RISC Zero製品マトリックスの解読：イーサリアムのZK化未来への支援はどのように行われますか？

最近のDevcon会議で、ETH Foundationの中心メンバーであるJustin DrakeがBeam Chain提案を行い、zkSNARKとzkVM技術を使用してETHの共識層をアップグレードし、ネットワークの拡張性、セキュリティ、効率を向上させる計画を立てました。このビジョンはzkVMの重要性を再度強調し、汎用のゼロ知識仮想マシンであるzkVMは、複雑な計算をより柔軟かつ効率的に処理し、従来のスマートコントラクトロジックへの依存を克服します。

このトレンドの推進により、RISC Zero、Succinct、Cysicなどのプロジェクトは、この領域のイノベーションを推進する重要な参加者と見なされています。その中で、RISC Zeroは、RISC-Vアーキテクチャに基づくzkVMを使用して、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Rollupのパフォーマンスが向上し、ETH坊のZK化のアップグレードに技術サポートを提供しています。

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RISC zkVM エコシステム製品マトリックス：コアテクノロジーからシナリオの応用まで

RISC Zeroは、RISC-V命令セットアーキテクチャに基づくzkVMの実装です。汎用のゼロ知識計算プラットフォームとして、RustやC++などのさまざまな主要なプログラミング言語をサポートし、ほぼすべての計算タスクを実行できます。他のゼロ知識技術プラットフォームと比較して、RISC Zeroのプルーバーと検証者は完全にオープンソースであり、開発者はローカルで証明を生成および検証することができます。さらに、RISC Zeroの検証者はさまざまなプラットフォームに対応し、さまざまなブロックチェーンエコシステムに適応することができ、分散アプリケーションの開発プロセスを簡略化しています。

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計算タスクをサポートし、Continuations技術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て、効率的な並列計算と検証を実現しています。ロードマップによれば、RISC Zeroは2024年までにzkVMの性能とコストを20倍に向上させる予定であり、証明プロセスを完全にGPUに移行する（80%完了済み）、新しいRISC-V v2回路設計を導入する、再帰回路に対する特別な最適化など、最適化内容も含まれています。同時に、RISC ZeroはRSA、Keccak、ECDSAなどのアルゴリズムの加速モジュールを統合し、ETH関連のタスクと暗号操作の性能を向上させることを目指しています。

zkVMのコア機能を中心に、RISC Zeroは一連のオープンソースツールと製品を開発しています。例えば、Bonsaiネットワークを介して証明サービスを提供し、開発者は専用ハードウェアなしでゼロ知識証明を生成することができます。Steelツールを使用すると、複雑なEVM計算をオフチェーン環境で実行し、結果を検証可能なままにすることができます。これにより、オンチェーンの実行コストを削減することができます。また、Blobstream ZeroはCelestiaデータ可用性レイヤーとの橋渡しを行い、モジュラーな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より広げています。

Zeth：整个ETHブロックチェーンが正しく構築されていることを証明する

Zethは、RISC ZeroによってzkVMテクノロジーを基に開発されたオープンソースのイーサリアムのゼロ知識ブロックプルーフプロバイダです。ゼロ知識プルーフを使用して、伝統的なバリデーターや同期委員会に依存せずに、イーサリアムのブロックの有効性を検証することができます。RISC ZeroはZethをType-0 zkEVMと定義し、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り開発効率を向上させています。

ETH坊の共同創設者Vitalik Buterinは、「Different types of zk-EVMs」という記事でzkEVMを4つのタイプに分類しました。その中で、Type-1は完全で妥協せず、ETH坊と同等であることを目指しています。Type-2はEVMと完全に等価であることに取り組んでいますが、ETH坊と完全に等価ではありません。Type-3はほぼEVMと同等です。Type-4はETH坊と完全に互換性がありません。

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RISC Zero zkVMの高い性能により、ZethはETHブロックの検証を数分で完了することができます。テストデータによると、Zethは1.1 MHzの速度でブロック証明を生成し、「continuations」機能を使用してGPUクラスタを拡張することで、速度を4.7 MHz〜6.3 MHzに向上させることができます。このパフォーマンスの最適化により、証明生成のコストも削減されます。テストによると、182の取引を含むブロックの証明生成コストはわずか21.72ドルで、取引ごとのコストは約0.11ドルです。

同時、Zethの開発過程で、RISC ZeroチームはRustエコシステムのコンポーネント、revm、ethers、およびalloyを十分に活用し、ブロック証明機能を迅速に実装し、さまざまなシナリオに適用することができます。この設計により、開発者はより柔軟性を持ち、ブロック構築ロジックを必要に応じて調整し、将来のETHの改善提案に対応することができます。

アプリケーションレベルでは、Zethはzk Rollup、軽量クライアント、および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およびzkEVMの構築には多大な時間と資金が必要であり、小規模なチームにとっては困難です。一方、Zethはモジュール式のzkVMアーキテクチャに基づいており、開発者がブロック検証ロジックを簡単にカスタマイズできるようになっています。例えば：

• zk Rollup：Zeth はブロック証明を迅速に実現し、ZK Rollup の開発サイクルを短縮し、資金投入を削減できます。
• 軽量クライアント：ブロックの再構築なしでブロックの妥当性を検証し、実行コストを削減します。
• クロスチェーンブリッジ：Zethは、ZKPを使用してクロスチェーンデータの正確性を検証することができます。これにより、チェーン上の機密情報を漏洩することなく、第三者への信頼依存を減らし、クロスチェーン攻撃のリスクを低減します。

今年5月、ZethはETHメインネットワークからOptimismブロックデータを抽出し、ZKP検証ブロックの正確性を生成し、チェーン上での検証をサポートするように拡張に成功しました。つまり、Zethを利用することで、Optimismは取引を効率的に検証し、取引紛争を解決することができます。

Bonsai：開発者が自分自身のハードウェアを使用せずに証明を生成できるようにします

Bonsaiは、zkVMアプリケーションのために設計されたリモートプルーフサービスで、開発者が自分自身のハードウェアを使用せずに証明を生成できるようにすることで、限られたチェーン上の計算リソースと高コストの間の矛盾を解決します。 Bonsaiを使用すると、開発者は実行する必要があるzkVMアプリケーションと入力データを定義するだけで、Bonsaiが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します。このプロセスでは、開発者が追加のハードウェアをデプロイする必要はありません。同時に、Bonsaiは大量のGPUクラスタを利用し、複数の計算タスクを並列処理することができます。さらに、Bonsaiはシンプルで使いやすいAPIとSDKインターフェイスを提供し、開発者が既存のシステムに簡単に統合できるようにすることで、開発の難易度をさらに低減します。

このリモートプルーフサービスを基に、RISC Zero はオープンソースツール Bonsai Pay を発表しました。このツールは、OAuth2.0の認証とZKP技術を組み合わせ、ユーザーがGoogleアカウントを使用してETHネットワーク上でトークンを送受信できるようにします。たとえば、Alice がBob に資金を送金したい場合、Alice はBonsai Pay を使用してBobのGoogleメールアドレスと送金額を入力できます。その後、Bob はBonsai Pay にログインし、メールアドレスを入力してGoogleアカウントの認証を完了できます。Bonsai Pay はOAuth 2.0を使用して認可トークンを生成し、Bob がそのメールアドレスの所有者であることを証明します。その後、Bonsai Pay はBonsaiプルーフサービスを呼び出し、ゼロ知識証明を生成し、BobのGoogleアカウントがウォレットアドレスと関連付けられていることを証明します。スマートコントラクトが証明を検証した後、資金がロック解除され、Bobのウォレットアドレスに送金されます。

Bonsai Payは、ZKP技術を使用して、「BobのGoogleアカウントがウォレットアドレスに関連している」という事実を検証し、Googleアカウントの具体的な情報を漏洩することなく、全プロセスを完了しました。

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Bonsaiの別の重要な用途はBonsai ZKコプロセッサー（ZK Co-processor）です。これはゼロ知識証明技術を使用して、複雑な計算タスクをチェーン外に移し、結果の正確性を確保するために改ざんできない証拠を生成します。同時に、Bonsaiコプロセッサーの展開は非常に簡単であり、開発者は単にzkVMアプリケーションを記述し、論理を処理するためにSolidityスマートコントラクトを呼び出し、Bonsaiを実行して計算を実行し、結果を検証する必要があります。このプロセス全体で、Bonsaiプルーフサービスは、チェーン外計算のゼロ知識証明を生成し、これらの証明をチェーン上で検証できます。

Bonsai ZKコプロセッサは、高性能で低コストのオンチェーンアプリケーションに必要です。例えば、DAOガバナンスでは、複雑な投票計算をオフチェーンに移動して、オンチェーンのガス費用を大幅に削減できます。Bonsai DAO Governorは、コプロセッサを使用して1票あたりのガス費用を50％以上削減し、ガバナンス効率を効果的に向上させ、参加のハードルを下げます。

Boundless: 検証可能なコンピューティング レイヤー

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有効性を確保するために、すべてのノードが各トランザクションの計算を繰り返し実行する必要があります。この「グローバルリトライ」モードはセキュリティと一貫性を保証できますが、非常に高い計算コストがかかります。この問題を解決するために、RISC ZeroはBoundlessを導入しました。これにより、個々のノードは計算を完了した後、検証可能なゼロ知識証明を生成し、他のノードはその証明を検証するだけで結果を確認できます。再計算は必要ありません。

Boundlessは再帰的な組み合わせ技術によって検証プロセスを簡素化します。複数の小さなゼロ知識証明を1つの全体証明に統合し、検証者は各ステージの証明を個別に検証する必要がなく、総合証明のみを確認すればよくなります。さらに、ゼロ知識証明の生成効率を最適化するために、Boundlessには専用の暗号学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、デジタル署名の検証などの一般的なタスクの効率が向上しています。

このほか、Boundlessを使用する開発者は、ゼロ知識技術の詳細な理解は必要ありません。代わりに、RustやSolidityなどのよく知られたプログラミング言語を使用してアプリケーションを記述するだけです。現在、Boundlessは開発者向けに無料アクセスを提供しています。開発者は既存のシステムを移行したり、検証契約を更新する必要はありません。それにもかかわらず、Boundlessのprovingサービスを利用して、どのブロックチェーン上でも迅速にゼロ知識アプリケーションを構築し、展開することができます。

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Blobstream Zero：簡略化されたzkVMのクロスチェーンブリッジによるクロスチェーンデータ検証

Blobstream Zeroは、RISC ZeroとCelestiaが協力して開発したzkVMベースのクロスチェーンブリッジであり、Celestiaのデータ可用性レイヤーを既存のモジュール化された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指しています。Celestia上のデータを共有し、検証することにより、Blobstream Zeroはチェーン間のより簡単なデータ転送と検証を実現しています。

Blobstream Zeroは完全なオープンソースのパブリックプロダクトであり、どんなプロジェクトや開発者もローカルインスタンスを実行し、ゼロ知識証明を生成することができます。さらに、Blobstream ZeroはZKコプロセッサをサポートすることができます。ZKコプロセッサは基本的にオフチェーン計算ツールであり、信頼性のあるデータが計算を実行するために必要です。Blobstream ZeroはCelestiaなどのブロックチェーンからデータを取得し、転送されたデータが信頼できることをZK証明によって証明することができます。

Steel：チェーン外での実行とチェーン上での検証のスマートコントラクトの新しい範疇

Steelは、RISC Zeroが開発したオープンソースツールで、zkVM技術を使用してオフチェーンで検証可能なスマートコントラクトの実行を実現しています。Steelを使用することで、開発者はEVM操作をオンチェーンからオフチェーンに移行し、同時にゼロ知識証明を生成して計算結果の真正性と検証可能性を確保することができます。

伝統的なスマートコントラクトはすべてのロジックをチェーン上で完全に実行する必要があります。それは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を制限します。一方、Steelのオフチェーン計算とオンチェーンの検証メカニズムはこの問題を解決しています。例えば、シンプルなスマートコントラクトでは、あるアカウントのERC20の残高が1より大きいかどうかを判断し、カウンタ変数を増やします。伝統的な方法では、ロジックをチェーン上で完全に実行する必要がありますが、Steelではオフチェーンで計算を完了し、ゼロ知識証明を生成し、チェーン上では証明を検証するだけで、契約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、パートナーがこのツールを利用してアプリケーションを開発しています。例えば、40万回のSLOAD操作を処理する契約呼び出しで、Steelを使用して計算をオフチェーンで実行し、その後、生成されたゼロ知識証明をオンチェーンで検証します。証明生成コストは10ドル未満で、オンチェーンの検証コストは30万ガス未満です。

Kailua: Rollupアーキテクチャのイノベーションを推進するハイブリッドZKソリューション

Zethのリリースに続き、RISC ZeroはKailuaを発表し、楽観的なRollupに対するZK Rollupのハイブリッドアップグレードソリューションを提供しています。従来の楽観的なRollupは通常7日間の挑戦期間が必要で、取引の最終性が遅いですが、ZK Rollupは最終性を迅速に達成できますが、ゼロ知識証明の継続的生成コストが高額です。Kailuaは両者の利点を組み合わせ、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ています。Optimism Konaフレームワークの拡張として、Kailuaは未変更のKonaがzkVM上で実行されるだけでなく、革新的な紛争解決メカニズムを導入し、ステーキング要件を削減し、最終性の遅延を減らすことで、システムの効率と利用可能性を向上させています。

Kailuaアーキテクチャでは、コンセンサスメカニズムが新しく設計されました。まず、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直面した場合には、検証者が証明を生成するために十分な時間を持つことができるため、システムの弾力性が向上します。極端な状況でも、RISC Zero zkVMの拡張アーキテクチャでは、1時間以内に証明を完了することができます。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でき、低コストで完全な検証のロールアップモードへの移行を段階的に行うことができます。

ZKロールアップとは異なり、Kailuaの設計では継続的なプルーフの生成は必要ありません。低頻度の空のブロックや特殊な契約要件を持つRollupに対して、Kailuaはよりコスト効果の高い選択肢を提供します。同時に、KailuaはRollupのステーキングコスト要件を大幅に削減します。従来の楽観的なRollupでは、終局性の周期が長くなるにつれてステーキング量が線形に増加しますが、Kailuaの最適化された設計により、ステーキング要件が固定され、システムは長期間にわたって低コストで安全性と活性を維持することができます。

現在、Kailua は完全にオープンソース化されました。開発者はその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、迅速にZKフォルトプルーフネットワークにアップグレードすることができます。Kailuaはまた、故障提案をシミュレートすることもサポートしており、開発者が検証者がzkVMで誤った状態に挑戦する方法を理解し、その争議解決メカニズムをより深く理解するのに役立ちます。将来、Kailuaはコストとパフォーマンスをさらに最適化し、さらに多くのRollupフレームワークをサポートするように拡張される予定です。

###まとめ

前述の内容から、RISC ZeroのzkVM製品マトリックスは、ゼロ知識証明技術のさまざまな領域での発展を推進していることがわかります。ZethとKailuaは、Rollupアーキテクチャの最適化に特化しており、ブロックの検証効率と紛争解決速度を向上させています。Bonsaiはリモートプルーフサービスを提供し、ハードウェア依存性と実行コストを削減し、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ています。また、Blobstream Zeroは効率的なクロスチェーンデータの検証を通じて、モジュール化されたブロックチェーンエコシステムを信頼性のあるサポートします。さらに、Steelはオフチェーン計算とオンチェーン検証のモデルにより、スマートコントラクトのガスコストを削減しています。

当然、zkVM プロダクトマトリックスを継続的に改善する一方で、RISC Zero もzkVM の基盤技術のイノベーションを推進しています。最近、RISC Zero zkVM は1.2 バージョンをリリースし、新しいプリコンパイル方法を導入しました。この方法では、開発者はプリコンパイルロジックをアプリケーションと一緒にデプロイできます。これにより、zkVM 自体に組み込む必要がなくなります。これにより、開発者は新しいプリコンパイルロジックを追加できますが、チェーン上の検証コントラクトやコーディネートプルーバの設定を変更する必要はありません。また、zkVM をフォークまたは大規模な変更なしでパフォーマンスの最適化が可能です。さらに、アプリケーション定義のプリコンパイルにより、証明生成の計算コストを削減することもできます。例えば、Automata はRSA プリコンパイルを統合することで、実行サイクルを3900 万から21.7 万に短縮し、コストを約180 倍に削減しました。

zkVM技術の改良により、その成長のポテンシャルはさまざまなアプリケーションシナリオで徐々に発揮されるでしょう。ただし、これらのポテンシャルを最大限に引き出すには、エコシステムの協力と技術の実地展開が依然として必要です。

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