ZkEVM はイーサリアムのエコシステムをどのように改善できますか?

ZkEVM はイーサリアムのエコシステムをどのように改善できますか?

CoinUnited.ioリサーチチームによる

15 Apr 2023

4分で読めます

Kenny Li は、ゼロ知識証明技術に基づくプログラム可能なプライバシーレイヤー 1 プロトコルである Manta Network の作成者であり、共同設立者でもあります。

Ethereum 上の ZkEVM は、分散型アプリ (DApps) をサポートするために zk-rollups の機能を拡張します。

イーサリアムエコシステムを改善するために、zkEVM は、ZKP を利用する新規および現在のイーサリアムアプリケーションのデプロイを簡単にします。

イーサリアムネットワークが 2014 年に最初に提案されたとき、ZKP テクノロジは考慮されませんでした。しかし近年、ZKP はますます有名になり、ブロックチェーン業界で中心的な役割を果たすことが期待されています。そのため、ZKP テクノロジーを Ethereum の仮想マシンに統合する試みはより深刻になっています。まず、zkEVM の 2 つの基本的な概念である zk-rollups と EVM を簡単に調べて、それが何であるかを理解しましょう。

メインチェーン外の複数のトランザクション実行は、1 つのトランザクションに結合され、ロールアップの一部としてメインネットワークに送り返されます。これは、スケーラビリティソリューションです。単一のトランザクションを確認する価格で、ロールアップ内のトランザクションは圧縮され、イーサリアムプラットフォーム上のイーサリアムメインネットに送信されます。イーサリアムメインネットはロールアップのトランザクションデータを検証し、決済サービスを提供します。 ZKP 技術は、情報自体を開示することなく情報の真正性を確認できるようにする暗号化メカニズムであり、一種のローである zk-rollup で使用されます。 Zk ロールアップでは、状態の違い (ユーザーアカウントの状態の変化など) と有効性の証拠のみが必要です。完全なトランザクションデータを Ethereum メインネットに公開する必要がないため、ガスコストが削減されます。 ZKP 暗号化では、証拠を検証し、トラストレス性を確立するために暗号化技術が採用されており、zk ロールアップのセキュリティが提供されます。これは、楽観的なロールアップのような他のロールアップとは異なります。そのセキュリティは経済ゲーム理論に由来し、挑戦者はインセンティブによって動かされ、悪者は将来の損失によってインセンティブが失われます。

イーサリアムアカウントシステムとスマートコントラクトは、ステートマシンである EVM によって管理されます。 EVM は、スマートコントラクトが実行されるたびに、ある状態から別の状態に切り替わります。あるブロックから次のブロックへの新しい有効な状態を計算する式は、EVM によって定義されます。これは、イーサリアムの現時点での状態を表すマークルパトリシアトライデータ構造であり、誰でも現在のブロックからジェネシスブロックまでトランザクションデータの軌跡をたどることができます。各ノードは、イーサリアムを維持するために使用されるコンセンサスメカニズムのおかげで、正確な現在の状態を表示できます。

ZKP は、デフォルトでは EVM によってサポートされていません。 zkEVM は、すべての情報が正確であるという証拠を提供する一方で、イーサリアムの状態の継続性を保証しようとします。このようにして、これらの手順の計算に使用される多くの要素が確認されている間、セキュリティとプライバシーが維持されます。開始状態から開始し、すべてのトランザクションを計算してから、対応する ZKP で更新された状態を出力します。この証拠はバリデータスマートコントラクトに送信され、各トランザクションを個別に検証することなく、元の状態と新しい出力の両方の正確性が検査されます。 zkEVM は EVM に基づいているため、開発者は ZKP 開発作業を行う必要なく、イーサリアム DApp とスマートコントラクトを zkEVM に簡単に転送できます。以前は zkEVM なしで可能だった低トークンスワップと支払いに加えて、zkEVM は zk-rollup によるスマートコントラクトの実行も可能にします。 EVM の互換性機能により、開発者は既存の EVM プログラミング言語である Solidity を使用して新しい製品を構築しながら、zkEVM によって提供される強化されたセキュリティを活用できます。ユーザーは、セキュリティとプライバシーを強化しながら、同じ DApps とよく知られたツールを引き続き利用できます。

「EVM 互換」という用語は、Solidity プログラミング言語を使用して作成された DApps の展開をサポートするブロックチェーンの機能を指します。 Ethereum ネットワークで機能するスマートコントラクトを作成するために、Solidity が作成されました。実際には、イーサリアムの開発者は、イーサリアムからコードをコピーして貼り付けるだけで、既存の DApp を他の EVM 互換チェーンに展開することができます。ユーザーのイーサリアムアドレスは、EVM 互換のチェーンアドレスと同じです。現時点で EVM に対応している主なチェーンは、Polygon、BNB Chain、Avalanche C-Chain です。 EVM の同等性を EVM の互換性と混同してはなりません。これは、DApp 開発者の観点から、レイヤー 2 ロールアップがレイヤー 1 イーサリアムと非常に似ていることを意味します。ユーザーの以前のコンピューターと新しいコンピューターの両方が Apple のオペレーティングシステムで実行されている場合、EVM の同等性は、オペレーティングシステムの比較を使用して、Apple Cloud を使用してファイルと設定を復元することに匹敵します。対照的に、EVM の互換性では、新しいマシンが Windows オペレーティングシステムに変更されるたびに、元のデータをクラウドストレージから取得して変換し、以前のファイルと優先設定を回復する必要があります。

ZKP テクノロジは Ethereum でサポートされることを意図していないため、EVM を使用して ZKP を直接生成および検証すると、非常に時間がかかります。状況によっては、何時間もかかることがあります。ただし、EVM の互換性と ZKP の有効性のバランスを取る必要があります。ブロックチェーンのトリレンマのように、ZKP のパフォーマンス効率と EVM の互換性の間にはそれぞれさまざまなトレードオフがあります。

タイプ 1 zkEVM のチェーン状態とトランザクションは、エンシュラインロールアップと呼ばれることが多く、コンセンサスレベルでの Ethereum と同じです。それらは、イーサリアム実行クライアントと直接対話し、ブロックを相互に検証する場合があります。イーサリアム自体は、イーサリアムメインネットに直接追加できるタイプ 1 zkEVM により、よりスケーラブルです。 ZKP の欠点は、効率が非常に低く、検証に多くの計算が必要なことです。最適なタイプの zkEVM は、ZK 効率が高いもの、つまりタイプ 1 です。現在、この種の zkEVM のために多くのプロジェクトが構築または調査されています。

タイプ 2 は Ethereum ではありませんが、完全に EVM と同じです。データ構造 (ブロック構造や状態ツリーなど) に関しては、イーサリアムとは異なり、ZK に適していないいくつかのスタック操作を削除します。イーサリアムの現在の開発インフラストラクチャ、デバッグツール、および DApps と完全に互換性があります。バイトコードレベルの同等性は、かろうじて証明者の時間を短縮できます。タイプ 2 の明らかな欠点は、コストが高いこと、ZK のシナジーがないこと、効率が低くコストがかかることです。

タイプ 2 の利点と欠点は、ガス価格がやや低いタイプ 2.5 にも共通しています。

タイプ 2 を基礎として使用すると、タイプ 3 はさらに互換性を放棄して、ZK の有効性を高めます。この関数に依存する DApps で使用されるコーディングの一部を変更する必要があります。これは、プリコンパイルを含め、zkEVM で実装するのが難しい関数を削除するためです。

zkEVM 実装の主な目標は、スマートコントラクトの実行中に ZKP 計算をサポートすることで、DApps をすべての EVM 互換プロトコルに拡張することです。ただし、ZKP の用途はこれだけではありません。 ZKP テクノロジが Web2 ユースケースで機能する可能性があります。 ZKP は、さまざまな Web2 ユースケースで使用して、Web3 アプリをより洗練されたユーザーフレンドリーにすることができます。また、従来のインターネットブラウザに慣れているユーザーも Web3 にアクセスできるようになり、結果として Web3 の採用が促進されます。

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