ブロックチェーンの初期は興奮に満ちていました。しかし、より多くの人々がそれを使用し、取引量が急増するにつれて、重大な問題が浮上しました: スケーラビリティ。スケーラビリティの問題に加えて、セキュリティや分散化などの他の問題もありました。この「ブロックチェーントライレンマ」と呼ばれる挑戦は、すべての3つの属性を同時に達成することは困難であると示唆しています。

ビットコインは最初のブロックチェーンで、わずか数トランザクションしか処理できませんでした。イーサリアムもそれほど良くありませんでした。これにより、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させるソリューションへの需要が高まりました。

この需要がZKプルーフを生み出しました。

ZK Proofs as a Scaling Solution

「ゼロ知識」は、Shafi Goldwasser、Silvio Micali、およびCharles Rackoffによる1985年の論文で初めて紹介されました。インタラクティブ証明システムの知識の複雑さこの論文は、仮想通貨が存在する前にゼロ知識証明を説明しました。

論文によると、

ゼロ知識証明は、1つの当事者（証明者）が、その特定の文が真であること以外の追加情報を明かさずに、他の当事者（検証者）にその文が真であることを証明する方法です。

言い換えれば、ゼロ知識の原則は、主張が真実であること以外の追加の知識が証明者から検証者に伝達されないことを保証します。

ZK証明の概念を説明するための古典的なアナロジーは、「アリババの洞窟」です：

シナリオ：2つのパス、AとB、がループを形成し、ロックされた扉で出会う洞窗があります。ジェーン（証明者）は扉を開く秘密のコードを知っており、ポール（検証者）はコードを自分で学ぶことなく、ジェーンがコードを知っていると納得させたいと思っています。

プロセス:

1. ジェーンは洞窟に入り、ランダムにパスAまたはBのいずれかを選択します。

2. ポールは外で待っていますが、ジェーンがどの道を選んだかわかりません。

ソース: マイティブロック

1. ポールはその後、洞窟に入り、ジェーンに戻ってほしい道（AまたはB）を呼びかけます。

2. ジェーンがコードを知っている場合、彼女はドアを開けて選択した道を通って戻ることができます。

3. このプロセス（1–5）は、ジェーンが偶然正しく推測しているだけでないことを確認するために複数回繰り返されます。

繰り返し多くの後、ジェーンが常に正しい経路をたどって戻ってくる場合、ポールは、自分でコードを学んだことがなくても、ジェーンがコードを知っていると確信できます。

ZKプルーフは、プライバシーとセキュリティを確保し、機密情報を他人に開示せずにその信頼性を検証することを目的としています。簡単に言えば、ZKプルーフは重要なデータを安全に保ちながら、詳細を明らかにせずにその正当性を証明するのに役立ちます。

ZK証明の概念は、ZKロールアップやZK圧縮などのさまざまな高度な暗号技術やアプリケーションの開発も生み出しました。

2018年、匿名のBarry WhitehatがGitHubリポジトリ「roll_up」をアップロードし、ロールアップのアイデアを紹介しました。その後すぐ、イーサリアムの創設者であるVitalik Buterinがこのコンセプトをさらに進化させ、zk-Rollupsを考案しました。

Zk-Rollups、ゼロ知識ロールアップの略称は、イーサリアムのメインネットのパフォーマンスをスケーリングアップするために設計されたレイヤー2のスケーリングソリューションです。これは、計算と状態のストレージをオフチェーンに移動することで行います。

Layer-2は、スケーラビリティ、スピードを向上させ、取引手数料を削減するためにブロックチェーンの上に構築されたセカンダリープロトコルです。

6月21日、SolanaベースのプライバシーレイヤーであるLight Protocol、アナウンスされましたそれは、新しい「ZK圧縮」スケーリングソリューションのテストネットを立ち上げるために、Solana開発チームとHelius Labsと提携したことを発表し、オンチェーンの計算コストを大幅に削減する手段としています。

zk-Rollupsとzk-Compressionはゼロ知識証明の力を活用してブロックチェーン技術を最適化しますが、異なる目的で異なる方法で実装されています。

それにもかかわらず、イーサリアムとソラナコミュニティからは、どちらがより優れているかに関する議論や批判が続いています。

例えば、ETHコミュニティのメンバー呼ばれたZK圧縮「もう1つのL2」。

この後応答ヘリウスラボのCEOであるMertからのツイートに対し、ソラナコミュニティは創造的なディス動画を作成してイーサリアムを狙い撃ちしました。

ザ ビデオビデオでは、医師が「ETH Maximysis（イーサリアム マキシマイシス）」患者を治療しているのが特集されています。ビデオの一節には、次のように述べられています。

「ETH Maxisが直面する一般的な反応です。彼らは別のレイヤーなしでは機能しません。レイヤー3！レイヤー4！」

これらのブロックチェーン間の継続的な競争は明白です。したがって、この記事はそれぞれのスケーラビリティソリューションの明確で包括的な比較を提供し、それぞれのユニークな特徴、違い、実用例を強調することを目的としています。

ZKロールアップとは何ですか？

その核心で、ZKロールアップは、ブロックチェーンネットワークの効率と拡張性を向上させるために設計されたレイヤー2のスケーリングソリューションです。

アイデアはシンプルです：各トランザクションを直接メインブロックチェーンで処理する代わりに、ZK-Rollupsは複数のトランザクションを1つの証明にまとめます。この統合された証明は、その後ブロックチェーンに提出され検証されます。

ソース:データウォレット

このアプローチは、ネットワークが特定の期間内に処理できる取引数（トランザクションスループット）を大幅に増やすことができますが、ネットワークのセキュリティを損なうことなく行います。

これを適切に把握するには、

コンサートの開催を想像してみてください。混雑や遅延を引き起こす可能性がある狭いゲート（メインブロックチェーン）を一人ずつ入場させるのではなく、参加者のグループが一緒に検証されるシステムを実装します。各グループは、グループ内の全員が適切にチェックされ入場許可を受けたことを証明する単一のチケットを持っています。こうすることで、入口の混雑を減らすことでセキュリティと効率を維持します。

ZKロールアップは、取引をオフチェーンで処理し、ZK-SNARKやZK-STARKなどの高度な暗号技術で保護することでスケーラビリティを向上させます。これにより、取引が有効でありプライベートであることが保証され、ユーザーの全体的な効率とセキュリティが向上します。

zk-SNARKsは、簡潔な証明（つまり、証明のサイズが短く、効率的に検証できる）を提供するzk証明です。証明のサイズと検証時間が重要なアプリケーションに適しています。

zk-STARKsは、より大規模で複雑な証明を可能にするzk証明であり、大規模な財務監査、データプライバシー、および計算の検証などのアプリケーションに適しています。

ZKロールアップは、イーサリアムのようなブロックチェーンネットワーク向けの完璧なスケーリングソリューションです。トランザクションをオフチェーンでバッチに集約し、直接イーサリアムに送信されるデータ量を削減します。

ZKロールアップがイーサリアム上でどのように動作するか

ZK-rollupsは、暗号技術を活用して取引をオフチェーンで集約および検証し、それによってイーサリアムブロックチェーンのスケーラビリティを向上させ、コストを削減します。

ソース: メープルブロック

ZK-rollupsの動作のステップバイステップの説明はこちらです:

1. トランザクションの集約：これには、ユーザーが署名してトランザクションをZK-Rollupオペレーター（シーケンサー）に提出し、それらをバッチに集約する作業が含まれます。
2. オフチェーン処理：取引は、Ethereumメインネット（Layer 1）の外でオフチェーンで処理されます。
3. ステート更新: トランザクションのバッチを処理した後、ZK-Rollup オペレーターは、ロールアップの状態に対して新しいステートルートを計算します。
4. 正当性証明：その後、ZK-Rollupオペレータは正当性証明を生成し、バッチ内のすべての取引が正しく実行され、プロトコルのルールに従っていることを確認します。
5. オンチェーン検証：ZK-Rollupオペレーターは、妥当性証明と新しいステートルートをロールアップ契約と呼ばれるオンチェーンのイーサリアムスマートコントラクトに提出し、その契約は検証して状態を更新します。
6. ユーザーインタラクション：ユーザーは、イーサリアムメインネット上のロールアップ契約にトークンを預け入れ、ロールアップ内で取引を開始し、必要に応じてメインネットにトークンを引き出すことで、ZKロールアップとやり取りします。
7. 出口メカニズム：ZK Rollupからイーサリアムメインネットにトークンを引き出すために、ユーザーは、ロールアップのステート内でのトークン所有権を確認するMerkle証明を提出して引き出しリクエストを行います。ロールアップ契約による検証後、トークンはユーザーのイーサリアムアドレスに送金されます。

ZKロールアップのメリット

ZKロールアップの利点のいくつかは次のとおりです。

1. スケーラビリティの向上：zk-rollupsは多くの取引を1つのバッチにまとめることで、1秒あたり数千件の取引（TPS）を処理でき、ベースレイヤーと比較してスループットが大幅に向上します。
2. 手数料削減：トランザクションごとのコストが削減されます。ガス手数料はロールアップバッチ内の多くのトランザクションに分散されるため、ユーザーにとってより経済的です。
3. イーサリアムレベルのセキュリティ：zk-rollupsは、オフチェーン取引の妥当性を確保するために、証明（zk-SNARKs）をイーサリアムに投稿するため、イーサリアムメインチェーンのセキュリティを継承します。
4. データロードの削減：zk-rollupsは、要約された証拠のみをメインチェーンに投稿することで、イーサリアムブロックチェーンで処理および保存する必要があるデータ量を大幅に削減します。
5. 高度なプライバシー: zk-rollups は改良されたプライバシー機能を提供できます。ゼロ知識証明はトランザクションの詳細を隠しながらその正当性を証明できるため、公開ブロックチェーン上でのプライベートトランザクションを可能にします。

ZKロールアップのデメリット

ZKロールアップには多くの利点がありますが、欠点や課題もあります。

ここにいくつかの欠点があります:

1. 複雑さ：ZKロールアップは技術的に複雑であり、実装および維持に特化した知識が必要です。
2. データの利用可能性：状態を再構築するために必要なデータがチェーン上で利用可能であることは重要です。データが利用できないと、ロールアップの状態を検証および再構築する能力が妨げられる可能性があります。また、zk-ロールアップはしばしばオフチェーンのデータストレージに依存しており、データが失われたりアクセスできなくなった場合にリスクが発生することがあります。
3. 計算コスト: ゼロ知識証明（zk-SNARKs）の生成は計算量が多く、かなりの処理能力が必要です。
4. 中央集権リスク：証明インフラが少数のエンティティによって制御されている場合、依然として中央集権リスクが存在する可能性があります。

ZKロールアップの現在のユースケース

新しいZKロールアッププロジェクトが毎日登場しています。以下はいくつかのZK-Rollupプロジェクトです。

ソース:モラリス

プロジェクトのようなスタークウェア（許可されたスケーリングL2を開発し、カスタマイズされたもの）,アステカネットワーク（zkSNARKsを使用したブロックチェーン暗号化の構築）アルジャン（zkSyncと統合された非管理型ウォレット）イミュータブル X（NFTの鋳造および取引プラットフォーム）およびループリング（イーサリアム上のzk-rollup取引および支払いプロトコル）はすべてZK Rollupsを使用しています。

ZKロールアップが使用されるさまざまな方法は次のとおりです:

1. 分散型金融（DeFi）：ユーザーが低いガスコストで貸借りや取引を行うのを支援します。
2. 分散型取引所（DEX）：プライバシーを向上させながら、より迅速かつ費用対効果の高いトークンスワップを可能にします。
3. ゲームやNFTにおいて：デジタルプラットフォーム全体でユーザーエンゲージメントを向上させ、スケーラブルなゲーム内経済と活気あるNFTマーケットを支えます。
4. 支払いにおいて：高速で低コストなマイクロトランザクションや国境を越えた支払いを容易にします。

ZK Compressionとは何ですか？

ZK圧縮は、プリミティブであり、作成され、ローンチされたものですライトプロトコルそしてヘリウスラボ. ゼロ知識証明と圧縮を使用して、オンチェーンコストを削減し、オンチェーンに保存されるデータ量とそれによってソラナにかかる計算需要を最小限に抑えます。

プリミティブは、上位レベルの暗号アルゴリズムによって基礎または構築ブロックとして使用される低レベルの暗号アルゴリズムです。

ZK圧縮をよりよく理解するためには、Solanaの独自のアーキテクチャとその直面する課題を理解することが重要です。

Solanaでの「アカウント」の理解

イーサリアムとは異なり、スマートコントラクトとデータが密接に結び付いているところに対し、Solanaはデータが別々の「アカウント」に保存されるモデルを採用しています。これらのアカウントには実行可能なコードからトークンの残高までさまざまなものが含まれています。

Solanaのすべてはアカウントです。

このモデルはSolanaの高性能と並列処理を実現していますが、その代わりに、バリデータはすべてのアクティブなアカウントを高速アクセスメモリ（RAM）に保持する必要があり、これは費用がかかります。

悪用を防ぐため、およびバリデーターに補償を行うため、Solanaは「レンタル」システムを実装しており、ユーザーはアカウントをアクティブに保つためにSOLトークンをロックする必要があります。レンタル料は格納されたデータのサイズに直接リンクしています。

Source: 0XMert’s 𝕏

Solanaが人気を博するにつれて、これらのアカウントを作成および維持するコストが拡大の障壁となり、解決策が必要となりました - ZK Compression。

ZK圧縮の登場により、新しいSolanaアカウントを作成するコストは大幅に低下し、おそらく「桁違い」になる可能性があります。

ものが「桁違いに安くなる」とは、かかる費用や労力が劇的に減少し、通常、前回の金額と比較して10倍以上安くなることを意味します。

これにより、保持し、追跡する暗号残高（トークンアカウントとも呼ばれる）を保持する100の圧縮ユーザーアカウントの作成コストは、100の通常のトークンアカウントを作成するコストの5000倍安くなります。

これを考えてみてください。圧縮とは、何かを圧縮して、より少ないスペースを占めるようにすることです。ZK圧縮は、この原則を適用します。ここでの「ZK」は、圧縮されたデータのプライバシーが損なわれないことを示しています。

基本的に、ZK圧縮は圧縮されたデータの「指紋」（ハッシュ）のみをチェーン上に保存します。このアプローチにより、ストレージコストを削減しながらデータプライバシーを保護します。

競合他社の主張に反して、ZK CompressionはSolana上のレイヤー2チェーンではなく、Solanaのデータストレージを改善し、開発者のコストを大幅に削減するためのアップグレードです。

ソラナ上でZK圧縮がどのように動作するか

ZK Compressionは、開発者が複数のアカウント状態を1つのオンチェーンアカウントに圧縮できるようにすることで、この課題に直面します。

ソース: 0xSumanth’s 𝕏

こちらがその動作方法です:

1. アカウントの圧縮：複数のアカウント状態が再帰的に結合され、コンパクトな32バイトの「ステートルート」にハッシュされます。
2. オンチェーンとオフチェーンのストレージ：状態ツリーはデータを階層構造に整理するバイナリMerkleツリーであり、データの整合性を効率的に検証することが可能です。この状態ルートはオンチェーンに保存されますが、完全なアカウントデータはSolana台帳のオフチェーンに保存されます。
3. 検証証明：簡潔なゼロ知識証明が、状態ツリー内の複数の圧縮されたアカウントの存在を確認し、一定の128バイトのサイズを維持します。トランザクションが圧縮されたデータにアクセスまたは変更が必要な場合、データがオンチェーンの状態ルートに対応していることを証明します。
4. 検証：証拠はチェーン上で検証され、有効であれば取引を進めることができます。

この鍵となる革新は、このプロセスで使用されるMerkle証明を圧縮するために、ゼロ知識証明、具体的にはSNARK（簡潔で非対話型の知識の議論）を使用している点にあります。

ソース: 0xMert’s 𝕏

この圧縮により、ポテンシャルには数百バイトになる可能性がある証明のサイズが、圧縮されるアカウントの数に関係なく、一定の128バイトに削減されます。

この劇的なデータサイズの削減により、開発者は、1つのトランザクションで複数の圧縮されたアカウントとやり取りしながら、Solanaのトランザクションサイズ制限内で作業することが可能となります。

Solanaブロックチェーン上のZK圧縮の利点

これらはソラナエコシステムにおけるZK圧縮の利点です:

1. エネルギー効率: ストレージと計算要件の削減は、操作に関連するエネルギー消費を減らします。
2. スケーラビリティ：Solanaのデータ圧縮により、アプリケーションや取引のボリュームが増加し、全体的なスケーラビリティが向上します。
3. レイヤー1のセキュリティを維持します：レイヤー2ソリューションとは異なり、圧縮されたデータはSolanaのメインチェーンの完全なセキュリティ上の利点を保持します。
4. オールインワン環境：開発者は1つの環境内でアプリケーションを構築および展開することができ、レイヤー間を橋渡しする必要がなくなり、構築プロセスが簡素化されます。
5. コスト削減：オンチェーンのストレージ要件を最小限に抑えることでデータストレージコストを削減します。
6. プログラム可能性：圧縮されたデータは、Solanaのスマートコントラクトと完全に互換性があり、その有用性とプログラム可能性を保持しています。

ソラナブロックチェーン上のZK圧縮のデメリット

これらはソラナへのZK圧縮のデメリットです:

1. 計算複雑性：ゼロ知識証明の生成は計算量が多く、高コストやパフォーマンスの低下につながる可能性があります。
2. 実装の課題：ZK圧縮の開発と実装には、暗号技術の専門知識が必要です。
3. スケーラビリティの問題：ZK 圧縮はスケーラビリティを向上させることを目指していますが、計算要件は時々これらの利点を相殺することがあります、特にリソースが制約された環境では。
4. 検証オーバーヘッド：ゼロ知識証明を検証することは、一般的に生成するよりもリソースを消費しますが、それでも計算リソースが必要です。場合によっては、これにより遅延が発生し、システム全体の効率に影響を与えることがあります。
5. 経済的コスト：高い計算要求は、エネルギー消費量と運用コストの増加につながります。これにより、ZK圧縮が特定のアプリケーションにとって経済的に実行可能でなくなる可能性があります。

ZK圧縮の使用事例

zk圧縮の可能なユースケースのいくつかを紹介します:

1. DeFiアプリケーション：Solana上のDeFiプロトコルは、Jupiter Exchange手数料を削減し、取引時間を短縮するためにZK圧縮を利用することができます。
2. マイクロペイメント：マイクロペイメントソリューションなどコード, zk圧縮は、多くの小規模取引に対するオンチェーンのストレージ要件を削減することにより、Solanaネットワーク上で支払いをより費用対効果の高く持続可能なものにします。
3. 分散ネットワーク：Gate.ioなどのプロトコルヘリウム, which provide decentralized wireless networks, cater to millions of users and devices. ZK compression plays a vital role in managing the vast amount of data generated by these networks without the need for intricate Layer 2 solutions.
4. ゲーム：ZK圧縮は、などのゲームでストレージコストを最適化できますHoneylandすべてのゲームアセット、ゲーム内アイテム、およびNFTメタデータのコストが低くなり、それにより全体的なユーザーエクスペリエンスが向上します。

TL;DR：ZKロールアップとZK圧縮の比較

類似点

1. Zero-Knowledge Proofsの使用：両方のソリューションは、ゼロ知識証明を活用して、チェーン外で取引を検証および保護します。
2. スケーラビリティの向上：彼らは、オンチェーンのトランザクション処理とデータストレージを削減することで、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させることを目指しています。
3. Layer-2 Solutions: 両方とも、それぞれのブロックチェーンの上に構築されたレイヤー2のスケーリングソリューションと見なされ、取引スループットを増やしコストを削減します。

違い

1. ブロックチェーンプラットフォーム：ZKロールアップはEthereumで動作し、ZK圧縮はSolanaで実装されています。
2. 主な焦点：ZKロールアップは、スケーラビリティを向上させるためにオフチェーンでトランザクションを集約および処理するのに焦点を当てていますが、ZK圧縮は主にデータ圧縮を通じてオンチェーンのストレージコストを削減することを目的としています。
3. 実装アプローチ：ZKロールアップは、複数のトランザクションを1つの証明にバンドルして、イーサリアムのメインチェーンに提出します。一方、ZK圧縮は、複数のアカウント状態を1つのオンチェーンアカウントに圧縮します。
4. Proof Size: ZK Rollupsはzk-SNARKsまたはzk-STARKsを使用して簡潔な証明を生成し、ZK Compressionはzk-SNARKsを使用してMerkle証明を定数サイズに圧縮します。
5. トランザクション処理：ZKロールアップはオフチェーンでトランザクションを処理し、定期的に証明をイーサリアムに提出します。一方、ZK圧縮は圧縮されたアカウントデータをオンチェーンで処理し、ゼロ知識証明を使用して検証します。

ユースケース

ZKロールアップの現在の使用事例

1. DeFiアプリケーション：取引手数料を削減し、取引スピードを向上させることで、分散型金融プロトコルを強化します。
2. 分散型取引所（DEXs）：プライバシーを維持しながら効率的なトークンスワップを容易にします。
3. ゲーム：スケーラブルなインゲーム経済とNFTマーケットプレイスを低コストでサポートします。
4. 支払い：高速で低コストなマイクロ取引や国境を越えた支払いを可能にします。

ZK圧縮の潜在的な使用事例

1. DeFiアプリケーション：Solana上のDeFiプロトコルの手数料を削減し、取引を高速化します。
2. マイクロペイメント：オンチェーンストレージを最小限に抑えることで、小口取引をよりコスト効果的かつ持続可能にします。
3. 分散ネットワーク：分散ワイヤレスネットワークおよびIoTアプリケーションの大容量データを効率的に管理します。
4. ゲーム：ゲームアセットとNFTメタデータのストレージコストを最適化し、ユーザーエクスペリエンスを向上させます。

私の正直な意見

Eth Maximysisに苦しんでいるか、私のようにSolanaの信者であるかどうかは重要ではなく、重要なのは与えられた時点で自分のニーズに合ったブロックチェーンを使用することです。

ZKロールアップは、高いセキュリティを必要とするプロジェクトや、Ethereumの確立されたエコシステムから利益を得るプロジェクトに最適だと考えています。これらは、Ethereumの拡張を確実に行う方法を提供しながら、その分散型構造を維持します。

一方、ZK圧縮を使用することで、Solanaは、SOLの価格が上昇しても、遅れることなくより多くの取引を処理できます。そのため、私はSolana上のZK圧縮が、速度、パフォーマンス、コスト効率を重視するアプリケーションに最適だと考えています。

ソラナの高性能でコスト効率の良い分散型アプリケーション（dApps）のサポート能力は、ブロックチェーン技術の普及にとって、スピードとコストが重要であるため、未来志向の魅力を持っています。

最終的に、ZK RollupsとZK圧縮の両方が取引をより迅速で安価にし、それによってスケーラブル性を高めるのに役立つかもしれません。

参考文献

S. Goldwasser、S. Micali、およびC. Rackoff、1985年。インタラクティブ証明システムの知識複雑性”

Helius.dev

zk圧縮

コインテレグラフ

イーサリアム.org

テクノロジー用語辞典

ソラナコンパス.com

免責事項：

1. この記事は再掲載されました@thelxlxan/scaling-solutions-zk-rollups-on-ethereum-vs-zk-compression-on-solana-3f0386c09007">[Lilian], すべての著作権は元の作者に帰属します[Lilian]. もしこの転載に異議がある場合は、お問い合わせください。ゲート レアンチームが promptly で対処します。
2. 責任の免責事項：この記事で表現されている意見は、著者個人のものであり、投資アドバイスを構成するものではありません。
3. 他の言語への記事の翻訳は、Gate Learnチームによって行われます。特に言及がない限り、翻訳された記事のコピー、配布、または盗用は禁止されています。