RISC Zeroの製品マトリックスは、EtherをZK対応の未来へと導くためにどのように役立っているのか？

By LINDABELL

先日のDevconカンファレンスで、EtherFoundationのコア・メンバーであるジャスティン・ドレイク氏がBeam Chainの提案を発表した。zkSNARKとzkVMの技術によってイーサネットのコンセンサス層をアップグレードし、ネットワークのスケーラビリティ、セキュリティ、効率を向上させる計画です。このビジョンにより、zkVMの重要性も再び脚光を浴びるようになった。汎用ゼロ知識仮想マシンであるzkVMは、従来のスマート・コントラクト・ロジックに依存することなく、より柔軟かつ効率的な方法で複雑な計算を処理することができます。

このトレンドに後押しされ、RISC Zero、Succinct、Cysicなどのプロジェクトが、この分野のイノベーションを推進する重要なプレーヤーと見られている。その中でも、RISC-VアーキテクチャをベースとしたzkVMを持つRISC Zeroは、Zeth、Kailua、Bonsaiといった一連のオープンソースツールを開発し、ブロック検証やロールアップのパフォーマンスを向上させるだけでなく、EtherのZK対応アップグレードの技術サポートも提供しています。

RISC zkVMエコ製品マトリックス：コア技術からシナリオ・アプリケーションまで

RISCゼロは、RISC-V命令セット・アーキテクチャに基づくzkVM実装です。 汎用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、さまざまな主流のプログラミング言語をサポートし、事実上あらゆる計算タスクを実行できます。他のゼロ知識テクノロジー・プラットフォームとは対照的に、RISC Zeroの証明器と検証器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の生成と検証を行うことができます。さらに、RISC Zeroの検証機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をリリースした。zkVM 1.0は複数の言語と複雑な計算タスクをサポートするだけでなく、大規模な計算を複数のセグメントに分割して効率的な並列計算と検証を行うContinuations技術を活用している。ロードマップによると、RISC Zeroは2024年末までにzkVMの性能とコストを20倍改善する計画で、最適化にはGPUへのプルーフ・フローの完全移行（80％完了）、新しいRISC-V v2回路設計の導入、再帰回路に特化した最適化などが含まれる。同時にRISC Zeroは、RSA、Keccak、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、イーサネット関連のタスクや暗号操作のパフォーマンスを向上させています。

また、RISC Zeroは、zkVMのコア機能を中心に、さまざまなオープンソースのツールや製品を開発しています。例えば、Bonsai Network Proof Serviceを通じて、開発者は特別なハードウェアを必要とせずにゼロ知識証明を生成することができます。Steelツールは、複雑なEVM計算を検証可能な結果を維持したままオフチェーン環境に移行することを可能にし、オンチェーン実行のコストを削減します。Blobstream Zeroは、Celestia Data Availability Layerを橋渡しすることで、モジュラーブロックチェーンエコシステムでデータを共有し検証する新しい方法を提供します。Blobstream ZeroはCelestia Data Availability Layerを橋渡しすることで、モジュール型ブロックチェーンエコシステムにおけるデータ共有と検証の可能性を広げます。

Zeth：Ether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技術に基づいて開発したオープンソースのEtherゼロ知識ブロック証明ツールで、ゼロ知識証明を通じてEtherブロックが正しく構築されたことを検証します。RISC Zeroは、ZethをType-0のzkEVMとして定義しており、イーサネット・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実現しています。

Etherの共同創設者であるVitalik Buterin氏は、自身の記事「Different types of zk-EVMs」の中で、zkEVMを4つのカテゴリに分類しています。Type-2はEVMと完全に同等であることを目指しますが、Etherと完全に同等ではありません。Type-3はEVMとほぼ同等です。

RISCの高性能の恩恵を受けています。Zero zkVMの高性能により、ZethはEtherブロックを数分で検証することができます。テストデータによると、Zethは1.1MHzの速度でブロック証明を生成でき、GPUクラスタを「継続」機能で拡張して速度を4.7MHzから6.3MHzに向上させています。この性能最適化により、証明生成のコストも削減されます。テストでは、182トランザクションを含むブロックの生成コストはわずか21.72ドル、1トランザクションあたり約0.11ドルでした。

同時に、Zethの開発において、RISC Zeroチームは、開発者がブロック・プルーフを迅速に実装し、さまざまなシナリオに適用できるように、revm、ethers、alloyなどのコンポーネントのRustエコシステムを活用しました。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適応させ、将来のイーサリアムの拡張に対応できる柔軟性を得ることができます。

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のための効率的なソリューションを提供します。従来の zk Rollup と zkEVM のビルドには時間とコストがかかり、小規模なチームにとっては法外なものでした。その代わりに、Zeth はモジュール式の zkVM アーキテクチャをベースにしており、開発者はブロック検証ロジックを簡単にカスタマイズすることができます。例えば:

• zk Rollup: Zethはブロックプルーフを迅速に実装できるため、開発サイクルを短縮し、ZK Rollupへの資本投資を削減することができました。

• ライトクライアント: ブロックを再構築することなくブロックの妥当性を検証し、運用コストを削減。

• クロスチェーンブリッジ：ZethのZKPは、チェーン上の機密情報を開示することなくクロスチェーンデータの検証を可能にし、第三者の信頼への依存を減らし、クロスチェーン攻撃のリスクを低減します。

今年5月、ZethはメインイーサネットワークからOptimismブロックデータを抽出し、ZKPを生成してブロックの正しさを検証すること、およびオンチェーン検証をサポートするよう拡張することに成功しました。言い換えれば、Zethにより、Optimismはトランザクションをより効率的に検証し、紛争を解決することができます。

Bonsai：開発者が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

BonsaiはzkVMアプリ用に設計されたリモート証明サービスで、開発者が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、オンチェーン証明の問題を解決します。BonsaiはzkVMアプリケーション向けに設計されたリモート証明サービスで、開発者が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、オンチェーンコンピューティングリソースの制限と高コストの間の矛盾を解決します。Bonsaiでは、開発者は実行する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、開発者がハードウェアを追加導入する必要はありません。同時に、BonsaiはGPUの大規模クラスタを利用して、複数の計算タスクを並列化します。さらに、Bonsaiは使いやすいAPIとSDKインターフェイスを提供しており、開発者は既存のシステムに簡単に統合できるため、開発工数をさらに削減できます。

このリモート認証サービスを基盤として、RISC Zeroは、OAuth 2.0認証とZKP技術を組み合わせたオープンソースツールであるBonsai Payを発表し、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。例えば、アリスがボブに送金したい場合、アリスはBonsai Payを使ってボブのGoogleメールアドレスと送金金額を入力する。ボブはBonsai Payにログインしてメールアドレスを入力し、Googleアカウントで認証する。Bonsai PayはOAuth 2.0を使って認証トークンを生成し、ボブが本当にメールアドレスの所有者であることを証明する。Bonsai PayはOAuth 2.0を使用して認証トークンを生成し、Bobが本当に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 Proof Serviceを呼び出し、Bob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ゼロ知識証明を生成します。スマートコントラクトが証明を検証すると、資金がロック解除され、ボブのウォレットアドレスに送金されます。

このプロセスを通じて、Bonsai PayはZKP技術を使って「ボブのグーグル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」ことを検証し、グーグルアカウントの詳細の開示を避けています。

Bonsaiのもう一つの重要なアプリケーションは、Bonsai ZKPです。Bonsaiのもう一つの重要なアプリケーションは、Bonsai ZK Co-processorです。ZKコプロセッサは、ゼロ知識証明技術によって複雑な計算タスクをオフチェーンで転送し、改ざん防止証明を生成して結果の正しさを保証します。同時に、開発者はロジックを処理するzkVMアプリケーションを記述し、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よいため、Bonsaiコプロセッサの導入は非常に簡単です。プロセス全体を通して、Bonsai証明サービスは、オンチェーンで検証できるオフチェーン計算のゼロ知識証明を生成する責任を負います。

BonsaiのZKコプロセッサは、高いパフォーマンス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。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行することで、オンチェーンのGasコストを大幅に削減することができます。Bonsai DAO Governorは、コプロセッサを使用することで、1票あたりのGasコストを50%以上削減し、ガバナンス効率を効果的に向上させ、参加への障壁を下げます。

境界のない：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有効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再実行する必要がありました。この「グローバル再実行」モデルは、セキュリティと一貫性を保証する一方で、非常に高い計算コストをもたらす。この問題を解決するために、RISC ZeroはBoundlessを導入しています。これは、計算を完了した後に、1つのノードが検証可能なゼロ知識証明を生成することを可能にし、他のノードは計算を再実行することなく、結果を確認するために証明を検証するだけで済みます。

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。これは、複数の小さなゼロ知識証明を1つの全体的な証明に結合するもので、検証者はすべての段階を1つずつ検証する代わりに、1つの全体的な証明のみを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、Boundlessには、ハッシュ計算やデジタル署名検証のような一般的なタスクの効率を最適化する専用の暗号アクセラレーション回路が組み込まれています。

さらに、開発者はゼロ知識技術を深く理解していなくてもBoundlessを使用することができます。現在、Boundlessは開発者が無料で利用できる。開発者はBoundlessの証明サービスを活用することで、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、あらゆるブロックチェーン上でゼロ知識アプリを迅速に構築・展開することができる。

ブロブストリーム・ゼロ（Blobstream Zero）：ゼロ知識アプリ。Blobstream Zero: クロスチェーンのデータ検証を簡素化するzkVMベースのクロスチェーンブリッジ

Blobstream Zeroは、RISC ZeroとCelestiaによる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ール化されたデータ可用性レイヤーとシームレスに接続するように設計されています。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します。Blobstream ZeroはCelestia上でデータを共有し検証することで、チェーンからチェーンへのデータ転送と検証を容易にします。

完全なオープンソースのパブリック製品であるBlobstream Zeroは、どのようなプロジェクトや開発者で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、本質的にオフチェーン計算ツールであるため、計算を実行するために信頼性の高いデータを必要とする ZK コプロセッサのサポートを提供することができます。Blobstream ZeroはCelestiaのようなブロックチェーンからデータをフェッチすることができ、送信されるデータが信頼できることを証明するためにZK証明を生成することができる。

Steel：オフチェーン実行とオンチェーン検証によるスマートコントラクトの新しいパラダイム

SteelはRISC Zeroのオープンソースツールで、zkVMテクノロジーを活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を実現します。を実行します。Steelを使えば、開発者は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しながら、EVM操作をオンチェーンからオフチェーン実行に移すことができます。

従来のスマートコントラクトでは、すべてのロジックをオンチェーンで完全に実行する必要があり、ガス代がかかるだけでなく、複雑なアプリケーションの開発が制限されます。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、この問題を解決する。例えば、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。従来のアプローチでは、ロジックをオンチェーンで完全に実行する必要がありましたが、Steelは計算をオフチェーンで実行し、ゼロ知識証明を生成するため、コントラクトロジックを繰り返すことなくオンチェーンで検証できます。

RISCゼロは現在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ったアプリケーションの開発に成功しています。例えば、約400,000のSLOADオペレーションを処理するコントラクトコールでは、計算はSteelによってオフチェーンに移され、生成されたゼロ知識証明はその後オンチェーンで検証されます。

Kailua：ロールアップ・アーキテクチャの革新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を発表しました。RISC Zeroは、楽観的な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・ソリューションであるKailuaを発表しました。Kailuaは、通常7日間のチャレンジ期間を必要とし、その結果トランザクションのファイナリティが遅くなる従来の楽観主義ロールアップと、ファイナリティを迅速に達成するものの、ゼロ知識証明を継続的に生成するために高いコストがかかるZKロールアップの利点を、コストと効率のバランスをとるハイブリッド・アーキテクチャで組み合わせたものです。Kailua は、Optimism Kona フレームワークの拡張として、zkVM 上で動作する変更されていない Kona をサポートするだけでなく、革新的な紛争解決メカニズムを導入することで、誓約要件を低減し、ファイナリティの待ち時間を短縮することで、システムの効率性と可用性を向上させます。

Kailuaのアーキテクチャでは、紛争解決メカニズムが完全に再設計されています。まず、その紛争解決メカニズムにより時間的制約がなくなり、ネットワーク停止などの特殊な状況でも検証者が証明を生成する十分な時間が確保されるため、システムの回復力が高まります。極端なケースであっても、RISC Zero zkVMの拡張アーキテクチャは1時間未満で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・プルーフィングにより、開発者はプルーフの頻度を柔軟に設定し、低コストで完全にプルーフされたロールアップ・モデルに移行することができます。

ZKロールアップとは異なり、カイルアは継続的にプルーフを生成する必要がないように設計されています。カイルアは、低頻度の空ブロックや特別な契約要件を持つロールアップに対して、より費用対効果の高い選択肢を提供します。同時に、カイルアはロールアップに必要な誓約コストを大幅に削減します。従来の楽観的ロールアップでは、長いファイナリティ・サイクルにわたって誓約が直線的に増加するのに対し、カイルアの最適化された設計では誓約要件が固定されるため、システムは長期間にわたって低コストでセキュリティとアクティビティを維持することができます。

Kailuaは現在、完全にオープンソースです。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、ZKプルーフ・オブ・フェイルをサポートするネットワークに素早くアップグレードすることができます。また、Kailuaは、検証者がzkVMでどのようにエラー状態に挑戦し、その紛争解決メカニズムについての洞察を得ることができるかを開発者が理解できるように、シミュレートされた障害提案もサポートしています。将来的には、Kailuaはコストとパフォーマンスを最適化し、より多くの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。

概要

上記からわかるように、RISC ZeroのzkVM製品マトリックスは、ZethとKailuaがRollupに焦点を当てて、多くのドメインで知識実証技術を進めています。ZethとKailuaは、ブロック検証効率と紛争解決速度を向上させるRollupアーキテクチャの最適化に重点を置き、Bonsaiはハードウェア依存とランニングコストを削減するリモート証明サービスを提供し、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で、モジュール型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はオフチェーンコンピューティングとオンチェーン検証モデルを通じて、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、zkVM製品マトリックスを継続的に改善する一方で、RISC ZeroはzkVM基盤技術の革新も推進し続けています。最近、RISC ZeroのzkVMはバージョン1.2をリリースしました。このバージョンでは、プリコンパイルの新しい方法を導入し、開発者はzkVM自体にビルドすることなく、プリコンパイルされたロジックをアプリケーションに導入することができます。つまり開発者は、オンチェーン検証コントラクトや調整プローバの設定を変更することなく、また性能最適化のためにzkVMをフォークしたり、大幅な変更を加えたりすることなく、新しいコンパイル済みロジックを追加することができます。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ができます。例えば、AutomataのRSAプリコンパイルの統合は、実行サイクルを3,900万サイクルから2億1,700万サイクルに削減し、約180倍のコスト削減を実現しました。

zkVMテクノロジーが最適化され続けるにつれて、その可能性は多くのシナリオで実証されることになりますが、その可能性を解き放つには、エコシステムの協力と現場でのテクノロジーの実際のパフォーマンスにかかっています。