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仮想通貨イーサリアムの進化、ブテリン氏が示すZK-EVM統合案とレイヤー2の未来とは?

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ZK-SNARKsを活用する計画

イーサリアム(ETH)共同創業者のヴィタリック・ブテリン氏が、ZK-EVMのイーサリアムレイヤー1(L1)への統合に関する新たな提案を14日、ブログで公開した。この提案は、イーサリアムの効率とセキュリティを大幅に向上させる可能性を示唆している。

ブテリン氏によると、将来的にはライトクライアントの機能が強化され、ZK-SNARKsを活用してイーサリアムネットワークのレイヤー1 EVMの実行を完全に検証することが可能になると予想されている。これにより、事実上のZK-EVM(ゼロ知識証明イーサリアム仮想マシン)がイーサリアムネットワークに存在する状態となり、これを最大限に活用するための検討が求められている。

zk-SNARKsとは

「zk-SNARKs」とは、ゼロ知識証明のこと。証明(Proof)プロトコルの一種であり、証明者が「自身の主張は真実である」以外の情報を検証者に開示することなく、その主張が「真実である」と証明するメカニズム。

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L2の構造的な課題

ブテリン氏は、イーサリアム上のレイヤー2 EVMプロトコル、特にオプティミスティックロールアップ(OP Rollups)やZKロールアップ(ZK Rollups)が直面している課題について詳細に説明している。

これらのプロトコルは、イーサリアムのプロトコルに存在するEVM機能を複製しており、中でも、EVM等価性を特徴とする(L2の)ZK-EVMは、実質的にレイヤー1(L1)のイーサリアムブロックの検証と同じ作業を行っている状況だ。つまり、L1にアップデートがあれば、それに追従するためにL2側でガバナンスの必要性が存在する。

しかし、ブテリン氏によると、イーサリアムのレイヤー1がZK-EVMを直接提供することにより、レイヤー2でのガバナンスの必要性が大幅に減少し、その結果、レイヤー2の効率とセキュリティが向上する可能性がある。

ロールアップとZK-EVMとは

イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決すると期待されるロールアップは、オプティミスティック・ロールアップ(Optimistic Rollup)とゼロ知識証明を活用したソzkロールアップの2種類に分類される。ORsの代表例は「Optimism」と「Arbitrum」。ZK-EVMsには、「zkSync」や「Scroll」、「StarkNet」などがある。

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「Enshrined ZK-EVM」の基本構造

「Enshrined(納められた)ZK-EVM」と呼ばれるこのプランでは、イーサリアムブロックの証明生成に現在必要な計算リソースと時間を削減するために、大規模な並列化と「再帰的なSNARKs」の使用が提案されている。これにより、複数の証明を効率的に統合し、プロセス全体の効率を向上させることが可能になる。

さらに、EIP-4844の「ブロブ」トランザクションに似た新しいトランザクションタイプ(ZKEVMClaimTransactionなど)が導入されることで、L1のMempool(メモリプール)でのデータ転送を効率化。これには、関連するトランザクションと証人データが正しいことを証明するZK-SNARKが含まれている。

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クライアントのローカル環境にある、ブロックデータに関連付けられた追加情報を格納する「サイドカー」を二つに分割し、一つは「ブロブ」(一時的な大容量データパケット)用、もう一つは「証明」用にする。それぞれのタイプの証明に対して別々のサブネット(ネットワーク内の分割された区域)を設ける。出典:notes.ethereum.org

また、コンセンサス層(ブロックチェーンでの合意形成プロセスの一部)において、新しい検証ルールが導入される。このルールにより、クライアントは、ブロック内の各主張(クレーム)に対して有効な証明(ZK-SNARK)を確認する。

クライアントは、必要なN個の証明のうち、最低限必要なM個が揃うまでブロックの承認を保留でき、このプロセスはブロックチェーンネットワークの整合性を維持し、悪意のある行為やエラーによる不正なブロックの承認を防ぐために重要となる。

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L2プロジェクトの役割

現在、L2プロジェクトはイーサリアムのスケーラビリティと効率を向上させるためにブロックの検証とトランザクション処理を担当している。ブテリン氏の提案によれば、ZK-EVMの統合によってL2プロジェクトは、引き続き多くの重要な機能を担うことになる

例えば、L1のスロット(ブロック生成関連)の速度が遅延する可能性があるため、L2プロジェクトは迅速な事前確認を提供することで、ユーザーエクスペリエンスを向上させることが期待される。

また、これらのプロジェクトは、EVMの拡張により、Arbitrum StylusのWASMサポートやCairo言語のような新しいアプローチを提供し、イーサリアムエコシステムの効率とスケーラビリティをさらに向上させる役割を果たすことになる。

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課題の詳細

ブテリン氏の提案では、マルチクライアントシステムの選択肢とそのトレードオフが検討されている。マルチクライアントシステムとは、異なるクライアント(ソフトウェア)が同じブロックチェーンプロトコルを実行するシステムのこと。

既存のZK-EVM(PSE ZK-EVM、Polygon ZK-EVM、Kakaroなど)を含むクローズドシステムとオープンシステムの間でバランスを取ることが重要であり、これにより、ネットワークのセキュリティと効率を維持しつつ、柔軟性とイノベーションを促進することができるとされている。

さらに、ZK-EVMに関連する監査可能性やアップグレード可能性などの課題も挙げられている。これらの課題を克服することにより、イーサリアムブロックチェーンのセキュリティと信頼性が向上し、ブロックチェーン技術の新たな道が開かれることが期待されている。

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