ZKコプロセッサ：ブロックチェーンアプリケーションの新しいパラダイム

コンピュータ分野のコプロセッサは、CPUに複雑なタスクを処理させる役割を担っています。例えば、2013年にAppleが発表したM7モーションコプロセッサは、スマートデバイスの運動感度を向上させ、2007年にNvidiaが提案したGPUコプロセッサは、グラフィックレンダリングなどのタスクを担当しています。コプロセッサは、複雑で性能要求の高いコードをオフロードし、CPUがより柔軟な部分を処理できるようにします。

イーサリアムチェーン上にはアプリケーションの発展を制約する2つの問題が存在します:

1. 高額なガス料金がオンチェーンアプリケーションの開発範囲を制限しています。ほとんどのコントラクトコードは資産操作に関するもので、複雑な操作は大量のガスを必要とし、アプリケーションとユーザーの広範な採用を妨げています。

2. スマートコントラクトは最近の256個のブロックのデータにのみアクセスできます。将来のアップグレードにより、フルノードは過去のブロックデータを保存しなくなります。データの欠如はデータに基づく革新的なアプリケーションの出現を困難にし、「大規模採用」製品の出現を制限します。

これらの問題は、イーサリアムブロックチェーンの設計の目的が、大量の計算やデータ集約型のタスクを処理することではないことに起因しています。これらのアプリケーションに対応するためには、コプロセッサの概念を導入する必要があります。イーサリアムチェーンはCPUとして機能し、コプロセッサはGPUのように計算やデータ集約型のタスクを処理します。ZK技術を組み合わせることで、コプロセッサがチェーン外で信頼性のある計算とデータ使用を行うことが保証されます。

ZKコプロセッサの適用範囲は広く、ソーシャル、ゲーム、DeFi、リスク管理システム、オラクル、データストレージ、大規模モデルのトレーニングなどを含みます。理論的には、Web2アプリケーションが実現できる機能は、ZKコプロセッサでも実現可能であり、イーサリアムを決済層として利用することでアプリケーションの安全を保護します。

現在、業界ではZKコプロセッサの定義が必ずしも一致しておらず、ZK-Query、ZK-Oracle、ZKMなどがこのカテゴリに含まれます。これらは、ブロックチェーン上の完全なデータ、オフチェーンの信頼できるデータ、およびオフチェーンの計算結果の照会を支援します。ある観点から見ると、Layer2もイーサリアムのコプロセッサと見なすことができます。

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コプロセッサプロジェクトの概要

現在の有名な協調処理プロジェクトは主に三つの大きなカテゴリーに分かれています: チェーン上データインデックス、オラクル、そしてZKML。General-ZKMプロジェクトはこれら三つのシナリオをすべて網羅しています。異なるプロジェクトが採用するオフチェーン仮想マシンはそれぞれ異なり、DelphinusはzkWASMに特化し、Risc ZeroはRisc-Vアーキテクチャに特化しています。

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コプロセッサ技術アーキテクチャ

以下に、いくつかの典型的な汎用型ZK協処理器プロジェクトを分析し、その技術とメカニズム設計の違いと共通点を探ります。

Risc Zero

Risc ZeroのZKコプロセッサはBonsaiと呼ばれ、チェーンに依存しないゼロ知識証明コンポーネントのセットです。Risc-V命令セットアーキテクチャに基づいており、Rust、C++、Solidity、Goなどの多くの言語をサポートしています。主な機能は以下の通りです:

1. 汎用zkVMは、ゼロ知識/検証可能な環境で任意の仮想マシンを実行できます。
2. スマートコントラクトまたはチェーンに直接統合できるZK証明生成システム。
3. 汎用ロールアップ、Bonsai上で証明された計算をチェーン上に分散させる。

Bonsaiの重要なコンポーネントには、プロバー ネットワーク、リクエストプール、ロールアップエンジン、イメージハブ、ステートストア、そしてプロービングマーケットプレイスなどが含まれます。

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ラグランジュ

Lagrangeは、協調プロセッサーと検証可能なデータベースを構築することを目的としており、ブロックチェーンの履歴データを含んでおり、信頼を必要としないアプリケーションの開発を容易にします。そのコア機能には、次のものが含まれます:

1. 検証可能なデータベース:インデックスチェーン上のスマートコントラクトストレージ、ブロックチェーンのストレージ、ステータス、およびブロックを再構築します。
2. MapReduceの原則に基づく計算: データを分離した複数のインスタンスで並列計算を行い、最後に結果を統合します。

Lagrangeのデータベース設計は、契約ストレージデータ、EOA状態データ、そしてブロックデータを含みます。そのZKMR仮想マシンは、計算と証明のためにMapとReduceの二つのステップを採用しています。

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サクシント

Succinct Networkは、プログラム可能な事実をブロックチェーン開発の各段階に統合することに尽力しています。その協調プロセッサは、Solidityや特別なゼロ知識領域言語を含む多くのプログラミング言語をサポートしています。SuccinctのオフチェーンZKVMはSP(Succinct Processor)と呼ばれ、Rustやその他のLLVM言語をサポートしています。

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比較分析

一般的なZK協調処理装置を比較する際には、主に以下の要素を考慮します:

1. データインデックス/同期能力 2.ZKテクノロジーを採用した(SNARKs対STARKs)
2. 再帰はサポートされていますか
3. 証明システムの効率
4. エコシステム協力状況
5. ファイナンスおよびVCサポート

全体として、各プロジェクトの技術的なアプローチが類似しており、STARKsからSNARKsのラッパーを使用し、再帰をサポートし、証明者ネットワークやクラウドコンピューティング市場を構築するなどしています。技術が似ている場合、チームの実力や背後のVCのエコシステムリソースが重要な競争要因となる可能性があります。

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コプロセッサとLayer2の違い

ユーザー向けのLayer2とは異なり、コプロセッサはアプリケーション向けです。これは、以下のシーンで使用されるアクセラレーションコンポーネントまたはモジュラーコンポーネントとして機能します。

1. ZK Layer2のオフチェーン仮想マシンコンポーネントとして
2. パブリックチェーンアプリケーションにオフチェーンの計算能力を提供
3. パブリックチェーンアプリケーションとして他のチェーンから検証可能なデータを取得するオラクル
4. クロスチェーンブリッジとしてメッセージを伝達する

協調プロセッサは、ブロックチェーンのさまざまなミドルウェアを再構築するために使用できる、全チェーンのリアルタイム同期データと高性能低コストの信頼できる計算の潜在能力をもたらしました。

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協調プロセッサが直面する課題

1. 開発のハードルが高く、特定の言語やツールを習得する必要があります。
2. 業界は初期段階にあり、性能基準は複雑で、状況はまだ明確ではありません。
3. ハードウェアなどの基本インフラはまだ完全に整っていません。
4. 技術的なパスは似ており、技術的に顕著なリードを達成するのは難しい。

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まとめと展望

ZK技術は非常に強い汎用性を持ち、ブロックチェーンエコシステムの複数の重要な部分を再構築することが期待されています。汎用型ZKコプロセッサはZK技術を実現するための重要なツールの一つであり、その適用範囲はほぼすべてのdappシーンをカバーしています。

ZK協処理器の大規模採用には、2つの重要な指標を満たす必要があります：全チェーンリアルタイムで証明可能なデータベースと低コストのオフチェーン計算です。これらの目標が徐々に実現するにつれて、ソフトウェア開発のパラダイムが根本的に変革されることが期待されています。ZK算力チップの商業化アプリケーションは、ZK協処理器の大規模な導入において重要な前提条件となるでしょう。

現在のサイクルでは革新が相対的に不足していますが、これは次世代の「大規模採用」技術とアプリケーションを構築するための重要なウィンドウ期間です。次のサイクルでは、ZK産業チェーンが商業化されると予想されます。数十億のユーザーのオンチェーンインタラクションを実際にサポートできるコア技術に注目する時が来ました。

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