zkEVM はどのように機能しますか?

zk はゼロ知識の頭字語で、暗号化された単語です。 一方の当事者が追加情報を共有することなく、別の当事者に何かを証明できる。 つまり、機密性を維持しながら個人情報を交換できるようになります。 

ゼロ知識証明を使用すると、ユーザーは実際にその秘密を明らかにすることなく、自分の知識を明らかにできます。 ここでは、証明者と検証者がゼロ知識証明で重要な役割を果たします。 証明者は秘密についての知識を実証する必要があり、検証者は証明者が真実を伝えていることを確認する必要があります。 

zkEVM – 何ですか それ？

ゼロ知識イーサリアム仮想マシン (zkEVM) とは、以下と互換性のあるスマート コントラクト トランザクションを実行する仮想マシンを指します。 既存のイーサリアムインフラストラクチャとゼロ知識証明計算。 これにより、zkEVM をゼロナレッジ ロールアップに統合できます。これは、トランザクション スループットを向上させ、コストを削減するレイヤー 2 スケーリング ソリューションです。

定義は次の用語に分解できます。

1. Ethereum仮想マシン (EVM) は、イーサリアムの状態を管理する計算エンジンを指します。 ブロックチェーン スマートコントラクト機能を許可します。 主な目的は、ネットワークの状態を計算し、さまざまな種類のスマート コントラクト コードを「バイトコード」と呼ばれる読み取り可能な形式で実行することです。
2. EVM はサポートするように設計されていませんでした。 ゼロ知識技術ただし、研究の進歩により、EVM 計算をゼロ知識証明でラップすることが可能になりました。 個別の zkEVM プロジェクトは、EVM の実行とゼロ知識証明計算を組み合わせるための個別のアプローチに従っています。 

zkEVM – なぜイーサリアムが必要なのか?

　 エテリアムブロック鎖 は、高額な取引手数料や時々確認に時間がかかるという課題に直面してきました。 さらに、最大処理能力は 2,000 秒あたり 2 トランザクション (TPS) のみです。 ただし、ロールアップ ソリューションを実装すると、トランザクション スループットを最大 XNUMX TPS、あるいはそれ以上向上させることが可能になります。 最近のイーサリアムのアップグレードはスケーラビリティの向上を目的としていますが、業界の専門家は、イーサリアムのトランザクション輻輳問題に対処するために、ロールアップなどのレイヤー XNUMX スケーリング手法がしばらく普及し続けると予測しています。 zkEVM は、スケーラビリティの点で大きな利点をもたらします。

以前のロールアップ イテレーションではすでにスケーラビリティが向上していましたが、zkEVM では、プライバシー、セキュリティ、強化された相互運用性とともにスケーラビリティを組み込むことでさらに一歩前進しています。 Zero-Knowledge Proofs (ZKP) と Ethereum Virtual Machine (EVM) 互換性を統合することにより、zkEVM は zk-Rollups のセキュリティとプライバシー機能を維持しながら、同時に EVM 互換性を通じて Ethereum の相互運用性を強化します。 これは、zkEVM がスマート コントラクトとシームレスに対話できることを意味し、 分散アプリケーション (dApps) はイーサリアム ネットワーク上に構築されます。 さらに、zkEVM は、Avalanche、Solana、Fantom などの EVM 互換ブロックチェーンでも機能する必要があります。

EVMマシンの動作

仮想マシンは、ストレージ、CPU、メモリを備えた物理マシンと同様に動作しますが、完全にコードとして動作します。

• コントラクト バイトコードは EVM のストレージからロードされ、EVM 上のピアノードによって実行されます。 ノードは同じ入力を使用するため、すべてのノードが同じ結果に到達します。
• EVM オペコードは読み取り/書き込み操作を実行します。つまり、状態ストレージから値を読み取り、EVM のメモリに新しい値を書き込みます。 
• EVM オペコードは、新しい値を返す前に、状態ストレージから取得した値の計算を実行します。 この更新により、EVM は新しい状態に移行します。 この新しい状態は他のノードによってコピーされ、別のトランザクションがコミットされるまで維持されます。 

zkEVM – それはどのように動作しますか？

ゼロナレッジ ロールアップとして機能することにより、zkEVM は拡張性が高く安全なレイヤー 2 上にイーサリアム エコシステムを再作成します。このレプリケーションにより、開発者は使い慣れたイーサリアム開発者エクスペリエンスを維持し、拡張性とセキュリティの強化の恩恵を受けながら既存のツールを利用できるようになります。 その結果、開発者は既存の分散型アプリケーション (dApps) とスマート コントラクトをこの新しい環境に簡単に移行したり、新しいアプリケーションを簡単に構築したりすることができます。

zkEVM はゼロ知識証明を生成して、各計算のさまざまな要素を検証します。

1. バイトコードアクセス: まず、zkEVM は、仮想マシンが正しいアドレスから正しいスマート コントラクト ロジックをロードしたかどうかを検証するのに役立つバイトコード アクセスを備えています。 
2. 読み取り/書き込み操作: zkEVM Github リポジトリの詳細な概要は、zkEVM の動作における読み取り/書き込み操作の使用に関する洞察を提供します。 zk EVM は、スマート コントラクトが処理前にストレージから書き込み値を取得したかどうかをチェックします。 
3. 計算: したがって、zkEVM は実行プロセス後に出力値の正当性を検証します。 

zkEVM の構築に伴う課題はありますか?

はい、EVM と zk は別々に作成され、最近になって zkEVM を形成するために統合されました。 これらを同時に動作させるには、克服しなければならない課題や非効率性が数多くあります。 

1. スタックベースのアーキテクチャ: EVM は、後入れ先出し (LIFO) の原則に従って、スタックベースのアーキテクチャで動作します。 この単純なモデルにより、使用法が簡素化されます。 ただし、情報が仮想 CPU レジスタに保存される zkEVM を開発すると、zkEVM で通常必要とされる高性能の実行とゼロ知識 (zk) 計算がより効率的になります。
2. オペコードの複雑さ: 一般的な仮想マシンとは対照的に、EVM はプログラムの実行、エラー処理、その他の操作に特化したオペコードを使用します。 この複雑さにより、EVM 動作の証明回路を設計するプロセスがさらに複雑になります。
3. ストレージのオーバーヘッド: EVM のストレージ設計は、keccak ハッシュ関数とマークル パトリシア ツリーに依存しており、どちらも大幅な証明オーバーヘッドの原因となります。
4. 証明費用: たとえ前述の課題が解決されたとしても、証拠を作成するという問題が残ります。 ゼロ知識証明を作成するには、特殊なハードウェアと、財政、時間、労力の面で多大な投資が必要です。

zkEVM の利点の分析

• 安全なスケーラビリティ: イーサリアムとは異なり、zkEVM はイーサリアムのコンセンサス プロトコル ルールに従う必要はありません。 zkEVM では、すべてのレイヤー 2 トランザクションは、有効性証明を通じてレイヤー 1 で引き続き検証されます。 これは、zkEVM が安全性を損なうことなくトランザクションを優先し、スループットを高速化できることを意味します。
• 低価格： レイヤ 2 ロールアップは、トランザクションのバッチをイーサリアムなどのレイヤ 1 ブロックチェーンに送信します。 楽観的なロールアップには、署名を含むすべてのトランザクション情報がオンチェーンに含まれる必要があり、ガスコストの増加につながります。 対照的に、zkEVM はオンチェーンデータを最小限に抑えることで効率を最適化し、ガスコストを削減します。
• 高速ファイナリティ: ファイナリティとは、ブロックチェーン トランザクションが不変になり、変更できなくなる時点を指します。 楽観的なロールアップには 1 ～ XNUMX 週間という困難な期間があり、その間、最終化の前にトランザクションの検証に客観的な証拠が必要となります。 ただし、ゼロナレッジ ロールアップは、それぞれのレイヤー XNUMX ブロックチェーンに記録されるとすぐに最終的な状態になります。 この迅速なファイナリティは、分散型金融 (DeFi) エコシステムのトレーダーにとって特に有利であり、迅速な資産移転を促進し、流動性を引き付け、資本効率を向上させます。
• ネットワーク効果： EVM 互換性により、zkEVM は広範なドキュメント、ツール、インフラストラクチャ、コード ライブラリを含むイーサリアムの現在の開発者エコシステムを活用できます。 さらに、Polygon や Avalanche などの他のブロックチェーンも EVM 環境を採用しており、EVM 環境が標準としての地位を強化しています。 Web3エコシステム.

上位の zkEVM プロジェクトとその種類

1. zkSync (タイプ-4): 

ZkSync はイーサリアムのレイヤー 2 スケーリング ソリューションであり、イーサリアム ネットワークの速度とスケーラビリティを向上させることを目的としています。 ゼロ知識証明を実行し、基礎となる情報を明らかにすることなくトランザクションを検証できるようにします。 これにより、zkSync はトランザクションをオフチェーンで処理できるようになります。これは、トランザクションがイーサリアム ブロックチェーン自体に保存されていないことを意味します。 ただし、それらは「マークル ツリー」と呼ばれる別のオフチェーン データ構造に保存されます。 

zkSync の主な機能は「オプティミスティック転送」です。これにより、ユーザーはイーサリアム ブロックチェーン上で確認されるのを待たずにトランザクションを送受信できます。 zkSync は、安全でスケーラブルなプラットフォームを促進することを目的としています。 分散アプリケーション (dApps) およびその他のイーサリアムベースのプロジェクト。 

ただし、zkSync にはセキュリティとスケーラビリティのバランスが必要です。 ゼロ知識証明やその他のテクノロジーを利用すると、さらに複雑さが増し、脆弱性が生じる可能性があります。 これらの課題にもかかわらず、zkSync は堅牢性と安全性を確保するためにテクノロジーを継続的に改善および改良しています。 

2. Starkware StarkNet (タイプ-4):

StarkNet は、ブロックチェーン、特にスマート コントラクトを利用するブロックチェーンのスケーラビリティと効率を向上させることを目的としたレイヤー 2 スケーリング ソリューションを指します。 StarkNet の主な特徴は、ユーザーが機密データを共有することなく計算の正しさを証明できるゼロ知識証明システムである STARK のアプリケーションです。 これにより、ネットワーク上のプライバシーとセキュリティが強化され、信頼できるサードパーティを必要とせずに複雑な計算を実行できるようになります。

StarkNet の主な目標は、大規模な DeFi アプリケーションを作成することです。 DeFi アプリは通常、スマート コントラクトやその他の複雑な計算に依存しているため、それぞれのブロックチェーンに負担がかかり、そのスケーラビリティが制限される可能性があります。 StarkNet は、Binance Smart Chain、Ethereum、Polkadot など、いくつかの人気のあるブロックチェーンとすでに統合されています。  

3. ポリゴンヘルメス(Type-2):

Polygon ブロックチェーン イニシアチブは、Ethereum ブロックチェーンのスケーラビリティとプライバシー機能を向上させるために設計された Hermez zkEVM と呼ばれる新しいイノベーションを提示します。 Hermez zkEVM は、ゼロ知識証明の利用を通じて、送信者と受信者以外の全員からトランザクションの詳細を隠す個別のトランザクションを可能にします。 これには、個人の匿名金融取引を可能にしたり、組織の機密ビジネス取引を容易にしたりするなど、貴重な可能性が秘められています。

4. スクロール(タイプ-1):

Scroll は、イーサリアム ブロックチェーンにスケーラビリティとセキュリティの向上をもたらすことを目的とした分散型プロトコルを指します。 Scroll の主な特徴は、プライマリ ブロックチェーンのセキュリティを維持しながら、より高速かつ安価なトランザクションを可能にするレイヤー 2 スケーリング ソリューションの一種である zk-rollups の利用です。 

zk-rollup では、トランザクションはグループ化され、メイン ブロックチェーン上のスマート コントラクトによって検証されます。 これにより、メイン チェーンが各トランザクションを個別に検証するタスクから解放され、代わりにロールアップ コントラクトによって処理されるため、トランザクション スループットが大幅に向上します。

5. コンセンサスとインフラ (タイプ 2):

イーサリアム エコシステム内の XNUMX つの注目すべき企業である ConsenSys と Infura は、zkEVM として知られるイーサリアム仮想マシン (EVM) の新たなイテレーションで協力しています。 この取り組みの主な目的は、イーサリアムのスケーラビリティを強化することですが、これはプラットフォームが取り組んでいる大きなハードルです。

ConsenSys と Infura は、zkEVM をイーサリアムのメインネットに統合するために協力しており、ユニバーサルな使用を可能にしています。 この開発は、過去のスケーラビリティの問題に取り組むことで、イーサリアムにとって将来性をもたらします。 プロジェクトの具体的な詳細はまだ限られていますが、その実装アプローチと重要性は、開発者にとって魅力的なベンチャーとなっています。 ConsenSys のイーサリアムへの基礎的な貢献を考慮すると、zkEVM の実装が好ましい選択肢となる可能性があります。

最終的な考え

イーサリアムやその他のブロックチェーンは、複数のトランザクションと高額なガス料金に制限されていました。 zkEVM は、イーサリアム エクスペリエンスとその既存のインフラストラクチャを拡張性の高い低コストのレイヤー 2 ロールアップにもたらし、同時にオンチェーン証明を生成することで基盤となるセキュリティを維持します。 

イーサリアムは今後のプロトコルのアップグレードを通じてオンチェーンのスケーラビリティの実現に努めているため、これらのアップグレードの実装は、要求の厳しい要件や技術的な複雑さにより、大幅な遅延が発生することがよくあります。 その一方で、zkEVM などのレイヤー 2 ソリューションは、イーサリアムが直面する課題に積極的に対処し、スケーラビリティ、セキュリティ、スループット、分散化、機能強化という開発目標をサポートしています。

zkEVMs は、2023 年の最も著名なブロックチェーン ニッチの XNUMX つです。 プリマフェリシタス プロジェクトへの実装を支援し、スケーラビリティと比類のないパフォーマンスを向上させます。 

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