ZK Sync: イーサリアムの普及における重要なリンク
編集者注: この記事は以下から引用しましたイーサリアム愛好家 (ID: ethfans)イーサリアム愛好家 (ID: ethfans)
まとめ
著者：Alex Gluchowski、翻訳者および校正者：Min Min & A Jian、Odaily が許可を得て転載。
最初のレベルのタイトル
まとめ
パブリック チェーンのスケーラビリティの問題をうまく解決するには、トランザクション スループットを向上させるだけでは不十分です。いわゆるスケーラビリティとは、システムが分散化を犠牲にすることなく何百万ものユーザーのニーズを満たすことができなければならないことを意味します。暗号通貨の大規模な普及の前提条件は、高速、低コスト、スムーズなユーザー エクスペリエンス、プライバシー保護です。
技術的なブレークスルーがなければ、既存のスケーラビリティ ソリューションは 1 つ以上の条件で大幅な妥協を余儀なくされます。幸いなことに、ゼロ知識証明テクノロジーの最近の進歩により、さらに新しいソリューションがもたらされています。
本日、私たち Matter Labs チームは、ZK Sync のビジョンを発表できることを嬉しく思います。ZK Sync は、ZK ロールアップに基づくトラストレスなスケーラビリティとプライバシーのソリューションであり、ユーザーと開発者に優れたエクスペリエンスをもたらすように設計されています。また、ZK Sync の開発者テストネットが稼働中であることを発表できることを誇りに思います。
ZK Syncは、イーサリアムのスループットをVISAと同様に毎秒数千件のトランザクションに増加させると同時に、資金が基礎となるアカウントに保管されているのと同じくらい安全であることを保証し、高レベルの検閲耐性を維持することを目指しています。このプロトコルのもう 1 つの重要な側面は、レイテンシーが非常に低いことです。ZK Sync 上のトランザクションは即座に経済的に完了します。
私たちは無駄のない設計の概念に同意し、各ステップがユーザーに最も実用的な価値をもたらすことができるように、各機能を 1 つずつ順番に導入しながら、プロトコルを段階的に進めることをサポートします。そのため、私たちは基本 (セキュリティ) から始め、まず基本的なスケーラビリティ (トークン転送)、次にプログラマビリティ (スマート コントラクト)、そして最後にプライバシーに焦点を当てました。
ZK Sync の機能の概要:
L1 のセキュリティと厳密に同等
1秒未満のトランザクション確認速度
検閲対策、DoS 攻撃対策
プライバシー保護スマートコントラクト
最初のレベルのタイトル
ブロックチェーン拡張の最大の課題
インターネット通貨、DeFi、Web 3.0 などのブロックチェーン概念の価値提案は、真に普及するまでは十分に実現できません。
スケーラビリティとは、トランザクションのスループットだけでなく、ブロックチェーン システムが何百万ものユーザーの要求に応えられるかどうかも指します。
ブロックチェーン革命を大衆にもたらす上での 3 つの最大の課題を見てみましょう。
副題
現実の世界でブロックチェーンを拡張するには、今日の最も分散化されたブロックチェーンのトランザクション スループットは桁違いに悪くなります。ビットコイン ネットワークは 1 秒あたり 7 トランザクションを処理でき、イーサリアム ネットワークは 1 秒あたり 15 トランザクションを処理でき、VISA は 1 秒あたり平均 2000 トランザクションを処理できます。
ただし、ビットコインとイーサリアムの場合、非効率性はバグではなく機能です。バリデーターの数を減らすだけで、トランザクション処理を簡単に高速化できます。 2 つのトップ ブロックチェーン ネットワークとして、ビットコインとイーサリアム上の多数のフル ノードが最も重要な資産です。したがって、これによりブロックチェーンに回復力がもたらされ、既存の金融機関と根本的に差別化されます。
もう 1 つの一般的なスケーリング ソリューションは、すべてのトラフィックではなく、関連するブロックチェーン トラフィックの一部のみを検証することを各バリデーターに要求することです。しかし、これにより追加の信頼仮定が必然的に導入され、システムの基礎となるゲーム理論の基盤が非常に脆弱になります。
副題
課題 2: プライバシーの実現
ほとんどの人は、多額の富を丸見えで移転することを望んでいません。たとえばベネズエラなど、不安定な地域の住民は、自分の所持金がすぐに明らかになった場合、仮想通貨で支払うことに積極的ではないでしょう。成人向けコンテンツ (ポルノなど) を制作または消費する人は、支払い時に身元が明らかになった場合、Paypal の代替として暗号通貨を使用できなくなります。
さらに、チェーン上の機密性がなければ、一般データ保護規則 (GDPR) や 2018 年カリフォルニア州消費者プライバシー法 (CCPA) などのプライバシー規制により、一般的なビジネスがパブリック チェーンからより集中化されたものへと移行する可能性があります。キャッシュレス社会は監視の悪夢に。
ブロックチェーンの普及にはプライバシーが必須です。
プライバシーはプロトコルのデフォルト設定である必要があります。 Vitalik Buterin の言葉を借りれば、「プライバシー モデルの匿名性セットが適度なサイズであれば、実際には非常に小さいです。プライバシー モデルの匿名性セットが小さい場合、実際には何もないのと同じです。グローバルな匿名性セットだけが真に堅牢です」そして信頼できる。」
コバート トランザクションがデフォルトの選択肢となるには、コバート トランザクションの取引手数料が非常に低くなければなりませんが、技術的には、コバート トランザクションは必然的に高い計算コストをもたらします。
実際のユースケースは送金に限定されないため、プライバシー モデルはプログラム可能である必要があります。特に、アカウントの回復、マルチシグ、支出制限なども必要です。
課題 3: 望ましいユーザー エクスペリエンスの実現
現実は残酷です。製品マネージャーは、ユーザーがすぐに満足感をもたらす、より軽いエクスペリエンスを好む一方で、ロングテールのリスクを無視していることを知っています。ユーザーを使い慣れたものから新しいものに切り替えるには、かなりの力が必要です。一部の人にとって、暗号通貨の価値提案（過激な自己主権、検閲への抵抗、健全なお金）は十分に魅力的です。しかし、これらの人々は市場に参入している可能性があります。暗号通貨が当初の約束を果たすためには、そのユーザーベースが数十億ではないにしても、数百万に達する必要があります。
最初のレベルのタイトル
ZK Sync の約束: 信頼性なし、機密性、迅速性
この記事では、私たちが提案するプロトコルのアーキテクチャ、設計原則、望ましい特性について説明します。もちろん、技術を説明するには説明プロセスが不可欠です。
副題
1. セキュリティ: ZK ロールアップに根ざした
ZK Sync は、ZK Rollup の概念に基づいて構築されています。
つまり、ZK Rollup は 2 層のスケーリング ソリューションであり、すべての資金がメイン チェーンのスマート コントラクトに保存され、計算と保存はオフチェーンで実行されます。新しいロールアップ ブロックが作成されるたびに、状態遷移のゼロ知識証明 (SNARK) が生成され、検証のためにメイン チェーン上のコントラクトに送信されます。この SNARK には、ロールアップ ブロック内のすべてのトランザクションの有効性の証明が含まれています。さらに、各ブロックの公開データ更新は、安価なコールデータとしてメインチェーン上に公開されます。
このアーキテクチャでは、次の保証が提供されます。
ロールアップバリデータは、(サイドチェーンとは異なり) 国家を破壊したり、資金を盗んだりすることはありません。
たとえバリデーターが非協力的であっても、ロールアップには（プラズマとは異なり）データの可用性があるため、ユーザーはロールアップで資金を回収できます。
有効性証明のおかげで、ユーザーも信頼できる第三者も、詐欺を防ぐためにオンラインでロールアップ ブロックを監視する必要がありません (支払いチャネルや楽観的ロールアップなどの誤検知を使用するシステムとは異なります)。ここに質の高い記事があります (編集者注: 中国語訳については、記事「有効性証明と虚偽証明」の末尾にあるハイパーリンクを参照してください)。この記事では、虚偽証明に対する正当性証明の圧倒的な利点について詳しく説明しています。
言い換えれば、ZK ロールアップは、基礎となるチェーンのセキュリティ保証を厳密に継承します。このセキュリティ保証と、豊富なイーサリアム コミュニティおよび既存のインフラストラクチャを組み合わせて、独自の基礎となるチェーンを構築しようとするのではなく、レイヤー 2 ソリューションに焦点を当てることにしました。
この概念をより深く理解するには、ZCon1 および Dappcon でのプレゼンテーション、zeroknowledge.fm の Matter Labs に関するポッドキャスト、および以前の技術解説投稿を参照してください。興味のある読者は、ZK ロールアップとオプティミスティック ロールアップの違いを理解するために、この記事 (編集チーム: ハイパーリンクについては記事の最後にある「オプティミスティック vs ZK ロールアップ、確認してください」を参照) を読むこともできます。
イーサリアム財団からの資金提供を受けて、Matter Labs は過去 1 年間 ZK Rollup テクノロジーを研究してきました。最初のプロトタイプのリリース以来、私たちはアーキテクチャと ZK 回路を完全に書き直しました。最新のリリースには、コミュニティから受け取ったフィードバックが組み込まれており、さまざまな使いやすさとパフォーマンスの改善が実装されています。
完全な信頼性のなさ
基盤となるチェーン (イーサリアム) と同じセキュリティ保証がある
最初の確認後にイーサリアムによって承認される確実性
副題
2. 使いやすさ: リアルタイムトランザクション
ZK Proof テクノロジーの最新の開発により、証明時間が短縮され、ZK Rollup ブロックの生成時間が 1 分未満になると予想されます。ブロックプルーフがメインチェーンに送信され、ロールアップスマートコントラクトで検証されると、このブロック内のすべてのトランザクションが確定され、チェーンの再編成に抵抗するレイヤー1の機能によって保護されます。
ただし、イーサリアムでのブロック遅延はわずか 15 秒ですが、小売およびオンライン支払いでは長い時間となります。どうすればもっと良くなるでしょうか?
解決策は、ZK Sync にインスタント トランザクション レシート (インスタント TX レシート) を導入することです。
ZK Sync ブロックの生成に参加することを選択したバリデーターは、メインネット上の ZK Sync スマート コントラクトに多額の保証金を提出する必要があります。バリデーターによって合意に達すると、ユーザーは自分のトランザクションが次の ZK Sync ブロックに含まれており、コンセンサス参加者の過半数 (2/3) によって署名されている (ステークで加重) ことを 1 秒未満で確認できます。
新しい ZK Sync ブロックが作成されてメイン チェーンに送信された場合、それを取り消すことはできません。ただし、ブロックにコミットされたトランザクションが含まれていない場合、元のレシートと新しいブロックに署名したバリデーターの保証金は没収されます。これらのバリデーターが差し入れる保証金は総額の 1/3 を超える必要があります。つまり、ペナルティは保証金の1/3以上をカバーし、悪意のあるバリデータのみが処罰されることになります。
没収額の一部は取引受取人の補償に使用され、残りは焼却されます。
スラッシュメカニズムは、ユーザー自身、または元のトランザクション領収書に署名した誠実なコンセンサス参加者によってトリガーされます。後者には、スラッシュ メカニズムをトリガーする固有のインセンティブがあり、ブロック生成の次のラウンドに参加すると、罰せられる可能性もあります。したがって、コンセンサス参加者の 1 人が正直であるだけで、不正行為を検出するのに十分です。
もう一度詳しく説明しましょう: ZK Sync では、ゼロ確認トランザクション モードを設計しました。これは、トランザクションにはインスタント トランザクション データが伴い、レシートはまだチェーン上に公開されていない ZK Sync ブロックを指すことを意味します。 。
ブロックプルーフがメインチェーンに公開されるまで、ZK Sync でゼロ確認トランザクションを二重に費やすのにかかる時間はわずか数分です。さらに、悪意のある検証者がユーザーをだまして自分の取引がゼロ確認取引になったと信じ込ませたい場合は、保証金の 1/6 が没収されることを覚悟しなければなりません。
買い手と売り手の観点から見ると、ゼロ確認トランザクションは次のようになります。
リアルタイム
逆転の可能性はあるが、それは数分だけ
数千の販売者を個別に攻撃するのではなく、同時に攻撃した場合にのみ元に戻せます
クレジットカード支払いと比較して、ZK Sync はユーザーエクスペリエンスとセキュリティが大幅に向上しました。
次に、さまざまなプレイヤーの視点から見てみましょう。
物理的な商品を販売するオンライン ストアは、ユーザーへの注文をすぐに確認しますが、販売者は発送前に完全な確認を待つため、攻撃の影響を受けません。
取引量が少ない場合、実店舗を攻撃することはほとんど不可能です。たとえ Macbook を即時領収書付きで販売したとしても、攻撃を開始するには、さまざまな場所にいる何千人もの攻撃者が連携して行う必要があり、成功するには大多数のバリデーターの共謀が必要となります。
もう少し深く見てみましょう。リスクを定量化するために、マージンによって提供される経済的保証と、PoW ブロックチェーンによって提供される決済保証を比較できます (Nic Carter による記事を参照))。たとえば、Coinbase がイーサリアム資金の入金を受け入れるまでに 35 回のトランザクション確認が必要です。 Amazon のクラウド サービスを通じて GPU をレンタルして 51% 攻撃を仕掛けた場合、取引の撤回には 10 分かかり、コストは約 6 万ドルかかります。保証金が数百万ドルだと仮定すると、ZK Sync の即時領収書を引き出すコストははるかに高くなります。したがって、これらの即時受け取りの経済的確実性はイーサリアムと同じくらいです。
概要: ライブ取引
1秒未満のトランザクション確認の経済的確実性はイーサリアムのそれに匹敵します
数分でイーサリアムによって承認される
副題
3. 反応性: 反検閲および反 DoS 攻撃
スケーリングスキームに必要な特性は、ほとんどのユーザーがすべてのトランザクションの検証に参加できないことです。したがって、すべてのレイヤー 2 スケーリング ソリューションには専用のロール (プラズマとロールアップのバリデータ、Lightning ハブなど) が必要です。このタイプの役割にはセキュリティとパフォーマンスに対する高い要件があり、集中化と検閲のリスクが伴います。
この問題を解決するために、ZK Sync は検証者と保護者という 2 つの異なる役割を設計に導入します。
バリデーター
バリデーターは、トランザクションをブロックにパッケージ化し、それらのブロックのゼロ知識証明を生成する責任があります。彼らはコンセンサスメカニズムに参加しているため、即時取引の領収書を作成するために保証金を預ける必要があります。検証ノードは、良好なネットワーク帯域幅を備えた安全な環境で動作する必要があります。あるいは、必要に応じて、安全でないクラウド プラットフォーム上でゼロ知識証明を生成することもできます。
バリデーターには、取引されるトークンで支払われる取引手数料が報酬として与えられます (エンドユーザーにとって最大限の利便性)。
ZK Sync のコンセンサスに迅速に達するために、検証者の数は制限されています (当社の分析によると、30 ～ 100 人がより適切です)。ただし、ZK Rollup バリデーターは完全にトラストレスであることを忘れないでください。 ZK Sync では、悪意のある検証者がシステムのセキュリティを破壊したり、誠実な検証者を騙してスラッシュ メカニズムをトリガーしたりすることはできません。したがって、楽観的ロールアップとは異なり、システムのガーディアン (ガーディアン) は少数の検証者を頻繁に置き換えることができます。同時に、指名されたバリデーターの 2/3 が誠実で機能している限り、生存性が保証されます。
ガーディアン
トークンのシェアを賭けてバリデーターを指名する ZK Sync トークン所有者の大多数がガーディアンになります。ガーディアンの目的は、ピアツーピア トランザクション トラフィックを監視し、検閲を検出し、検閲バリデーターが指名されていないことを確認することです。担保が切り取られるのを防ぐために、保護者は ZK Sync が DoS 耐性があり検閲を受けないことを保証する必要があります。
投票キーは通常オンラインで保管されますが、ZK Sync 上の保護者に切り傷や盗難の危険はありません (所有権キーはコールドで保管されます)。ガーディアンは、トラフィックのごく一部のみを監視することを選択できます。したがって、ガーディアン ノードは通常のラップトップまたはクラウド サーバー上で実行できます。つまり、専用の検証サービスを提供する必要はありません。
ガーディアンには、ZK Sync ネイティブ トークンの形でバリデータ料金が支払われます。その収益と預金は長期間ロックされるため、ZK Sync トークンの長期的な価値の上昇が促進されます。
2 つの役割: バリデーターとガーディアン、どちらも取引手数料によってインセンティブが与えられます
バリデーターはコンセンサスメカニズムを実行し、プルーフを生成します
コモディティハードウェア上で動作する Guardians による検閲防止機能
副題
4.1 RedShift: 透過的なユニバーサル SNARK
ゼロ知識証明（透明性やプライバシー保護）に基づくスマートコントラクトを実現する上での最大の障害は、再帰的手法によって実現される効率的かつ汎用的なゼロ知識証明システム（再帰的構成を備えた効率的な汎用ZK証明システム）の欠如である。構成です。 Groth16 は最も効率的な ZK SNARK でしたが、アプリケーションごとに信頼できる初期化の専用セットが必要であり、再帰的な場合は非効率でした。一方、FRI ベースの STARK は高度に専門化された構築スキルを必要とし、任意の一般回路に対する効率的な再帰構成が不足しています。
これは、RedShift を開発する主な動機の 1 つでもあります。それは、FRI プロトコルに基づく多項式コミットメント スキームから、透明で効率的かつ簡潔な新しいタイプの SNARK を導き出すことです。現在、RedShift を ZK Sync のコア部分として展開する前に、ピアレビューとコミュニティからのフィードバックを受けています。
Redshift は、任意のプログラムを証明可能な ZK 回路に変換できる汎用 SNARK です。異種回路 (異なるスマート コントラクトなど) を再帰的に SNARK で構成できます。 RedShift は衝突耐性のあるハッシュ関数のみに依存しているため、ポスト量子セキュアであると考えることができます。
透過的: 信頼できるセットアップは必要ありません
実証済みの暗号化に基づいて、ポスト量子セキュアと見なすことができます
Universal: 一般的なプログラムに適しています (これは STARK の逆です)
副題
4.2 Zinc: ゼロナレッジ スマート コントラクト フレームワーク
ZK Sync のプログラマブル モデルの設計では、次の目標を達成することに取り組んでいます。
拡張性が高い
パブリックスマートコントラクトとプライベートスマートコントラクトをサポート
最も重要な点: 平坦な学習曲線と簡単な開発プロセス
多くの優れたプロジェクトがこれらの目標のいくつかを達成していますが、これまでのところ、上記の目標をすべて達成できたプロジェクトはありません。たとえば、ZkVM は汎用スマート コントラクト用の仮想マシンを提供しますが、防弾ベースであり、簡潔な証明の集約をサポートしていません。 ZEXE は優れたプライバシー保護設計を備えていますが、ゼロ知識証明回路の具体的な詳細とトレードオフを深く理解する必要があるため、プログラマーにとっての敷居は非常に高くなります。他のより単純なゼロ知識証明プログラミング フレームワークには、安全なスマート コントラクト開発に必要な表現力や機能が欠けています。
したがって、私たちは、ゼロ知識証明ベースのスマート コントラクト用に設計された、安全でシンプルかつ効率的なプログラミング フレームワークおよび仮想マシン ベースのランタイム環境である Zinc を作成することにしました。
SyncVM の設計上の優先事項は、主にセキュリティと開発者の使いやすさです。コントラクトを定義するためのプログラミング言語は、単純化された Rust 構文に厳密に従っており、Solidity と Libra の Move からスマート コントラクト プログラミング要素を借用しています。開発者は、効率的で安全なプログラムを作成するために、ゼロ知識証明分野の技術的な詳細を深く理解する必要はありません。実際、Rust、Solidity、C++ などのプログラミング言語の背景を持つ開発者は、わずか 1 日で Zinc を理解できます。
Bellman フレームワーク用に Rust でプログラムの一部を作成した場合 (ZEXE は同様の API を使用します) と、Zinc 用に同じプログラムを作成した場合の比較は次のとおりです。
Zinc のバージョン 0.1 は 2020 年 1 月に公開されます。
安全で表現力豊かなプログラミング フレームワーク
委任された方法でゼロ知識証明を生成するサンドボックス化された仮想マシン
最初のレベルのタイトル
開発者ネットワークの ZK Sync 0.1 バージョンはオンラインです。このバージョンは、単一オペレーター環境での ETH および ERC20 トークンの転送に限定されています。
ZK Sync の SDK をチェックしてください
Github でコードを参照する
体験デモ
バージョン 0.1 の開発者ネットワークの立ち上げは、ZK Sync のビジョンを実現するための最初のステップです。今後も多くの研究、実験、開発作業が必要です。フィードバックを学び取り入れていくうちに、デザインの一部が変更される可能性があります。しかし、ZK Sync が何百万ものユーザーを暗号通貨の世界に紹介することを私たちは保証しており、このビジョンは変わらないでしょう。私たちはユーザーエクスペリエンスの基準を高く設定し、ゼロ知識証明テクノロジーがブロックチェーンの価値を犠牲にすることなくウェブのようなエクスペリエンスを提供できることを実証します。
文章
