リアルタイムプルーフからネイティブロールアップへ：ZKが推進するイーサリアムスケーリングの最終段階

アンドリュー・フェントン

編集者: imToken

編集者注：イーサリアムは10,000TPSというスケーラビリティの新たな時代へと向かっており、ゼロ知識証明（ZK）技術が重要な原動力となりつつあります。この記事は「イーサリアム10,000TPSロードマップ」の第2弾であり、リアルタイム証明の技術的難しさ、証明者の参加ロジック、L1スイッチ時のセキュリティ上の課題、そして「ネイティブロールアップ」がどのようにしてZKスケーラビリティの究極の形となるのかに焦点を当てています。

ZK 化がイーサリアムの技術的再構築の出発点であるならば、「リアルタイム証明」と「ネイティブ ロールアップ」はこの拡張革命の中核的な実装リンクです。

この記事では、Ethereum メインネットで 12 秒の ZK リアルタイム証明を実現する方法、証明者になるためのハードウェアしきい値とインセンティブ メカニズム、ネイティブ Rollup が Ethereum L2 の状況をどのように書き換えるかについて詳しく説明します。

01 リアルタイム証明：イーサリアムのスケーリングの鍵

イーサリアムの 10,000 TPS へのロードマップには、リアルタイム証明という欠かせない技術的進歩があります。

Succinctの共同創設者Uma Roy氏は次のように説明した。「リアルタイム証明とは、イーサリアムメインネット上のブロックのZK証明生成プロセスを12秒以内に完了する能力を指します。」

これは何を意味するのでしょうか？リアルタイム証明が実現すれば、イーサリアムはブロック検証ロジックをプロトコル自体に組み込み、検証可能性を犠牲にすることなくガス制限をほぼ「任意に」増加させることができるようになり、L1の大幅な拡張が可能になります（編集者注：イーサリアムメインネット上の各ブロックの生成時間は12秒であるため、「リアルタイム」とは各ブロックサイクル内で証明が完了することを意味します）。

ただし、リアルタイム証明を実現するには、zkVM テクノロジだけでは不十分であり、Ethereum プロトコル層への変更も必要です。

イーサリアム財団のラディスラウス氏は、来年のグラムスターダムアップグレードで「ブロック検証と即時実行の分離」という重要なメカニズムが導入される予定であると指摘し、これにより、証明者は完全なスロット内でzkEVM証明を生成するための時間をより多く得られ、真のリアルタイム処理が実現されると述べた。

技術的な実装の面では、Succinct は最新の SP1 Hypercube zkVM をリリースしました。これは、200 個の GPU のクラスター上で 10,000 個のメインネット ブロックの 93% の証明をリアルタイムで生成できます。

ロイ氏は、年末までにこの成功率を99%まで引き上げられると自信を示した。一部の難しいブロックでは、ごく少数のブロックで証明を生成できない可能性もあるが、プロトコル設計にはフォールトトレランス機構が組み込まれており、そのようなブロックをスキップして次のブロックに進むことも可能だ。

さらに、イーサリアムはブロック時間を 12 秒から 6 秒に短縮することを検討しており (Glamsterdam の別の潜在的な提案として)、これによりユーザー エクスペリエンスとトランザクションの確認速度が大幅に向上しますが、これにより ZK Prover にさらなるプレッシャーがかかります。証明者にとってはタスクの難易度が 2 倍になるからです。

しかし、ロイ氏は心配していない。ZK技術の性能は毎年10倍向上するため、ブロック生成時間が半分になっても対応できるからだ。

6月には、Lineaはネットワーク上のオンチェーンアクティビティの100%がZK証明でカバーされていると発表しました。Lineaの現在のTPSはわずか2ですが、これはパフォーマンスの制限ではなく、利用ニーズによって制限されています。

6月には、Lineaはネットワーク上のオンチェーンアクティビティの100%がZK証明でカバーされていると発表しました。Lineaの現在のTPSはわずか2ですが、これはパフォーマンスの制限ではなく、利用ニーズによって制限されています。

注目すべきは、Lineaのブロック生成間隔がわずか2秒であること、そしてZK証明がスマートコントラクトによる検証のためにEthereum L1にアップロードされることです。このモデルは、将来のメインネットにおける「ZK化」の先駆けとなる可能性があります。

02 Ethereum ZK 証明器のハードウェアのしきい値は高いですか?

ZK 証明をリアルタイムで生成するには、強力なコンピューティング リソースが必要です。

Ethereum Foundation の Prover に対する当初の技術目標は、ハードウェア コストを 10 万ドル以下に抑え、消費電力を 10 キロワット以下に抑えることです。これは、Tesla Powerwall の家庭用バッテリーの消費電力とほぼ同等です。

この数字は全く「軽い」ようには聞こえません。イーサリアム評論家のジャスティン・ボンズ氏（サイバーキャピタルの創設者）は、これを「Solanaのバリデータノードをはるかに超える、とんでもないハードウェア要件」と呼びましたが、実際には全く異なる2つの役割を混同しています。

イーサリアム財団プロトコルコーディネーションチームのラディスラウス氏は、証明者とバリデータは異なる役割を担っており、混同すべきではないと指摘しました。バリデータはノードを運用し、コンセンサスに参加しますが、証明者の仕事はZK証明を生成することです。トランザクションのZK証明が正しく生成されると、ネットワークは証明が正しいかどうかを検証するだけでよく、トランザクションを再実行する必要はありません。

そのため、ラディスラウス氏は「ハードウェア要件を満たす誠実な証明者が見つかる限り、イーサリアムは安全に運用し続けることができます。私たちは意図的に閾値をデータセンターより低く設定しています。大規模な機関やデータセンターでなくても、技術力のある個人開発者であれば誰でも自宅で証明者を運用できます」と楽観的な見方を示した。

現在、この10万ドルのハードウェア構成は初期目標に過ぎません。イーサリアム財団の研究者であるソフィア・ゴールド氏は、今年11月に開催されるDevconnect Argentina開発者会議までに、主流のProverがこの基準を満たすと予測しています。

Succinct の共同設立者であるロイ氏は、来年初めまでに GPU 要件を約 16 枚のグラフィック カードにまで削減し、総コストを 10,000 ドルから 30,000 ドルの範囲に抑えることができると予想しています。

同時に、Succinct はテスト ネットワーク上に「数百の証明者」で構成される分散型ネットワークを構築し、合計で数百万の証明を生成しました。

このシステムの中核となるロジックは競争的証明です。つまり、すべての証明者が入札に参加し、各ラウンドで勝者が選出され、ZK証明を実行します。より短い時間とより低いコストで参加者が勝利できるようにすることで、計算能力の入札メカニズムを形成することが目標です。

これは、ZK によって駆動されるイーサリアムの将来において、マイナーの精神が別の形で再び現れることを意味します。ただし、マイナーの役割はブロックの計算から証明の計算に変わります。

03 メインネットがZKアーキテクチャに移行：困難なシステム移行

イーサリアムL1メインネットをゼロ知識証明（ZK）アーキテクチャに切り替えることは、2022年のプルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行に続く、ほぼ同じレベルのもう1つの技術的課題です。プロセス全体では、プロトコル層の再構築が必要なだけでなく、ネットワークの中断を防ぐために、さまざまな潜在的なエッジシナリオとセキュリティリスクを慎重に検討する必要があります。

7月に開催されたEthProofsカンファレンスで、研究者のジャスティン・ドレイク氏はいくつかの潜在的なリスクを概説しました。例えば、悪意のある攻撃者がブロックにいわゆる「証明者キラー」を挿入し、ネットワーク全体の検証メカニズムを無効にする可能性があります。また、ネットワークアクティビティの急激な低下により、ZK証明の生成コストをカバーするのに十分な取引手数料が確保できず、ネットワークの持続可能性に影響を与える可能性があります。

イーサリアム財団プロトコルコーディネーションチームのラディスラウス氏は、移行プロセス全体には数年かかる可能性があり、特にセキュリティリスクには注意を払う必要があると述べました。ZK仮想マシン（zkVM）はまだ初期段階にある複雑な技術であり、様々な脆弱性が存在する可能性が非常に高いです。しかし、エコシステムが成熟するにつれて、多様な証明システム（証明多様性）、改善されたインセンティブメカニズム、そして形式検証の導入を通じて、イーサリアムL1における実現可能性と堅牢性は徐々に向上していくでしょう。

同時に、イーサリアムはコンセンサスレイヤーを根本的に再構築し、「ビームチェーン」と呼ばれる新しい構造を構築する予定です。その目標は、設計当初からZKに最適化され、ZKフレンドリーな設計を実現することです。ドレイク氏は、将来的にはイーサリアムのデータ検証作業全体が一般的なラップトップのCPUで完了できるようになるとさえ述べています。

04 メインネット「スナーク化」：ネイティブロールアップが登場

04 メインネット「スナーク化」：ネイティブロールアップが登場

Ethereum メインネットが zkEVM を統合する一方で、もう 1 つの長期ビジョンである Native Rollup が徐々に現れつつあります。

現在のロールアップ (Optimistic タイプまたは ZK タイプ) はすべて独立した証明システムを使用しており、そのセキュリティは独自のバリデータまたはソーター メカニズムに依存しており、ロールアップと Ethereum メインネットの間には特定の信頼の前提があります。

「ネイティブ Rollup」のビジョンはまったく異なります。zkEVM をメインネットに統合することで、Ethereum L1 バリデーターは Rollup の状態遷移証明を直接検証できるようになり、メインネットによって真に検証され、保護された L2 が実現します。

これには、イーサリアムL1クライアントにキーコード「execute precompile」を追加する必要があります。これにより、バリデータはL2によって生成されたZKステート転送証明を直接検証できるようになります。イーサリアム財団のプロトコルコーディネーターであるラディスラウス氏は、「L1バリデータはこれらのロールアップの実行証明を消費し、その正当性を検証します」と述べています。

つまり、ネイティブ ロールアップが実現すれば、将来的には、L1 で発生するトランザクションであっても、ネイティブ ロールアップで発生するトランザクションであっても、その最終的な決済とセキュリティは同じ Ethereum バリデーター グループによって保証され、信頼レベルはまったく同じになります。

つまり、ネイティブ ロールアップに 1,000 万ドルを入金することは、Ethereum メインネットに直接入金するのと同じくらい安全です。

LineaのプロジェクトリーダーであるDeclan Fox氏は、長期的な目標はネイティブRollupになることだと述べました。彼は、これはETH 2.0シャーディングソリューションの「アップグレード版」だと考えています。つまり、もはや同じ構造を持つ64個のシャードチェーンを厳密に運用するのではなく、高度にプログラミング可能でカスタマイズ可能な異種Rollupシステムを構築し、様々なシナリオやユーザーニーズに対応していくということです。

従来の ETH 2.0 の均質なシャーディング アーキテクチャとは異なり、ネイティブ Rollup は異種混合が可能であり、エンド ユーザーに、より多様で差別化されたアプリケーション エクスペリエンスを提供します。

ネイティブ Rollup はまだ Ethereum ロードマップに正式には組み込まれていませんが、zkEVM の正式リリースと L1 アーキテクチャの段階的な再構築により、そのためのインターフェースの事前設定と事前コンパイルされたロジックが明らかに予測可能な技術トレンドになっています。

ラディスラウス氏は、「イーサリアムは、EVMのスナーク化（つまり、ZK証明機能の統合）とネイティブロールアップの推進の間に高度な技術的相乗効果を持っています。なぜなら、両者は基盤となるZK技術スタックを共有しているからです」と結論付けました。もちろん、このプロセスはイーサリアムコミュニティのガバナンスを経て、EIP（イーサリアム改善提案）を形成し、最終的にはハードフォークで展開される必要があります。

すべてが順調に進み、楽観的であれば、関連する EIP は年末までに提出され、Glamsterdam アップグレード後のフォークで起動される可能性があります。

しかし、このスケジュールは依然として非常に不確実であり、慎重に検討する必要がある。