ZK ロールアップ (ゼロ知識ロールアップ) とは何ですか?

定義とコアメカニズム

1. ZK ロールアップは、オフチェーンで複数のトランザクションをバンドルし、ゼロ知識簡潔な非対話型知識引数 (zk-SNARK) と呼ばれる単一の暗号証明をメインのイーサリアム ブロックチェーンに送信するレイヤー 2 スケーリング ソリューションです。

2. この証明は、基礎となるデータを明らかにすることなく、バンドルされたすべてのトランザクションが有効であることを暗号的に検証し、プライバシーを保護し、オンチェーンの計算負荷を軽減します。

3. デフォルトで有効性を想定し、チャレンジウィンドウ中の不正証明に依存する楽観的ロールアップとは異なり、ZK ロールアップは数学的検証を通じて事前に正しさを主張します。

4. メイン チェーンには、トランザクション呼び出しデータと zk-SNARK という最小限のデータのみが保存され、イーサリアムのセキュリティ保証を維持しながら高スループットが可能になります。

5. ZK ロールアップのすべての状態遷移には有効性の証明が伴います。これは、基礎となる暗号の健全性を超えて信頼性を仮定する必要がないことを意味します。

オンチェーンデータ公開戦略

1. ZK ロールアップは、送信者、受信者、金額、ノンスを含む圧縮されたトランザクション データをイーサリアムのコールデータ スペースにポストし、再構築と監査のためのデータの可用性を確保します。

2. このデータ公開により、オペレーターがオフラインになったり悪意のある行為を行ったりした場合でも、観察者はロールアップの状態の正確さを検証できます。

3. 圧縮技術により、呼び出しデータのサイズが大幅に削減されます。たとえば、単純な ERC-20 転送は、公開された形式では 100 バイト以上から 12 バイト未満に縮小する可能性があります。

4. 投稿されたデータにはプルーフの生成に使用されるプライベート入力は含まれていないため、アプリケーション ロジックで必要な場合にはユーザーの機密性が維持されます。

5. イーサリアム上のロールアップ コントラクトは、最新の状態ルートに対して受信プルーフを検証し、検証が成功した場合にのみ更新します。

証明者のインフラストラクチャと計算上のトレードオフ

1. zk-SNARK の生成には、特にトランザクション タイプやスマート コントラクト機能に応じて回路の複雑さが増すため、かなりの計算リソースが必要になります。

2. 証明者は集中型または分散型の場合があります。現在、多くのライブ デプロイメントは、遅延とコストの制約により、信頼できるハードウェアまたは許可された証明者に依存しています。

3. 再帰的証明 (1 つの証明が別の証明の有効性を証明する) は、バッチ証明をより効率的に行い、検証ガスのコストを削減するためにますます採用されています。

4. RISC Zero や Cairo などの STARK フレンドリーな仮想マシンの進歩により、プログラマビリティが拡張され、開発者は生の制約システムの代わりに高級言語を使用して回路を作成できるようになりました。

5. GPU と FPGA を使用したハードウェア アクセラレーションは、証明生成時間を数分から数秒に短縮することを目指している証明者オペレーターの間で一般的になりつつあります。

セキュリティモデルへの影響

1. ZK ロールアップのファイナリティは証明受理後すぐに確定するため、楽観的ロールアップにありがちな 7 日間の出金遅延が解消されます。

2. セキュリティ モデルは、離散対数や衝突耐性など、基礎となる暗号の前提条件の硬さと回路実装の正確さに全面的に依存しています。

3. 回路ロジックまたはコンパイラ ツールチェーンのバグにより、無効な証明が受け入れられる可能性があるため、回路の正式な検証が重要なエンジニアリング手法となります。

4. 結合サイズやチャレンジのタイミングが安全性に影響を与える不正防止ベースの設計とは異なり、システムを保護するために経済的インセンティブやスラッシュメカニズムは必要ありません。

5.悪意のある証明者が間違っているが一見正当であるように見える zk-SNARK を構築した場合、イーサリアム検証者コントラクトはそれを完全に拒否します。検出されずに資金が盗まれたり、流用されたりすることはありません。

よくある質問

Q: ZK ロールアップは任意のスマート コントラクトをサポートできますか? A: はい、ただし制約があります。 zkSync Era や Starknet などのプラットフォームは、Solidity または他の言語を検証可能な回路にコンパイルするカスタム VM (zkEVM、Cairo など) を使用します。 EVM の完全な同等性は依然として開発の活発な領域です。

Q: 一部の ZK ロールアップでは依然として集中型シーケンサーが必要なのはなぜですか? A: シーケンス処理には、証明する前にトランザクションを順序付けることが含まれます。この層を分散化すると、調整のオーバーヘッドと遅延の問題が生じます。多くのプロジェクトは、稼働性と低料金を第一に優先し、メインネット後の安定性を確保したシーケンサーの分散化を計画しています。

Q: イーサリアムのコールデータコストは ZK ロールアップのボトルネックですか? A: それは重要な要素です。圧縮を行ったとしても、大きなバッチを頻繁に投稿するとガスの使用量に影響します。 EIP-4844 では、このコストを下げるために proto-danksharding が導入されており、現在のクライアント実装にはさらなる呼び出しデータの最適化が組み込まれています。

Q: ZK ロールアップはアカウントの抽象化とウォレットの回復をどのように処理しますか? A: 彼らはイーサリアムのアカウントモデルを継承していますが、スマートコントラクトウォレットを介してそれを拡張しています。リカバリメカニズムは、ロールアッププロトコル自体ではなく、ウォレットのロジックに依存し、展開されたアカウント契約で許可されているソーシャルリカバリ、マルチシグ、またはタイムロックアップグレードを可能にします。