著者: 0XNATALIE 出典: Chainfeeds
ブロックチェーンのスケーラビリティと計算効率の追求において、ZKP(ゼロ知識証明)技術は特に重要です。zkVM(Zero-Knowledge Virtual Machine)は、この技術の具体的な応用例の1つです。zkVMは、実行の詳細を漏らすことなく計算の正しさを検証できる、ZKPに基づく汎用計算プラットフォームとして機能します。zkVMはまた、計算量のオフチェーン処理もサポートしています。また、計算量の多いタスクのオフチェーン処理をサポートし、検証結果のみをブロックチェーンに提出することで、ブロックチェーンのスケーラビリティを大幅に向上させます。現在、zkVMソリューションは、a16z、Taiko、ZKMなど、市場の多くのプロジェクトによって開発されている。
zkVMの紹介
zkVMは、ゼロ知識証明に基づく汎用コンピューティング・プラットフォームで、スマート・コントラクトの実行、データ処理、複雑なアルゴリズム演算など、さまざまな計算タスクを実行します。その中核機能は、実行の詳細を明らかにすることなく計算の正しさを検証するゼロ知識証明を生成することです。SNARKを使えば、これらの証明はオフチェーンで検証でき、検証者は高価な計算コストをかけてブロックチェーン上で計算全体を再実行する必要がありません。
また、zkVMは暗号通貨取引にとどまらない設計となっており、その汎用性により、ヘルスケアデータ処理、サプライチェーン管理、無記名投票システムなど、データの安全性を確保しながら処理ロジックの正しさの検証を必要とするさまざまなアプリケーションシナリオに導入することができます。
zkVM対他の仮想マシン
従来の仮想マシン (VM) は通常、物理ハードウェア上で仮想化された完全なコンピューティング環境を指し、ハードウェア環境をエミュレートし、複数のオペレーティング・システムやアプリケーションを同じ物理ハードウェア上で実行できるようにすることを中核機能とします。これらのVMは、主にハードウェア仮想化技術とオペレーティング・システム・レベルの分離によってその機能を実現する。通常、その中で実行されるアプリケーションやデータを暗号的に認証するプロセスは伴いません。
ゼロ知識仮想マシン(zkVM)は、ゼロ知識証明技術を使用して、プログラムの実行プロセスの正しさを保証します。Rust、C/C++、Goなどの複数のプログラミング言語により、開発者は使い慣れた言語でアプリケーションを構築できます。ゼロ知識証明の生成は、大量の計算資源を必要とする計算集約的なプロセスであり、トランザクション処理速度(TPS)が大きく制限されるため、計算および検証プロセスは、従来のVMよりも時間がかかることが多い。現在の ZK 技術は、個々の証明生成において大きな進歩を遂げているものの、高負荷条件下での大規模トランザクショ ンを処理する能力においてはまだ限界がある。各証明の生成には数秒から数分かかることがあり、大規模な決済処理システムのような高スループットを必要とするアプリケーションには限界があります。
zkEVMは、イーサのエコシステム向けに設計されたzkVMの特別な実装であり、ゼロ知識証明によってイーサのスケーラビリティを強化することを目的としています。zkEVMはイーサリアムのスマートコントラクトやSolidity、Vyperなどの開発ツールと完全に互換性があり、既存のイーサリアム・アプリケーションを変更することなくzkEVMにシームレスに移行することができます。その結果、zkEVMはイーサに特別に最適化されたバージョンのようなものです。
ZkVM関連プロジェクト
zkテクノロジーの課題にもかかわらず、市場にはzkVMソリューションの開発で技術力を発揮したプロジェクトが数多くあります。
Jolt:優れたパフォーマンス
4月9日、a16zはzkVMソリューションであるJoltの初期実装をリリースしました。
4月9日、a16zは同社のzkVMソリューションであるJoltの初期実装をリリースしました。
STARKフレームワークをベースとした他のzkVMとは異なり、JoltはLassoルックアップパラメータとsumcheckベースの技術を活用しています。この革新的なアプローチは、新しい仮想マシン命令の実装を簡素化するだけでなく、システム全体のスピードも向上させます。使いやすさと効率性を重視して設計されたJoltのコードベースは非常に無駄がなく、Joltの各CPU命令は、わずか50行のRustコードで実装することができます。さらに、Joltのパフォーマンスは非常に優れており、予備的なベンチマークでは、ゼロ知識証明をRISC Zeroの5倍以上、SP1の2倍以上の速さで実行します。
RISC Zero: 複雑な計算を効率的に処理
RISCゼロは、証明のネスティングをサポートする再帰的手法を特徴とする、再帰的SNARK構造を持つzkVMです。再帰的手法。SNARKでは、再帰によって複雑な証明をより小さく管理しやすい証明に分割することができます。RISC Zero独自の再帰の実装により、複数の証明レイヤーを1つの証明チェーンにシームレスに統合することで、計算負荷と処理するデータ量を削減するだけでなく、複数の計算ステップにまたがる検証プロセスのセキュリティと整合性を維持します。複数の計算ステップにまたがる完全性。
RISC Zeroのもう1つのユニークな特徴は、スケーラビリティと拡張性を考慮して設計されたオープンスタンダードのISA(命令セット・アーキテクチャ)であるRISC-V命令セットを使用していることです。この選択により、RISC Zeroはツールやサポートの幅広いエコシステムを利用できるようになり、独自のアーキテクチャや汎用性の低いアーキテクチャを使用する他のzkVMよりも、既存のシステムへのアクセスや統合が容易になります。
昨年、同社は4000万ドルのシリーズA資金調達ラウンドを成功裏に完了した。このラウンドはBlockchain Capitalが主導し、Bain Capital Crypto、Galaxy Digital、IOSG Ventures、RockawayX、Maven 11、Fenbushi Capital、Delphi Digitalなどの著名な投資家が参加しました。などが含まれる。
Succinct:開発者フレンドリー
SuccinctはzkVM SP1を開発しました。このSP1は、RustまたはLLVMでコンパイル可能なその他の言語で書かれたコードを実行するように調整されており、柔軟性と使いやすさが向上しています。SP1は、開発者が「プリコンパイル」によって機能をカスタマイズし、拡張できるモジュラーアーキテクチャをサポートしています。プリコンパイルとは、特定の、開発者が追加または変更可能なモジュールのことで、コア VM を強化し、特定のタスクや操作をより効率的に処理できるようにします。
さらにSP1は、証明の展開と実行を簡素化する証明者の分散型ネットワークを構築することで、高度な暗号手法の使用に対する障壁を下げています。このネットワークにより、開発者はワンクリックで効率的に証明を生成することができ、合理的なアプローチを提供します。
3月、Succinctは5500万ドルの資金調達を完了した。この資金調達はParadigmが主導し、Robot Ventures、Bankless Ventures、Geometry、そしてエンジェル投資家であるEigenlayerのSreeram Kannan氏、Polygonの共同設立者であるSandeep Nailwal氏などが参加しました。SuccinctがSP1テストネットワークの開始を発表。
太古:マルチ証明システム
太古はzkEVMの使用からzkVMへの移行を開始しており、そのzkVMはマルチ証明システムを使用している点でユニークです。マルチプルーフのコンセプトはVitalik氏によって導入されたもので、Taikoはこれを実装する最初のプロジェクトであり、5月末にメインネットで稼動した際には直接サポートすると表明しています。このシステムにより、TaikoのzkVMは複数のタイプの証明を生成できるようになり、システムのセキュリティと堅牢性が向上する。プルーフ・タイプのひとつに問題があったとしても、他のプルーフ・タイプはシステムが稼働し、誤った状態遷移が適時に検出されることを保証し続けることができる。さらに、Halo2-KZG証明システムが使用されているため、複雑な計算や大規模なトランザクションを効率的かつコスト効率よく処理することができます。
3月、TaikoはLightspeed Faction、Hashed、Generative Ventures、Token Bay Capitalが共同主導する1500万ドルのシリーズA資金調達ラウンドを終了し、Wintermute Ventures、Flow Traders、Ameba、Token Bay Capitalが参加した。ベンチャーズ、フロー・トレーダーズ、アンバー・グループ、OKXベンチャーズ、GSRが参加した。
ZKM:MIPS。シンプルで安定したアーキテクチャ
ZKMはMetis FoundationがインキュベートしているzkVMプロジェクトで、MIPSアーキテクチャを採用し、zk仮想マシンを作成するためにゼロ知識証明技術と組み合わせています。この設計により、ZKPはシステム内で計算が処理される方法との互換性が高まり、オペレーションが高速化され、ZKPプロトコルの実装のみに関連する計算オーバーヘッドが削減される。また、現在のzkVMのほとんどはRust言語を使用していますが、ZKMはGolangのネイティブ・サポートを提供します。
MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) は、第一世代のThin Instruction Setコンピューター・アーキテクチャです。 MIPS命令セットは比較的シンプルで安定しており、多種多様なコンピューティングデバイスや組み込みシステムで使用することができ、汎用性と適応性に優れています。 MIPSアーキテクチャに基づくZKMシステムは、より簡単に開発および展開することができます。
zkMIPSは、MIPSプログラム全体をセグメントに分割します。zkMIPS は、テーブル内の各操作が正しく、セグメント内の各命令がそのモジュールテーブルに含まれていることを保証するために、STARK 証明法を使用して、各モジュールテーブル内の命令を個別に検証します。その後、各セグメント の実行順序がプログラム全体の実行順序と一致することが検証される。このようにして、チェーンの下流で実行されたプログラムであっても、チェーンの上流で検証することができ、プログラム実行の透明性と信頼性を高めることができる。
ZKMは最近、zkMIPSを活用してトラストレスの分散型マルチチェーン相互運用フレームワークを構築する、トラストを最小限に抑える新しいマルチチェーン相互運用インフラストラクチャ「Entangled Rollups」を発表しました。スナップショットによる資産移転のみを検証するサードパーティのzkブリッジとは異なり、すべての計算を検証できるため、非常に安全です。この相互運用性の鍵は、あるブロックチェーンで生成し、別のブロックチェーンで検証できる共通の証明メカニズムの存在です。ZKMが他のzkVMと異なる点の1つは、すべての操作に適用されるゼロ知識証明を生成できることです。ZKMは、CPU/MIPSアーキテクチャの底部にセキュリティを埋め込み、アーキテクチャの上にあるすべてのソフトウェアが、ソフトウェアごとにゼロ知識証明プロセスを個別に行う必要なく、同じセキュリティを享受できるようにします。
さらに、ZKMの特徴:
すべてのVMとの互換性:ZKMは各VMの下に配置されるため、さまざまなブロックチェーンのインテリジェンスと互換性があります。MoveVM(zkMVM)、WASM(zkWASM)、RustVM(zkRVM)など、さまざまなブロックチェーンスマートコントラクトエンジンVMと互換性があります。
プラグアンドプレイ:開発者は既存のコードベースを変更することなくZKMを採用できます。
長期的な安定性:EVMの変化に応じて変更する必要がないMIPS命令セットの安定性は、開発により安定した環境を提供します。
zkVM の今後の展望
ブロックチェーン技術が成熟し続け、最先端企業が zkVM の性能を探求し続けるにつれて、暗号の世界では zkVM がキーテクノロジーの一部としてますます重要な役割を果たすようになることが予想されます。特に、データの機密性が高まり、クロスチェーンのセキュリティが求められる現在、zkVMは市場のニーズを満たす機能を提供します。私たちは、回路の最適化や証明システム自体の最適化などの技術的な課題を克服し、幅広いプログラミング言語に完璧に適合するzkVMを提供し、より多くの開発者をWeb3の新時代に導くことを楽しみにしています。