ゼロナレッジ ロールアップ (ZK ロールアップ) とは何ですか?

簡単に言えば、ゼロナレッジ ロールアップまたは zk ロールアップは、ブロックチェーンがトランザクションをより迅速に検証できるようにすると同時に、ガス料金を最小限に抑えることを保証するレイヤー 2 スケーラビリティ ソリューションです。 Zk ロールアップは、オンチェーンとオフチェーンのプロセスを組み合わせているため、従来のレイヤー 1 ブロックチェーンよりも優れたパフォーマンスを発揮します。

イーサリアムのメインネットはトランザクションの処理とブロックの検証にオンチェーンのアクティビティを明示的に利用していますが、レイヤー 2 zk-rollup ソリューションにはオフチェーンの機能も導入されています。レイヤー 1 ブロックチェーンよりも高速にトランザクションを正常に検証できるようにする主要コンポーネントの 1 つは、マークル ツリーです。

マークル ツリーは、ブロックチェーンが zk ロールアップのオンチェーン レコード上のデータを偽装できないようにする重要な数学的構造です。通常、zk-rollup は 2 つのマークル ツリーで構成され、両方ともスマート コントラクト、つまりオンチェーンに保存されます。 1 つのツリーはアカウントの保存専用であり、もう 1 つはすべての残高を保存します。 zk-rollup によって生成および使用されるその他のタイプのデータは、オフチェーンに保存されます。

Zk ロールアップは、使いやすさの向上を目指す開発者の間でも、より高速かつ安価なトランザクション処理を求める投資家やトレーダーの間でもますます人気が高まっています。

ZK ロールアップの説明

zk-rollup は、イーサリアム メインネットの外側でトランザクションを処理することでイーサリアムのスループットを向上させるレイヤー 2 スケーリング ソリューションです。これにより、ベースレイヤーの輻輳が緩和され、スケーラビリティが強化されます。

ゼロナレッジ ロールアップの 3 つの主要コンポーネントには、イーサリアムのスマート コントラクト、証明者、および一連の検証者が含まれます。チェーン間の対話はスマート コントラクトによって管理されます。サードパーティの証明者は、レイヤー 2 チェーン上でトランザクションの有効性の暗号化証明を生成します。一方、検証者は、これらの証明を確認してスマート コントラクトに送信する責任を負うノードのグループです。

ユーザーはトランザクションに署名し、証明者に送信します。証明者はトランザクションを検証してキューに入れます。証明者は定期的に、数千のトランザクションをキューからブロックにまとめて、その有効性を証明するゼロ知識証明を生成します。この証明は、取引情報を明らかにすることなく、わずか数ミリ秒で検証できる簡潔なデータです。次に証明者は、証明と少量のデータ (状態ルートやトランザクション ルートなど) を単一のトランザクションとしてイーサリアムに送信します。スマート コントラクトは証明を検証し、それに応じて状態を更新します。

資金を引き出すには、イーサリアム ブロックに送信される出口リクエストが必要です。その後、スマート コントラクトによってロックが解除され、資金が転送されます。出金は証拠によって確認されるため、待ち時間は必要ありません。

zk-rollups の主な特徴は、対話や信頼を必要とせずに、ゼロ知識証明を使用してチェーン上のトランザクションを検証することです。これにより、高いスケーラビリティ、低遅延、プライバシー機能が実現します。

ゼロ知識ロールアップ (ZK ロールアップ) の種類

さまざまなタイプのゼロ知識ロールアップを区別する要因は次のとおりです。

証明システム: オンチェーントランザクションを検証するために使用されるゼロ知識証明のタイプを指します。さまざまな証明システムには、証明サイズ、検証時間、証明者時間、信頼できるセットアップなど、異なる特性とトレードオフがあります。一般的な証明システムには、zk-SNARK、zk-STARK、PLONK、Bulletproof などがあります。さまざまな証明システムを使用した zk-rollup の例には、zkSync (PLONK)、StarkWare (zk-STARKs)、および Aztec (zk-SNARKs) があります。

回路設計:レイヤ 2 チェーンでのトランザクションのエンコードと実行に関係します。異なる回路設計は、拡張性、使いやすさ、互換性に影響を与えます。主な回路設計には、アカウントベース、UTXO ベース、ZKVM ベースが含まれます。

さまざまな回路設計を使用した zk-rollup の例には、zkSync (アカウント ベース)、StarkWare (UTXO ベース)、および ZkPorter (ZKVM ベース) があります。

データ可用性ソリューション:オフチェーンのフルブロック データのストレージとアクセスを指します。分散型ストレージ ネットワーク (IPFS など)、データ可用性委員会 (Celestia など)、データ可用性サンプリング (Validium など) など、さまざまなデータ可用性ソリューションにはさまざまな長所と短所があります。さまざまなデータ可用性ソリューションを使用した zk-rollup の例としては、zkSync (IPFS)、StarkWare (Validium)、ZkPorter (Celestia) があります。

ZK ロールアップにとって「ゼロ知識」とは何を意味しますか?

zk-rollup では、「ゼロ知識」という用語は、対話や信頼を必要とせずに、オンチェーンのトランザクション検証にゼロ知識証明を使用することを指します。ゼロ知識証明は、ステートメント自体に関する情報を開示することなく、ステートメントの真実性を証明できる暗号証明です。

ZK ロールアップの利点

1. ガス料金の削減: トランザクション バッチのゼロ知識証明を生成し、最小限のオンチェーン データを送信することで、zk ロールアップは効率を高め、ガス コストを削減します。

2. より高いスループット: 基本層の輻輳と制限を回避することにより、zk-rollup はトランザクション速度の高速化と確認時間の短縮を実現します。一部の推定では、zk-rollup によってスループットが最大 100 倍向上すると示唆されています。

3. 確認時間の短縮: ユーザーは、ネットワークの状況によっては数分から数時間かかる可能性がある、ベース レイヤでのブロック確認を待つ必要がなくなりました。代わりに、レイヤー 2 チェーン上で即座にフィードバックとファイナリティを受け取ります。

4. プライバシー機能: Zk ロールアップは、ゼロ知識証明を使用して情報を開示することなくオンチェーンでトランザクションを検証することにより、トランザクションのプライバシーを強化します。これは、最小限のデータがオンチェーンに投稿され、トランザクションに関する情報が漏洩しないことを意味します。 Zk ロールアップは、取引金額や受信者を隠すなどのプライバシー機能も提供します。

5. セキュリティと整合性: Zk ロールアップは、イーサリアムのコンセンサス メカニズムと検証ネットワークの堅牢性とトラストレス性を継承します。ユーザーは、取引を処理したりデータを保存したりするために第三者や仲介者を信頼する必要はありません。

ZK ロールアップの課題または制限

1. 証明生成コスト: トランザクション バッチのゼロ知識証明を生成するコストは、トランザクションの複雑さ、証明システム、回路設計によって異なります。ユースケースによってはプルーフの生成コストが高くなる可能性があり、zk-rollups のスケーラビリティと使いやすさに影響を与える可能性があります。証明生成コストを削減するには、より効率的な証明システムや回路設計を使用するか、証明者に補助金や奨励金を与えることが必要です。

2. 回線の複雑さ: これは、回線設計とトランザクション機能に応じて、レイヤー 2 チェーン上でトランザクションをエンコードおよび実行する複雑さを指します。回路の複雑さが高いと、特定の使用例では zk-rollups のスケーラビリティと使いやすさに影響を与える可能性があります。回路の複雑さを軽減するには、より最適化または特殊化された回路設計を使用するか、トランザクションを簡素化または標準化する必要があります。

3. 互換性の問題: Zk ロールアップは、イーサリアム上で実行されている既存のスマート コントラクトやツールと完全な互換性がないため、変更や適応が必要です。開発者は、zk-rollup のスマート コントラクトを作成するために、さまざまな言語、フレームワーク、ライブラリ、または標準を使用する必要がある場合があります。ユーザーは、zk-rollups を操作するために別のウォレット、ブラウザ、またはインターフェースを必要とする場合もあります。互換性の問題に対処するには、より相互運用性の高いソリューションやユニバーサルなソリューションを使用したり、開発者やユーザーに教育やサポートを提供したりすることが必要になります。