Metisの技術的優位性を詳しく解説し、分散型の新しい章を開く。

著者：Biteye コア貢献者 Wilson Lee

編集者：Biteye コア貢献者 Crush

背景紹介

4月10日、A16z Cryptoはゼロ知識ソリューションJoltを発表し、ブロックチェーンの拡張操作を加速し簡素化しました。

JoltはSNARK（非対話型簡潔ゼロ知識証明）を統合しており、開発者がSNARKベースのL2ソリューションを迅速に作成できるようにします。チームはまた、Joltが現在のzkVMよりも最大2倍速いと述べています。

ZK技術は暗号業界の周期を通じての主線の一つであり、ZK-RollupはVitalikによってイーサリアムの拡張の長期的な解決策とされています。A16zは昨年8月にJoltを発表し、今年正式にリリースしたことから、ZK-Rollupは依然として長い坂道を登る競技場であることを示しています。

ZK-Rollupには多くのプレイヤーが参入しており、プロジェクト間の違いを区別するためにより細分化された技術カテゴリが形成されています。EVMとの互換性は最も代表的な分類基準です。

EVMには歴史的な理由から多くのZKに不親和な設計が存在しますが、多くの既存プロジェクトは初期にEVMを基に構築されており、ZK-Rollupは将来の拡張ソリューションと見なされているため、ほとんどのZK-RollupプロジェクトはEVMとの互換性とZKとの互換性のトレードオフに直面しています。

Metis DAOによって孵化されたZKMは、より基盤的な視点から、汎用性のあるzkMIPSソリューションを提案しました。

zkMIPSは、より基盤的なMIPS命令セットを使用してプログラム実行プロセスをZKPに変換することで、EVMとの互換性を持つだけでなく、MoveVMやRustVMなど他のVMとも互換性を持たせ、ZK-Rollupがより多様な開発者に開かれるようにします。

この記事では、MetisがZKと分散型Sequencerにおいて行っている努力と進展を深く解読します。

ZKMとハイブリッドロールアップ：OPとZKの調和

Metisが市場で目覚ましい成果を上げているのは、その革新的なハイブリッドロールアップメカニズム、すなわち詐欺証明と有効性証明を組み合わせることで、両者の利点を兼ね備えているからです。

ZKMのzkMIPS技術は、Metisのハイブリッドロールアップに堅実な互換性サポートを提供し、MetisがZKとEVMの有機的な融合を実現するのを助けています。

ハイブリッドロールアップのメカニズムと利点

ハイブリッドロールアップにおける重要な役割には以下が含まれます：

• Sequencer：ユーザーの取引を受け取り処理し、取引の最適な順序を決定し、それをパッケージ化してコンセンサスとデータ可用性層に公開します。

• Proposers：Sequencerが提出した取引と状態ルートを評価し、状態コミットメントチェーン（State Commitment Chain, SCC）に記録します。

• Verifiers：ロールアップチェーン上の状態ルートを検証し、取引の正確性を確保し、詐欺行為を防ぎます。

標準的なL2ソリューションでは、Sequencerが取引を収集し処理し、その後取引データをイーサリアムメインネット（L1）に公開します。このプロセスでは、L1が最終的なデータ検証と確認を行い、安全性と一貫性を確保します。

出典

ハイブリッドロールアップは、L2取引を処理し最適化する際に混合アプローチを採用しており、具体的なステップは以下の通りです：

1. 取引の発起と処理：

• ユーザーがL2で取引を発起します。

• Sequencerはこれらの取引を受け取り処理し、規範取引チェーン（Canonical Transaction Chain, CTC）内での順序を決定します。

2. 状態の提出と検証：

• Proposersは取引を評価した後、状態ルートをSCCに提出します。

• VerifiersはSCC内の状態ルートを監査し、その正確性を確保します。

3. ゼロ知識証明の生成と検証：

• ProverはL1からデータを読み取り、ZK証明を生成します。これはハイブリッドロールアップの重要な特性であり、システムが具体的な取引内容を漏らすことなく取引の有効性を検証できるようにします。

• ZK証明が生成された後、期限内に提出されない場合、Verifierは詐欺証明プロセスを開始し、Sequencerに対して罰則を科す可能性があります。

4. データと状態の最終確認：

• スマートコントラクトを通じて、ZK証明が検証されると、取引が最終的に確定します。

• L1とL2の間はスマートコントラクトでブリッジされ、資金と状態の安全な移転が確保されます。

ハイブリッドロールアップの設計は、いくつかの顕著な利点を提供します：

• 効率とコスト効果：ZK証明を使用することで、ハイブリッドロールアップはより少ないガスを消費しながら、より多くの取引を処理できます。

• 強化された安全性：従来の詐欺証明とZK証明を組み合わせており、潜在的な悪意のある行為に直面しても取引の安全性と正確性を確保できます。

• 拡張性：再帰証明を利用することで、ハイブリッドロールアップは大規模な取引を処理でき、性能を犠牲にすることなく、より広範なブロックチェーンアプリケーションをサポートします。

• 互換性と柔軟性：さまざまなスマートコントラクトやプログラミング言語をサポートし、開発者が既存のアプリケーションをハイブリッドロールアップに簡単に移行できるようにします。

zkMIPSが良好なZK互換性を実現する方法

ZKの核心思想は、プログラム実行プロセスを簡単に検証できる数学的証明に変換し、誰もがプログラム実行の正確性を容易に検証できるようにすることです。これにより、プログラムを再実行する必要がなくなりますが、任意のプログラムロジックを比較的安定した数学的証明に変換することが難しいという課題があります。

開発者は通常、高級言語を使用してプログラムを開発しますが、異なる高級言語は異なる論理でハードウェアと「対話」します。

したがって、既存のZKプロジェクトの実装パスは通常互換性がありません。ScrollはEVMの各オペコードに対して回路を直接作成し、オペコードレベルの等価性を実現しましたが、これはEVMを正確に反映していますが、大規模な工数を伴います。

Polygon zkEVMは、最適化された性能を持つカスタムVMを作成し、EVMバイトコードを直接VMのバイトコードに変換することで、オペコードレベルの等価性をより効率的に実現しましたが、大量のカスタムコードの導入は長期的にEVMから逸脱する可能性があります。

zkSyncは独自のVM（SyncVM）を作成し、レジスタに基づいて独自の代数中間表現（AIR）を定義し、次にYul（異なるEVMバージョンのバイトコードにコンパイルできる中間言語、より低レベルのSolidityと見なされる）をLLVM-IRにコンパイルし、その後カスタムVMの命令にコンパイルするための専用コンパイラを構築しました。これにより、Solidityレベルの互換性を実現しましたが、既存のイーサリアムツールを直接使用することはできず、言語間の変換にはプログラムの再監査が必要になる可能性があります。

StarkNetはEVM互換を放棄し、独自の低レベル言語（Cairo）を使用してカスタムスマートコントラクトVM（Cairo VM）を実行し、極限のZK効率を得ています。

上記のプロジェクトの解決策と比較して、ZKMはより包摂的な道を選択しました：zkMIPS。

MIPS、正式には「Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages」は、1985年に始まった設計がシンプルなマイクロプロセッサ命令セットです。

MIPSの基本原則は、複雑なマイクロプロセッサ命令を最も基本的な形式に簡素化することです。これにより、処理速度が向上し、プログラム実行時の複雑性が低下します。

zkMIPSシステムでは、この命令セットを使用してプログラムをZK証明に変換します。

zkMIPSの実装プロセスは以下の通りです：

• プログラムからMIPSへの変換：まず、高級プログラミング言語（SolidityやRustなど）で書かれたスマートコントラクトやプログラムがMIPS命令セットにコンパイルされます。このステップは、より高い抽象レベルをハードウェアレベルで実行可能な具体的な操作に変換するものです。

• ZK証明の生成：次に、これらのMIPS命令が対応するゼロ知識証明を生成するために使用されます。MIPSの簡素化特性により、このステップは計算的により効率的であり、安全性を犠牲にすることなく証明を迅速に生成できます。

zkMIPSの利点

• 互換性：zkMIPSはEVM互換のSolidityだけでなく、RustやMoveなどの他の主要な開発言語もサポートしています。これにより、zkMIPSはより広範なブロックチェーン開発エコシステムにサービスを提供し、より多くのアプリケーションの可能性をもたらします。

• コスト効果：MIPS命令セットの効率性により、zkMIPSはゼロ知識証明を生成する際に計算コストを大幅に削減し、システム全体の持続可能性を高めます。

• 再帰証明：zkMIPSは再帰証明をサポートしており、複数の証明をより管理しやすい単位に集約できます。これはシステムの拡張性を向上させる上で重要です。

実際、MIPSの利点はOptimismなどのプロジェクトに統合されています。OptimismのCannonメカニズムは、実行されたプログラムをMIPSに変換し、実行プロセスが挑戦されたときにエラーをより簡単かつ効率的に見つけて再実行できるようにします。

Metisもこのトレンドに追随し、Cannonをそのエコシステムに統合しました。これにより、zkMIPS技術の実用性と効率性がさらに検証されました。

分散型Sequencer：分散化と持続可能性

ハイブリッドロールアップを使用してOPとZKの利点を統合するだけでなく、Metisは分散型Sequencerの実現を積極的に推進し、Rollupに分散型の模範を示しています。

従来のロールアップモデルでは、単一のSequencerは取引とデータを効果的に処理できますが、非常に大きな権力を集中させる可能性があり、さまざまなリスクを引き起こす可能性があります：

• 操作リスク：Sequencerが故障したり攻撃を受けたりすると、システム全体の取引処理が中断されます。

• 検閲リスク：Sequencerは取引を選択的に処理または拒否する能力があり、特定の分散型金融（DeFi）プロトコルやサービスへのユーザーのアクセスを制限する可能性があります。

• 操作リスク：取引の順序付けにおいて、Sequencerは自らの取引を優先的に処理し、取引手数料を引き上げて不正な利益を得る可能性があります。これは最大抽出可能価値（MEV）と呼ばれます。

これらの問題を解決するために、Metisは分散型Sequencerプールを設計しました。このプールは複数のSequencerノードで構成され、取引の集約、順序付け、実行を共同で行います。この設計はシステムの公正性と透明性を確保します：

• コンセンサスメカニズム：3分の2以上のSequencerノードが各新しいブロックの状態に合意しなければならず、その後に取引バッチをイーサリアムメインネット（L1）に提出します。

• 多者計算（MPC）署名：取引バッチがL1に提出される前に、MPC署名を通じてバッチの真実性を検証し、データの正確性を確保します。

分散型Sequencerの利点：

• セキュリティの強化：複数のノードが共同で意思決定を行うことで、単一障害点のリスクが低減し、ネットワークの堅牢性と安全性が向上します。

• 検閲や操作の可能性の低減：複数のSequencerが存在することで、単一ノードが取引を操作したり検閲したりすることが難しくなり、ユーザーの取引の自由が保護されます。

• 安定性と冗長性：システムはSequencerのスムーズなローテーションをサポートし、故障や中断の影響を最小限に抑え、ネットワーク全体の安定性を向上させます。

Metisの分散型Sequencerモデルでは、各ノードは以下のいくつかの重要なコンポーネントで構成されています：

• L2 Geth（OP-Nodeを含む）：取引の順序付けとブロックの組み立てを担当します。

• アダプターモジュール：他の外部モジュール（主にPoSノード）とのインタラクションの仲介を行います。

• バッチ提出者（Proposer）：取引バッチを構築し、複数のSequencerの承認を得た後にL1に提出します。

• PoSノード：イーサリアム、コンセンサス、Metis層間の調整を行い、資産の安全なロックと検証者への報酬を確保します。

• コンセンサス層：イーサリアムメインネットと並行して動作するTendermint PoSノードのセットを含み、操作効率を保証しつつメインネットのプロセスを妨げません。

出典

このような設計により、Metisの分散型Sequencerプールは取引処理の公正性と透明性を向上させるだけでなく、権力を分散させることでネットワークの安全性と安定性を強化します。これらは信頼できる持続可能なブロックチェーンエコシステムを構築するための重要な要素です。

まとめと展望

Metisの技術と理念の優位性は、今後のさらなる発展のための堅固な基盤を築いています。zkMIPSに基づくハイブリッドロールアップは、ZK-Rollupの互換性の問題を解決し、より多様な開発者エコシステムをもたらすことが期待されています。

分散型Sequencerの推進は、チームが追求する分散化のビジョンを示しています。Metisのエコシステムが成熟し続ける中で、Metisが今後のL2競争で持続的に成長するダークホースとなり、ユーザーと開発者に継続的な価値を創造することが期待されます。