分散型ネットワークの参加者が適切なインセンティブを得られるようにするために、このプロジェクトでは、悪意のある活動が検出されたときに参加者にペナルティを科すスラッシングメカニズムを導入しています。このメカニズムは、EigenLayerのアクティブに検証されたサービス(AVS)のほとんどでまだ開発中です。短期的な解決策には、ネットワーク内のオペレーターの3分の2のコンセンサスと、その結果をイーサリアム上で公開することが必要です。コンセンサスに至らなかったオペレーターは、ネットワークの大部分が合意した結果に反対したことでペナルティが科せられます。このメカニズムは不完全ですが、Aligned Layerのクライアントソフトウェアが軽量でハードウェア要件が低いことを考えると、ネットワークはより多くの参加者を収容して分散化を実現できます。ネットワークが分散化されればされるほど、ほとんどのメンバーが正直に行動する可能性が高くなります。

デュアルステーキングモデル

プロジェクトチームはデュアルステーキングモデルを提案しています。最初に、イーサリアム（ETH）を使用し、EigenLayerからリステーキングして、ステーク（PoS）ネットワークを立ち上げる必要があります。この段階は、イーサリアムの既存のリソースと信頼基盤を活用して、ネットワークの初期運用とセキュリティを確立することを目指しています。第二段階では、ネイティブトークンが導入され、重要なインフラの一部として、ガバナンス権利を可能にし、ネットワーク活動とセキュリティを妨害するコストを非常に高くします。デュアルステーキングモデルは、ネットワークの高いセキュリティと活動を保証します。分散型ガバナンスのためのネイティブトークンの導入により、このモデルは、重要な構造変更に関する意思決定の透明性と参加を向上させ、ネットワークの安定した運用と長期的な持続可能性を確保します。

結論

Aligned Layerの目標は、最初からゼロ知識証明（ZK-Proofs）に対応していない課題に対処し、Ethereumを効率的かつコスト効果の高いSNARK検証プラットフォームに変えることです。 Aligned Layerは、EigenLayerの再ステーキングメカニズムを利用して経済的なセキュリティと信頼の源を提供し、Ethereumの基礎プロトコルを変更せずに、複数の証明システムを集約して検証することで、低コストかつ効率的な検証プロセスを実現します。 EigenLayerは、開発者がEthereumの信頼レイヤー上で新しいプロトコルやアプリケーションを構築できるようにし、オープンイノベーションを促進し、新しい証明技術を導入し、システムのスケーラビリティと柔軟性を向上させます。