Zk-Rollupsとは何か？Layer-2のスケーラビリティ技術の解析

原文标题：Zkロールアップとは何か？第2層スケーラビリティ技術

編纂：GaryMa、ウー・シュオ・ブロックチェーン

要約

• ブロックチェーンの低スケーラビリティは、速度の低下、取引手数料の上昇、ユーザー体験の悪化を引き起こします。この問題は、Layer 1（例えばシャーディング）やLayer 2（例えばロールアップ）などの対応策によって潜在的に修正できます。
• Layer 1ソリューションは、ブロックチェーン自体をアップグレードすることを目的とし、Layer 2ソリューションは既存のチェーンの上にフレームワークを構築します。
• ロールアップは人気のあるLayer 2ソリューションであり、オフチェーンで取引をパッケージ化してより迅速な計算を行います。
• Zkロールアップは、ゼロ知識証明を使用したロールアップの実装です。
• ゼロ知識証明は、基礎データを開示することなく検証を可能にし、取引のプライバシーとセキュリティを確保します。

ブロックチェーンのスケーラビリティ競争

暗号通貨の広範な利用に伴い、ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティ問題を解決することが重要になっています。混雑したブロックチェーンは、速度の低下や取引手数料の上昇を引き起こします。この問題を解決するために、私たちは2つの主要なフレームワーク、Layer 1とLayer 2ソリューションを持っています。

• Layer 1ソリューション：これらのソリューションは、ブロックチェーンの基盤構造を直接改善し、全体のシステムがより高いスループットを得られるようにします。シャーディングはその典型的な例です。ブロックチェーンを異なるブロックに分割することで、システムの容量を増加させ、同時に取引を処理できるようにします。
• Layer 2ソリューション：これらのソリューションは、基盤となるブロックチェーンの上で動作します。Layer 2では、取引がオフチェーンで処理され、基盤となるチェーンにまとめて送信されます。重要な技術には、ステートチャネル、サイドチェーン、ロールアップが含まれます。Zkロールアップは、ゼロ知識証明を利用したロールアップの形式です。

Zkロールアップとは？

Zkロールアップを理解するためには、ロールアップとゼロ知識証明を理解することが重要です。

ロールアップとは？

ロールアップは、ブロックチェーンが取引データをまとめてオフチェーンで処理できるようにします。処理後、最終結果が基盤となるチェーンに送信されます。このように多くの取引を同時に処理することで、ブロックチェーンの膨張の可能性が排除され、より迅速で安価な計算が実現されます。ロールアップは、OptimisticとZkロールアップの2つのカテゴリに分かれます。

• Optimisticロールアップ：Optimisticロールアップは、すべての取引が合法であるという仮定の下で動作します。これらの取引がブロックチェーンに送信される前に、待機期間を経る必要があります。この待機期間中に、ネットワークは疑わしい取引に異議を唱えます。Optimism、Arbitrum、opBNBはOptimisticロールアップの例です。
• Zkロールアップ：Optimisticロールアップとは異なり、zkロールアップはゼロ知識証明を使用して各取引を検証します。実装はより複雑ですが、zkロールアップはOptimisticロールアップで見られる異議解決期間を回避することを目的としており、理論的にはより迅速に取引を処理します。

では、ゼロ知識証明について見てみましょう。

ゼロ知識証明とは？

ゼロ知識証明（ZKP）は、一方（証明者）が他方（検証者）に対して、ある主張が真実であることを、主張に関する詳細を開示することなく証明するための暗号ツールです。

ZKPは3つの特性を持つ必要があります：

• 完全性：主張が真実であり、両者が真実であれば、証明は常にその真実性を確認します。
• 信頼性：不正な証明者は、極めて少ない状況で誠実な検証者を説得して虚偽の主張が有効であると信じさせることはできません。
• ゼロ知識：最も決定的な特徴です。プロセスの終了時に、検証者は主張の有効性のみを理解し、その内容については深く知ることができません。

では、ZKPはどのように機能するのでしょうか？この方法は3つのステップに分かれます：

• ウィットネス（Witness）：最初の段階で、証明者は検証者に秘密の情報、または「ウィットネス」を提供します。ここでの考えは、証明者が特定のデータにアクセスできることを明示的に言及することなく、検証者に証明することです。ウィットネスは、合法的な証明者のみが情報に関する質問に答えられるような一連の質問を構築します。
• チャレンジ：この段階で、検証者は集合からランダムな質問を選択して証明者にチャレンジを発出します。
• レスポンス：証明者は検証者の質問に成功裏に回答し、彼らの信頼性を証明します。

これで、ロールアップとZKPが何であるかがわかりました。それでは、これらを組み合わせて、zkロールアップがどのように機能するかを見てみましょう。

Zkロールアップはどのように機能するのか？

Zkロールアップには2つのコアコンポーネントがあります：

• チェーン上のスマートコントラクト：スマートコントラクトは、zkロールアッププロトコルの操作ルールを定義します。これには、メインコントラクトと検証コントラクトが含まれます。メインコントラクトはロールアップブロックを保存し、預金を追跡し、重要な更新を行います。検証コントラクトは生成されたZKPを検証します。
• オフチェーン仮想マシン：これらのマシンは、L2内の取引実行を処理する責任があります。オフチェーン仮想マシンは、イーサリアムのメインチェーンから独立して動作します。

Zkロールアップはイーサリアムブロックチェーンと密接に結びついていますが、独自のレイヤーに存在します。彼らは各取引の詳細でイーサリアムを圧倒することはありません。代わりに、彼らは巧妙にパッケージ化された要約を提供し、基盤となるチェーンがクリーンで効率的であることを保証します。

Zkロールアップの利点と欠点

では、zkロールアップを使用することの利点は何でしょうか？見てみましょう。

zkロールアップの利点

• スループットの向上：zkロールアップは、取引実行を基盤となるチェーンからより効率的な計算環境に移行させます。取引がチェーン上で個別に処理されないため、全体のスループットが向上します。
• 混雑の軽減：ブロックチェーンの膨張を減少させることで、zkロールアップは効率的なLayer 1の操作を実現します。また、フルノードは全データではなくゼロ知識証明のみを保存すればよいのです。
• 手数料の低下：混雑が減少することで、zkロールアップは全体の手数料を低下させるのに寄与します。
• セキュリティ対策：zkロールアップには、ロールアップネットワークに問題が発生した場合にユーザーが資金を引き出すことを許可するセキュリティ対策が含まれており、これはサイドチェーンと比較して明らかな利点です。サイドチェーンはネットワーク障害の間に資金を損なう可能性があります。
• より迅速な取引チャレンジ期間：zkロールアップを使用することで、ロールアップ内の有効性証明を検証するだけで済み、取引チャレンジ期間が加速されます。

zkロールアップの欠点

• 複雑性：zkロールアップの最大の欠点は、その内在的な複雑性です。実装はoptimisticロールアップよりも複雑です。
• 基盤チェーンの制約：効率的であっても、zkロールアップは依然として基盤となるレイヤーの制約を受けます。
• 流動性の断片化：任意のLayer 2は、エコシステム内の流動性の分散を引き起こします。基盤チェーンプロトコルの流動性が浅いと、潜在的な問題を引き起こす可能性があります。

Optimisticロールアップ vs Zkロールアップ

まとめ

スケーラビリティはしばしばブロックチェーン技術の「聖杯」として称賛されます。システムが最適に機能しないのであれば、それを使用する意味はありません。ロールアップ、特にoptimisticとzkは、この長年の問題に優雅な解決策を提供します。Zkロールアップは、その独自のアプローチで、より速い速度、少ないトラフィック、強力なセキュリティを約束します。確かに、彼らには複雑性がありますが、その潜在能力は巨大です。デジタル通貨の未来に関心のあるすべての人にとって、zkロールアップを理解することは不可欠です。より良いブロックチェーンのパフォーマンスを追求する中で、今こそzkロールアップとその未来への約束に慣れ親しむ時です。