zkEVM アップグレードの物語 zkVM、これらの5つのコアプロジェクトはなぜ注目に値するのか？

著者：0XNATALIE

ブロックチェーンのスケーラビリティと計算効率の解決策を探る中で、ゼロ知識証明（ZKP）技術は特に重要です。zkVM（ゼロ知識仮想マシン）は、この技術の具体的な応用の一つです。zkVMは、ZKPに基づく汎用計算プラットフォームとして、実行の詳細を漏らすことなく計算の正確性を検証できます。また、オフチェーンで計算量の多いタスクを処理し、検証結果のみをブロックチェーンに提出することができ、ブロックチェーンのスケーラビリティを大幅に向上させます。現在、市場ではa16z、Taiko、ZKMなどの複数のプロジェクトがzkVMソリューションを開発しています。

zkVMの紹介

zkVMは、ゼロ知識証明に基づく汎用計算プラットフォームであり、スマートコントラクトの実行、データ処理、複雑なアルゴリズム計算など、さまざまな計算タスクを実行できます。その核心機能は、計算の正確性を検証するゼロ知識証明を生成することです。この証明は、実行の詳細を漏らすことなく計算の正確性を検証できます。SNARKs技術を通じて、これらの証明はオフチェーンで検証でき、検証者はブロックチェーン上で計算プロセス全体を再実行する必要がなく、高価な計算コストを負担することなく検証できます。

さらに、zkVMの設計は暗号通貨取引に限定されず、その汎用性により、医療データ処理、サプライチェーン管理、秘密投票システムなど、データの安全性を確保しつつ処理ロジックの正確性を検証する必要があるさまざまなアプリケーションシーンに展開できます。

zkVMと他の仮想マシンの比較

従来の仮想マシン（VM）は、通常、物理ハードウェア上に完全な計算環境を仮想化することを指し、核心機能はハードウェア環境をシミュレートし、同じ物理ハードウェア上で複数のオペレーティングシステムやアプリケーションを実行できるようにすることです。これらの仮想マシンは、主にハードウェア仮想化技術とオペレーティングシステムレベルの隔離を通じてその機能を実現します。通常、実行されるアプリケーションやデータの暗号検証プロセスには関与しません。

ゼロ知識仮想マシン（zkVM）は、プログラム実行プロセスの正確性を確保するためにゼロ知識証明技術を使用します。この技術は、仮想マシン上でコンパイルおよび実行できる任意のプログラムに適用可能です。zkVMの設計は、さまざまなアプリケーションシーンに適した汎用計算検証プラットフォームを提供することに重点を置いており、Rust、C/C++、Goなどのさまざまなプログラミング言語をサポートしています。開発者は、自分が慣れ親しんだ言語を使用してアプリケーションを構築できます。計算と検証プロセスは、従来のVMよりも時間がかかることが多く、ゼロ知識証明の生成は計算集約型のプロセスであり、大量の計算リソースを要求するため、取引処理速度（TPS）を大幅に制限します。現在のzk技術は、単一の証明生成においては顕著な進展を遂げていますが、高負荷条件下での大規模取引処理能力は依然として限られています。各証明の生成には数秒から数分かかることがあり、高スループットを必要とするアプリケーション（大規模な支払い処理システムなど）には制約となります。

zkEVMはzkVMの特定の実装であり、イーサリアムエコシステムのために設計され、ゼロ知識証明を通じてイーサリアムのスケーラビリティを強化することを目的としています。zkEVMは、SolidityやVyperなどのイーサリアムのスマートコントラクトや開発ツールと完全に互換性があり、既存のイーサリアムアプリケーションは、変更なしでzkEVMにシームレスに移行できます。したがって、zkEVMはイーサリアムの特定の最適化バージョンのようなものです。

zkVM関連プロジェクト

zk技術の課題に直面しながらも、市場にはzkVMソリューションの開発において技術力を示しているプロジェクトがいくつか存在します。

Jolt：優れた性能

4月9日、a16zはzkVMソリューション「Joltの初期実装」を発表しました。Joltは新しいタイプのzkVMで、主な特徴は実行速度が速いことであり、開発者にとっても拡張性とコード監査が容易です。

他のSTARKフレームワークに基づくzkVMとは異なり、JoltはLasso検索パラメータとsumcheckベースの技術を活用しています。この革新的なアプローチは、新しい仮想マシン命令の実装を簡素化するだけでなく、システム全体の速度を向上させます。Joltの設計は使いやすさと効率性を強調しており、そのコードベースは非常にコンパクトで、Jolt内の各CPU命令はわずか50行のRustコードで実現できます。さらに、Joltの性能も非常に優れており、初期ベンチマークテストでは、ゼロ知識証明の実行速度がRISC Zeroより5倍以上速い、SP1よりも2倍速いことが示されています。

RISC Zero：複雑な計算を効率的に処理

RISC Zeroは、再帰SNARK構造を持つzkVMであり、証明が相互にネストされることをサポートする再帰的方法を採用しています。SNARKs技術において、再帰は複雑な証明をより小さく、管理しやすい証明に分解することができます。これらの小型証明は独立して検証でき、最終的には完全な大証明に統合されます。このプロセスは、証明の有効性に影響を与えません。RISC Zeroの独自性は、その再帰の実装方法にあります。複数の証明をシームレスに単一の証明チェーンに統合することで、計算負荷と処理するデータ量を減少させ、複数の計算ステップにおいて検証プロセスの安全性と完全性を維持します。

RISC Zeroのもう一つの独自性は、RISC-V命令セットを使用していることです。これはオープンスタンダードISA（命令セットアーキテクチャ）であり、スケーラビリティと拡張性を実現することを目的としています。この選択により、RISC Zeroは広範なツールとサポートエコシステムを活用でき、他の専有またはあまり一般的でないアーキテクチャを使用するzkVMと比較して、よりアクセスしやすく、既存のシステムに統合しやすくなります。

昨年、彼らは4000万ドルのAラウンド資金調達を成功裏に完了しました。このラウンドはBlockchain Capitalが主導し、他の著名な投資家にはBain Capital Crypto、Galaxy Digital、IOSG Ventures、RockawayX、Maven 11、Fenbushi Capital、Delphi Digitalなどが参加しました。

Succinct：開発者に優しい

SuccinctはzkVM SP1を開発しました。SP1はRustまたはLLVMでコンパイル可能な任意の言語で書かれたコードを実行するためにカスタマイズされており、柔軟性と使いやすさが向上しています。SP1はモジュラーアーキテクチャをサポートしており、開発者は「プリコンパイル」を通じてその機能をカスタマイズおよび拡張できます。プリコンパイルとは、特定の、開発者が追加または変更できるモジュールを指し、これによりコア仮想マシンの機能が強化され、特定のタスクや計算をより効率的に処理できるようになります。

さらに、SP1は分散型の証明者ネットワークを構築し、証明のデプロイと実行を簡素化し、高度な暗号化手法の使用に対するハードルを下げました。このネットワークにより、開発者はワンクリックで効率的に証明を生成できるようになり、簡素化された方法を提供します。

3月、Succinctは5500万ドルの資金調達を完了しました。この資金調達はParadigmが主導し、Robot Ventures、Bankless Ventures、Geometry、エンジェル投資家EigenlayerのSreeram Kannan、Polygonの共同創設者Sandeep Nailwalなどが参加しました。5月13日、SuccinctはSP1テストネットの立ち上げを発表しました。

Taiko：多証明システム

Taikoは、zkEVMからzkVMへの移行を開始しました。TaikoのzkVMの独自性は、多証明システムの利用にあります。多証明の概念はVitalikによって提唱され、Taikoはこの概念を実装した最初のプロジェクトであることを示しています。5月末にメインネットが立ち上がる際には、この多証明システムを直接サポートします。このシステムにより、TaikoのzkVMはさまざまなタイプの証明を生成でき、システムの安全性と堅牢性が向上します。いずれかの証明タイプに問題が発生しても、他のタイプの証明がシステムの正常な動作を保証し、エラーの状態遷移を迅速に検出できます。さらに、Halo2-KZG証明システムが採用され、複雑な計算や大規模取引を処理する際に高効率かつ低コストを維持します。

3月、Taikoは1500万ドルのAラウンド資金調達を完了しました。Lightspeed Faction、Hashed、Generative Ventures、Token Bay Capitalが共同で主導し、Wintermute Ventures、Flow Traders、Amber Group、OKX Ventures、GSRなどが参加しました。

ZKM：MIPSアーキテクチャはシンプルで安定

ZKMはMetis財団が孵化したzkVMプロジェクトで、MIPSアーキテクチャを採用し、ゼロ知識証明技術と組み合わせてzk仮想マシンを作成しました。この設計により、ZKPはシステム内部の計算処理方法とより適合し、操作速度を加速し、単独でZKPプロトコルを実装する際の計算オーバーヘッドを削減します。また、現在のほとんどのzkVMはRust言語を使用していますが、ZKMはGolangのネイティブサポートを提供します。

MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）は、第一世代のRISCアーキテクチャです。MIPS命令セットは比較的シンプルで安定しており、さまざまな計算デバイスや組み込みシステムに広く適用でき、良好な汎用性と適応性を持っています。MIPSアーキテクチャに基づくZKMシステムは、開発と展開がより容易になります。

zkMIPSは、全体のMIPSプログラムを複数のセグメントに分割します。各セグメントの命令を4種類に分類し、対応する4つのモジュールテーブルに配置します。zkMIPSはSTARK証明方法を使用し、各モジュールテーブル内の命令を独立して検証し、テーブル内の各操作が正しいことと、プログラムセグメント内の各命令がその対応するモジュールテーブルに含まれていることを確認します。その後、各プログラムセグメントの実行シーケンスが全体のプログラムの実行と一致することを検証します。この方法により、オフチェーンで実行されるプログラムもオンチェーンで検証でき、プログラム実行の透明性と信頼性が向上します。

ZKMは最近、信頼最小化されたマルチチェーン相互運用性インフラストラクチャ「Entangled Rollups」を発表し、zkMIPSを利用して信頼不要の分散型マルチチェーン相互運用フレームワークを構築しました。第三者のzkブリッジがスナップショットを通じて資産移転を検証するのとは異なり、すべての計算が検証可能であるため、非常に安全です。この相互運用性の鍵は、あるブロックチェーン上で証明を生成し、別のブロックチェーン上で検証できる共通の証明メカニズムが存在することです。ZKMは他のzkVMとは異なり、すべての操作に適用可能なゼロ知識証明を生成できます。ZKMはCPU/MIPSアーキテクチャの基盤にセキュリティを組み込み、そのアーキテクチャ上のすべてのソフトウェアが同じセキュリティを享受できるようにし、各ソフトウェアが個別にゼロ知識証明のプロセスを行う必要がありません。

さらに、ZKMの特徴には以下があります：

• すべての仮想マシンと互換性：ZK Mは各仮想マシンの下に位置し、さまざまなブロックチェーンスマートコントラクトエンジンVM（Move VM（zkM VM）、WASM（zkWASM）、Rust VM（zkRVM）など）と互換性があります。
• プラグアンドプレイ：開発者は既存のコードベースを変更することなくZKMを採用できます。低コストでの採用が可能で、異なるスマートコントラクト言語や従来のプログラミング言語を使用することができます。
• 長期的な安定性：MIPS命令セットは安定しており、EVMの変更に伴って命令セットを変更する必要がなく、開発者により安定した環境を提供します。

zkVMの未来展望

ブロックチェーン技術の成熟と先端企業の探求が進む中で、zkVMの性能は向上し続けています。私たちは、zkVMが暗号の世界でますます重要な役割を果たし、重要な技術の一部となることを予見しています。特にデータの敏感性とクロスチェーンの安全性に対する需要が高まる中で、zkVMが提供する能力は市場のニーズに適合しています。私たちは、回路最適化や証明システム自体の最適化など、さまざまな技術的課題を克服し、さまざまなプログラミング言語に完璧に適合するzkVMを導入し、より多くの開発者をWeb3の新時代へと導くことを期待しています。