ZKコプロセッサ: Web3の信頼できる計算基盤を構築する

コンピュータ分野において、コプロセッサはCPUが他の複雑なタスクを処理するための補助処理ユニットを担当しています。例えば、GPUはCPUがグラフィックレンダリングなどのタスクを処理するための広く知られたコプロセッサの一種です。コプロセッサは、計算集約的で時間がかかるコードの一部をオフロードすることによってアプリケーションを加速します。このアーキテクチャは「異種」または「混合」計算と呼ばれます。

コプロセッサは、CPUがより柔軟で多様な部分を処理できるように、いくつかの複雑で単一のパフォーマンス要件または非常に高いパフォーマンス要件のコードを処理することができます。イーサリアムチェーン上では、アプリケーションの発展を妨げる2つの深刻な問題があります:

1. 高額なGas費用がオンチェーンアプリケーションの開発範囲を制限しています。ほとんどの契約コードは資産操作の周りで書かれており、複雑な操作には大量のGasが必要で、これはアプリケーションとユーザーの大規模な採用に対する深刻な障害です。

2. スマートコントラクトは最近の256ブロックデータのみアクセス可能です。将来のアップグレードにより、フルノードが過去のブロックデータを保存しなくなる可能性があり、データの欠如はデータに基づく革新的なアプリケーションの出現を制限します。

これは、計算とデータが新しい計算パラダイムの出現を制限していることを示しています。イーサリアムブロックチェーン自体は、大量の計算やデータ集約型タスクを処理するために設計されていません。これらのアプリケーションに対応するためには、コプロセッサを導入する必要があります。イーサリアムチェーン自体はCPUとして機能し、コプロセッサはGPUに似ています。チェーンは単純な資産データと操作を処理し、アプリケーションはコプロセッサを利用してデータや計算リソースを柔軟に使用できます。チェーン外計算の信頼性を保証するために、コプロセッサはほとんどがZK技術を基盤として開発されています。

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ZKコプロセッサの適用範囲は広く、ソーシャル、ゲーム、DeFi、リスク管理システム、オラクル、データストレージ、大規模モデルのトレーニング推論など、あらゆる実際のdappシーンをカバーできます。理論的には、Web2アプリケーションでできることは、ZKコプロセッサを使えばWeb3でも実現でき、最終的な決済レイヤーとしてEthereumがアプリケーションの安全性を保護します。

現在業界で比較的有名なコプロセッサープロジェクトは主に三つのカテゴリに分かれています: チェーン上データインデックス、オラクル、そしてZKML。General-ZKMプロジェクトはこれら三つのアプリケーションシーンを網羅しています。異なるプロジェクトはオフチェーンで動作する仮想マシンがそれぞれ異なり、DelphinusはzkWASMに特化し、Risc ZeroはRisc-Vアーキテクチャに特化しています。

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主流協処理器プロジェクト技術アーキテクチャ

リスクゼロ

Risc ZeroのZKコプロセッサはBonsaiと呼ばれ、ブロックチェーンに依存しないゼロ知識証明コンポーネントのセットです。その目的は汎用コプロセッサになることで、Risc-V命令セットアーキテクチャに基づき、さまざまなプログラミング言語をサポートします。主な機能は次の通りです:

1. 汎用zkVMは、ゼロ知識環境で任意の仮想マシンを実行できます。
2. どんなスマートコントラクトやチェーンにも統合可能なZK証明生成システム
3. 汎用ロールアップ、Bonsai上で証明された計算をチェーンに分散させる

その主なコンポーネントには次のものが含まれます:

• プルーバーネットワーク: ZK証明を受け入れ生成する
• リクエストプール: ユーザーの証明リクエストを保存する
• Rollupエンジン:証明結果を収集してパッケージ化し、メインネットにアップロードします
• 画像ハブ: ビジュアル開発者プラットフォーム、関数とアプリケーションを保存
• State Store:オフチェーン状態ストレージ
• プルーフマーケットプレイス: ZK証明算力市場

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ラグランジュ

Lagrangeの目標は、信頼を必要としないアプリケーションを開発するために、ブロックチェーン上の履歴データを含むコプロセッサと検証可能なデータベースを構築することです。主な機能:

1. 検証可能なデータベース: インデックスチェーン上のスマートコントラクトの状態
2. MapReduceの原理に基づく計算:データ分離と並列計算を使用

データベース設計は、契約ストレージデータ、EOAステータスデータ、およびブロックデータの三つの部分を含みます。SNARK/STARKの再帰的証明技術を採用しています。

ZKMR仮想マシンの計算は、MapとReduceの2つのステップを含み、小さな計算の証明を全体の計算の証明に組み合わせ、大規模な複雑な計算を効率的に拡張します。

実行プロセス:

1. 開発者契約はLagrangeに登録し、証明リクエストを提出します
2. Lagrangeはリクエストを並列小タスクに分解し、証明者に配布します。
3. プルーフネットワークはEigenLayerのリステーキング技術によって安全性が保証されています。

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###簡潔

Succinct Networkの目標は、プログラム可能な事実をブロックチェーン開発の各部分に統合することです。その特徴は:

• 様々なプログラミング言語をサポート
• 目標チェーンデータのインデックスを完成させる
• 市場がさまざまな証明システムと互換性があることを証明する

オフチェーンZKVMはSP(簡潔なプロセッサ)と呼ばれ、主な特徴は:

1. STARKsに基づく再帰的証明技術
2. SNARKsからSTARKsへのラッパーをサポート
3. センターにプリコンパイルされたzkVMアーキテクチャ

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コプロセッサープロジェクト比較

比較ディメンション:

1. データインデックス/同期機能
2. 採用されるZK技術ルート
3. 再帰証明をサポートしていますか
4. 証明システム設計
5. エコシステム協力の状況
6. ファイナンスとVCサポート

全体的に見ると、各プロジェクトの技術的なアプローチが類似しており、STARKsからSNARKsのラッパーを使用し、再帰をサポートし、証明者ネットワークを構築するなどしています。類似の技術的アプローチの下では、チームの能力とその背後にあるリソースのサポートが重要な差異点になる可能性があります。

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コプロセッサとLayer2の異同

Layer2とは異なり、コプロセッサはユーザーではなくアプリケーションを対象としています。コプロセッサはアクセラレーションコンポーネントまたはモジュール化コンポーネントとして機能し、適用シーンは次のとおりです:

1. ZK Layer2のオフチェーン仮想マシンコンポーネントとして
2. パブリックチェーンアプリケーションのオフチェーン計算能力のオフロード
3. クロスチェーン検証可能データのオラクル
4. クロスチェーンブリッジのメッセージ伝達

コプロセッサは、全チェーンのリアルタイム同期データと高性能・低コストの信頼できる計算の可能性をもたらし、多くのミドルウェアを再構築することができます。

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コプロセッサが直面する課題

1. 開発の難易度が高く、技術の学習曲線が急である
2. コースは初期段階であり、パフォーマンスの最適化が複雑です
3. ハードウェアなどの基盤インフラはまだ成熟していない
4. 技術的な道筋は似ており、画期的なリードを得るのは難しい

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まとめと展望

ZKコプロセッサはWeb3に"信頼しないで、確認せよ"という新しいパラダイムをもたらします。その応用範囲は広く、理論的にはあらゆるWeb2アプリケーションを実現できます。ZKコプロセッサの"大規模採用"の2つの重要な指標は、全チェーンのリアルタイム検証可能なデータベースと低コストのオフチェーン計算です。

ZK算力チップの実用化は、協力プロセッサの大規模商業化の前提です。次のサイクルではZK産業チェーンが商業化されると予想されており、現在は10億ユーザーのオンチェーンインタラクションを支える技術を構築するための重要なウィンドウ期間です。

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