ZKクロスチェーン通信プロトコルの詳細解説：未来のフルチェーンDAppを安全かつ低コストで構築

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原作者: Yiping、IOSG Ventures

TL;DR

ZK はクロスチェーン通信のための安全かつ低コストの方法を提供します

クロスチェーン通信プロトコルはまだ初期段階にありますが、DApps が異なるチェーン上のデータにアクセスできるようになると約束されています。

DeFi、フルチェーン DApp はクロスチェーン DApp の開発から恩恵を受ける

クロスチェーン DApps の影響は、グローバリゼーションの影響と同様に、今後数年間で非常に大きくなると予想されます。

開発者は、クロスチェーン DApps を構築するための最適なモデルを探索するために懸命に取り組んでいます。

レイテンシー、セキュリティ、コストが ZK クロスチェーン情報プロトコルの主な指標です

ZK クロスチェーン プロトコルの 4 つの主なコンポーネントは次のとおりです: プルーフ オブ ストレージの生成、プルーフ オブ ストレージと ZKP の結合、ZKP の中継、およびコミットメントの開始

序文

序文

以前はイーサリアムとビットコインしかありませんでした。彼らは最も多くの流動性、最も多くのユーザー、最も多くのアプリケーション、そして最も多くのトランザクションを持っています。 2020年以降、Avalanche、Polygon、BSCなど、多くの新しいブロックチェーンが登場しました。

これらのチェーンのメインネットの立ち上げ後、イーサリアムとビットコインから ALT チェーンへのパラダイムシフトが見られました。ユーザーは新たな機会を求めてイーサリアムから ALT チェーンに移行します。開発者はイーサリアムから ALT チェーンに移行して、既存のプロジェクトをフォークします。これらの開発者は、高い利益を求めるユーザーに新たな機会を創出します。

データ

データ

資産と流動性を異なるチェーンに分散した後、ユーザーは異なるチェーン上で資産を管理および移動する方法を考え始めます。資産発行会社は、さまざまなチェーンに拡大することでユーザーを拡大する方法も検討します。

クロスチェーン資産ブリッジは 2022 年に普及するでしょう。ユーザーはクロスチェーン ブリッジとして CEX を使用しなくなり、分散型クロスチェーン ブリッジに目を向けようとしています。資産クロスチェーンブリッジは時々スタックして攻撃に対して脆弱ですが、はるかに使いやすく、多額の資金を移動するために使用できます。

ただし、アセットクロスチェーンブリッジはまだ初期段階にあり、DApp開発者のニーズを満たすことができません。アセットクロスチェーンブリッジでは、異なるネットワーク間で同じアセットが流れることのみが可能です。これは開発者にとって使用が制限されすぎます。開発者は、より一般的なクロスチェーン アプローチを探しています。

データ

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瞬間

ほとんどのブロックチェーン ネットワークは相互に分離されており、資産やトークンを直接交換することはできません。クロスチェーン資産ブリッジを使用すると、ユーザーは異なるブロックチェーン ネットワーク間で資産やトークンを転送できます。

データ

データ

クロスチェーン メッセージ通信プロトコルは、クロスチェーン アセット プロトコルに基づいて実装されます。いくつかの変更を加えることで、これらのクロスチェーン資産プロトコルはチェーン間でメッセージを渡すことができるようになりました。このため、全体的な設計がクロスチェーン資産転送と互換性がある必要があるため、クロスチェーン メッセージング プロトコルのカスタム機能を実装することが困難になります。これらには、あるチェーンから別のチェーンにデプロイされた他のすべてのコントラクトにメッセージをブロードキャストするなど、クロスチェーン アプリケーションを構築するための重要な機能がいくつか欠けています。このため、開発者が実用的なフルチェーン DApps を構築することが困難になります。

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なぜZKが必要なのでしょうか？

データ

1 年間のハッキング事件によるクロスチェーン ブリッジの損失総額は約 13 億米ドルです。クロスチェーンブリッジの使用コストは約5です。マルチチェーンは、クロスチェーン ブリッジの主要プロジェクトです。マルチチェーンの 30 日間の取引量は 17 億ドル、手数料収入は 63 万 5,000 ドルです。すると、年間取引高は約204億ドル、手数料収入は760万ドルとなります。この推定によると、クロスチェーンブリッジ市場の総収益は、ハッカーによって盗まれた資金よりもはるかに少ないです。

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デザイン

このパートでは、ZKP が低コストで安全なクロスチェーン情報通信を実現する方法について説明します。

ZKP を使用してメッセージを中継するというアイデアは単純ですが、詳細な設計は複雑になる可能性があります。ワークフロー全体は次のステップに分類できます。

どのデータをターゲット チェーンに渡すかを決定する

ストレージの証明（EVMストレージにデータが存在する証明）を取得する

ストレージプルーフに基づいて ZK プルーフを生成する

ZK プルーフを元のチェーンからターゲット チェーンに渡す

ターゲットチェーン上でZKプルーフを展開します

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保管証明を生成する

データ

EVM 互換チェーンは、マークル ツリーを使用してアカウントとデータを保存します。これにより、このデータを検証するためのマークル プルーフの作成が比較的簡単になります。

マークル ツリーは、コンピューター サイエンスで使用されるデータ構造です。暗号化とブロックチェーンで広く使用されています。発明者 Ralph Merkle にちなんで名付けられ、バイナリ ハッシュ ツリーとしても知られています。マークル ツリーの背後にある基本的な考え方は、大量のデータを小さな部分に分割し、各部分をハッシュし、そのハッシュを結合して単一のルート ハッシュを形成することです。このルート ハッシュはデータセット全体のフィンガープリントとして機能し、データの整合性を効率的かつ安全に検証できるようになります。

ブロックチェーンでは、ブロック内のトランザクションを要約して検証するためにマークル ツリーが使用されます。各トランザクションはハッシュ化されてツリーに追加され、ハッシュが特定の方法で結合されて単一のルート ハッシュが形成され、ブロック ヘッダーに追加されます。これにより、各トランザクションを個別に検証することなく、ブロック内の多数のトランザクションの有効性を検証する効率的かつ安全な方法が可能になります。トランザクション内のデータが変更されると、ルート ハッシュも変更され、データが改ざんされたことを示します。

マークル証明 (マークル パスとも呼ばれます) は、特定のデータがマークル ツリーに含まれていることを示す暗号学的証明です。マークル ツリー証明は、マークル ツリー全体をダウンロードして検証することなく、トランザクションやその他のデータの信頼性を検証する方法を提供します。

マークル証明では、ユーザーはマークル ツリーの一番下からルート ハッシュまでの一連のハッシュと、検証する特定のデータを提供します。特定のデータから開始してツリーを上っていくことで、受信側はルート ハッシュを計算し、ブロック ヘッダーに格納されているルート ハッシュと比較できます。計算されたルート ハッシュが保存されているルート ハッシュと一致する場合、受信者は特定のデータがブロックに含まれており、変更されていないことを確信できます。

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Proof of Storage と ZKP の組み合わせ

Proof of Storage 全体をターゲット チェーンにポストすることは、約 4 kb と大きすぎるため現実的ではありません。証拠を検証するのにも費用がかかります。イーサリアムでの検証には 600k ガスが必要です。ガス価格が 30 グウェイの場合、合計料金は 0.018 ETH ($30) です。

この場合、ZKP は圧縮と構成可能性を提供します。開発者は、マークル ツリー プルーフに基づいて ZKP を作成できます。これにより、プルーフのサイズが大幅に削減され、検証が容易になります。 Plonk の検証には約 290 k のガスが必要です。ガス価格が 30 グウェイの場合、合計料金は 0.009 ETH ($15) です。 Groth 16 の検証では約 210 k のガスが使用されます。ガス価格が 30 グウェイの場合、合計料金は 0.006 ETH ($10) です。

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リレーZKP

ステートルートや関連する ZKP などの関連するコミットメントをターゲットチェーンに安全に転送するには、コンセンサスメカニズムを設計する必要があります。

ZKP を中継するには 3 つの一般的な方法があります。

メッセージング: 何らかのメッセージング プロトコルを使用して ZKP を渡し、OP CODE を通じて関連する Promise を取得します

コンセンサス検証: コンセンサスアルゴリズムを実行して、関連するコミットメントを検証します。

楽観的な MPC 中継者: アイデアの一部は、多くのクロスチェーン資産ブリッジや OPRU 設計で見てきたものと似ています。最初のチェーンとターゲット チェーンの間には委員会があります。委員会の参加者は後継者の約束の有効性を決定します。誰でも正当性に異議を唱えることができます。ただし、チャレンジが発生した場合、ロールアップのようにブリッジをロールバックすることはできません。悪意のあるメッセージの配信を実際に阻止するには、別の一連のチャレンジャーが必要です。このシナリオでは、ルート ハッシュとすべての CALL DATA を最初のチェーンに絶えずアップロードする必要があるため、このチャレンジはコストがかかり、待ち時間が長くなります。また、ピアツーピアでのみ機能します。

料金

遅れ

料金

信頼

データ

メッセージ配信の応答が確認されるまでに時間がかかるため、メッセージ配信の遅延は非常に長くなります。ブロックが生成された後、ユーザーは配信が成功したことを確認できます。コストの観点から見ると、メッセージ パッシングは 2 つのチェーンと対話する必要があるため、比較的高価です。この方法では、セキュリティがチェーンのセキュリティと同等であるため、必要な信頼が少なくなります。このメソッドはオフチェーン計算を実行しません。

コンセンサス検証は実行可能なアプローチです。メッセージングと同様の遅延、信頼の仮定、およびコストがあります。ただし、オフチェーンで署名を検証する必要があります。これにより、オフチェーンの計算に多くのオーバーヘッドが発生します。しかし、コンセンサス検証は現在、ZKP を使用して行うこともできます。

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公約

コミットメントを取得した後、ターゲット チェーン上のユーザーはコミットメントをアンラップして、元のチェーンの過去の状態にアクセスできます。

一般的な拡張は次の 3 つです。

チェーン上の蓄積

オンチェーン圧縮

オフチェーン圧縮

オンチェーン蓄積は、ブロックチェーン ネットワーク内でコミットメントを分散する方法です。このアプローチでは、コミットメントからブロックヘッダーを再作成するプロセス全体がブロックチェーン上で直接実行されます。正しくエンコードされたブロック ヘッダーはトランザクションの CALL DATA として使用され、計算はブロックチェーンによって実行されます。このアプローチの利点は、証明時間の観点からオーバーヘッドがないことです。また、ブロックチェーンの外部で証明を検証する必要がないため、レイテンシが低くなります。ただし、計算にはリソースが大量に消費されるため、コストが高くなる可能性があるという欠点があります。

オンチェーン圧縮は、ブロックチェーンに保存する必要があるデータの量を削減する方法です。ブロックチェーン上に大量のデータを保存するコストを最小限に抑えるために使用されます。オンチェーン圧縮の背後にある考え方は、圧縮アルゴリズムを使用してデータのサイズを削減し、それによってブロックチェーン上で占有されるスペースを削減することです。これは、データから冗長または不要な情報を削除するか、スペース効率を考慮して最適化されたデータ構造を使用することによって実行できます。圧縮されたデータはブロックチェーンに保存され、必要に応じて解凍できます。

オンチェーン圧縮には、ストレージコストを削減し、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させるという利点があります。ただし、いくつかの欠点もあります。たとえば、データの圧縮および解凍のプロセスは計算コストが高くつき、ブロックチェーンに待ち時間が追加される可能性があります。さらに、使用される圧縮アルゴリズムは改ざんや攻撃に対して脆弱である可能性があるため、データのセキュリティに悪影響を与える可能性があります。

オフチェーン圧縮はオンチェーン圧縮に似ています。

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関連商品

多くの ZK ブリッジ プロジェクトは、さまざまなチェーンの相互運用性を向上させ、潜在的なハッカーのリスクを軽減することを望んでいます。

この分野には次のような多くのプロジェクトがあります。

Succinct Labs

Lagrange

zkBridge

Herodotous

=nil; Foundation

Succinct Labs はライト クライアント アプローチを採用しています。ライトクライアントを使用して、ターゲットチェーン上の開始チェーンコンセンサス層のコンセンサスを検証します。 ZKP はコンセンサス証明を生成するために使用されます。

データ

Herodotus は ZKP プルーフ オブ ストレージを使用して、イーサリアムのオンチェーン データにアクセスできるスマート コントラクトを提供します。 Promise を中継するための MPC Optimistic Relayer があります。オフチェーン圧縮を採用しており、中継されたブロックチェーンヘッダーを拡張し、オフチェーンでプルーフを作成します。

zkBridge は、MPC リレー ネットワークを使用してブロック ヘッダーの ZKP を生成し、それをターゲット チェーンに中継します。 deVrigo と再帰的証明を使用して非常に速い証明時間を実現しますが、MPC 部分はより複雑です。

データ

=nil; 財団は ZK クロスチェーン メッセージ プロトコルにも取り組んでいます。これにより、開発者はイーサリアム上のミナの状態にアクセスできるようになります。彼らは2021年末にイーサリアム上でミナ状態を検証できるデモを開始した。このインフラストラクチャにより、イーサリアム上のスマート コントラクトがミナ状態の正当性を検証できるようになります。このインフラストラクチャを導入すると、スマート コントラクトは無効なクロスチェーン トランザクションを識別できるようになります。

ミナには独自の国家証明書がありますが、イーサリアム上でそれらを検証するには費用がかかります。 =nil; 財団は独自のプレースホルダー証明システムを使用して、イーサリアム上で検証するのに安価な二次状態証明を生成します。このインフラストラクチャにより、イーサリアム スマート コントラクトは、Mina Proof of State を完全にオンチェーンで検証できるようになります。将来的には、クロスチェーン アプリケーションは、このインフラストラクチャを通じてクロスチェーン トランザクションの正当性を直接検証できるようになります。

これに基づく資産クロスチェーン ブリッジには次の手順が含まれます。

クロスチェーンブリッジが$MinaをMinaにロックします

このインフラストラクチャはミナ州の証明を生成します

このインフラストラクチャはミナ州の証明をイーサリアムに送信します

イーサリアムチェーン上の契約検証状態証明の有効性

イーサリアムチェーン上のコントラクトは、証明が有効な場合、ミナステータス証明を受信して​​保存します。

クロスチェーンブリッジはイーサリアムチェーン上のMinaとトランザクションステータスを検証し、$WMINAをリリースします

late=nil; 財団は一方通行の問題を解決するために懸命に取り組んでいます。前回のデモでは、一方向のクロスチェーン通信のみがサポートされていました。現在、理論的には双方向ブリッジングをサポートしています。最初のチェーン上の状態の証明はプレースホルダー証明システムで生成され、証明は再び Kimichi 証明システムで生成されます。その後、証拠がMinaバリデーターに提出されます。検証者は、初期チェーン状態の証明を、Mina のネイティブ zkApp によって生成された証明として表示します。

=nil; 財団は Proof Market も発行しています。ユーザー/プロジェクトが SNARK プルーフのほとんどを売買する場所。現在、ARITHMETIC-EXAMPLE と MINA-STATE の 2 つの取引ペアがあります。

アプリケーションシナリオ

アプリケーションシナリオ

ZK ベースのクロスチェーン メッセージ リレー プロトコルを使用すると、開発者はアプリケーションをさまざまなブロックチェーンに簡単に拡張できます。

以前は、契約展開は主に 1 つのチェーンに集中していました。別のチェーンにスケーリングする場合は、アプリケーションを再デプロイする必要があります。 ZK ベースのクロスチェーン メッセージ リレー プロトコルを使用すると、シングルチェーン アプリケーションからクロスチェーン アプリケーションへのパラダイム シフトが実現します。大規模なプロジェクトは、さまざまなチェーンに簡単に拡張できます。これはグローバリゼーションと同様の効果をもたらすでしょう。私たちは、より多くの国際企業や大規模なクロスチェーン DApp を期待しています。

副題

DeFi

DeFiはこれにより多くの利益を得ることができます。クロスチェーンメッセージリレープロトコルは、DeFi製品がさまざまなチェーンからの流動性を統合するのに役立ちます。

DEX、クロスチェーン取引所、およびアグリゲーターは、取引ペアのユーザー エクスペリエンスを向上させ、スリッページを低減し、流動性を高めることができます。異なるチェーン上の同じ取引ペアには、統一された流動性プールがあります。異なるチェーン DEX 間の価格差は小さくなります。 DEX は明らかにより多くの流動性を収集し、CEX に匹敵するユーザー エクスペリエンスを提供できます。

農業はより柔軟な戦略を持つことができます。彼らは現在、さまざまなチェーンでより多くの収益機会を探すことができます。

レンディングプロトコルは、さまざまなチェーン上のより多くのDeFiプロトコルと連携し、さまざまなチェーン上のさまざまなトークンのより多くのデポジットを受け入れることができます。

オンチェーンデリバティブは流動性の点で大きなメリットをもたらします。安全なクロスチェーン通信を通じて、デリバティブ市場はさまざまなチェーン上のより多くの潜在的な顧客にリーチし、より多くの流動性を集めることができます。これにより、より良い取引体験が提供されます。

副題

アプリケーションチェーン

Appchain またはカスタム ロールアップは、Dapps により自由度を提供します。 Dapp 開発者は、パフォーマンスや技術的特性などの独自のニーズを満たすようにアプリケーション チェーンをカスタマイズできます。 Dapp開発者は、ユーザーにインセンティブを与えるために料金体系をカスタマイズすることもできます。 Cosmos には相互運用性が優れているため、Cosmos には多くのアプリケーション チェーンがあります。 ZK がサポートするクロスチェーン プロトコルは、非 Cosmos アプリケーション チェーンを EVM またはレイヤー 2 エコシステムに接続するためのより優れたツールになります。開発中の多くのロールアップ SDK は、ZK がサポートするクロスチェーン プロトコルの恩恵を受けることができます。

副題

それぞれのチェーンの特徴を活かして

完璧なブロックチェーンはありません。これらは、他の機能を犠牲にして 1 つの目的のために最適化されています。クロスチェーン メッセージング プロトコルを使用すると、開発者は各ブロックチェーンの強みを活用し、弱点を回避できます。

要約する

要約する

ZKP は、クロスチェーン通信のためのまったく新しい方法を提供します。従来のクロスチェーン ブリッジのセキュリティ問題を完全に解決することはできませんが、ZKP の助けにより、安全なクロスチェーン メッセージ通信によりコストが大幅に削減されます。プルーフサイズは以前よりもはるかに小さくなりました。チェーン上の検証コストも大幅に削減されます。ターゲット チェーン上でソース チェーンの状態を確認できるため、IBC と同様の共有セキュリティを実現できます。従来は低コストで実現することは不可能でした。

ZK クロスチェーン通信プロトコルにより、さまざまなオンチェーン プロトコルが相互に通信できるようになります。開発者は、ZK クロスチェーン プロトコルに基づいてフルチェーン DApp を開発できます。 DeFi、アプリケーションチェーンはその恩恵を受けるでしょう。

元のリンク

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