背景

4月10日、A16z Cryptoは、ゼロ知識ソリューションGateをリリースし、ブロックチェーンのスケーリング操作を加速し、簡素化することを発表しました。Gateは、開発者が迅速にGateベースのL2ソリューションを作成できるようにするSNARK（Succinct Non-interactive Argument of Knowledge）を統合しています。チームはまた、Gateが現在のzkVMよりも2倍速いことを述べました。ZK技術は、ZK-Rollupがイーサリアムのスケーラビリティの長期的な解決策としてVitalikによって歓迎されてきた中で、暗号業界の主要なトピックの1つとなっています。昨年8月にGateを発表して今年正式にリリースしたことは、ZK-Rollupが依然として努力が必要な長期的なトラックであることを示しています。ZK-Rollupは多くのプレイヤーを引きつけ、プロジェクト間の区別をより精緻な技術カテゴリに形成しています。EVMとの互換性は、最も代表的な分類基準です。

EVMは歴史的な理由から、多くのZKにとって非友好的な設計があります。しかし、多くの既存のプロジェクトは初期段階でEVM上に構築され、ZK-Rollupは未来のスケーラビリティソリューションとして見られています。そのため、ほとんどのZK-Rollupプロジェクトは自然に、EVMとの互換性を重視するか、ZKとの互換性を重視するかのトレードオフに直面しています。

Metis DAOによって育成されたZKMは、より基本的なアプローチを取り、普遍的なzkMIPSソリューションを提案しています。 zkMIPSは、より低レベルのMIPS命令セットを使用して、プログラム実行プロセスからZKPへの変換を実現しています。 EVMとの互換性に加えて、MoveVMやRustVMなどの他のVMとも互換性があり、ZK-Rollupがさまざまな開発者にドアを開くことができます。

この記事では、MetisのZKと分散型シーケンサーにおける取り組みと進捗について、読者に詳細な理解を提供します。

ZKMとハイブリッドロールアップ：OPとZKのブレンド

Metisの市場での注目すべきパフォーマンスは、詐欺証明と妥当性証明を組み合わせる革新的なハイブリッドロールアップメカニズムに切り離すことはできません。これにより、両方の利点を具現化しています。

ZKMのzkMIPS技術は、MetisのHybrid Rollupsに対する堅牢な互換性サポートを提供し、MetisがZKとEVMの有機的な統合を実現するのを可能にします。

2.1 ハイブリッドロールアップのメカニズムと利点

Hybrid Rollupsでは、重要な役割には、次のようなものがあります:

• シーケンサー：ユーザートランザクションの受信と処理、トランザクションの最適な順序の決定、およびコンセンサスおよびデータ可用性レイヤーへのリリースのためにトランザクションをパッケージ化する責任があります。
• 提案者：シーケンサーによって提出された取引と状態ルートを評価し、それらを状態コミットメントチェーン（SCC）に記録します。
• 検証者：ロールアップチェーン上のステートルートを検証して、取引の正確性を確認し、不正行為を防止します。

標準のL2ソリューションでは、シーケンサーがトランザクションを収集し処理し、その後トランザクションデータをEthereumメインネット（L1）に公開します。このプロセスには、セキュリティと一貫性を確保するために、L1による最終データの検証と確認が必要です。

ソース: https://mirror.xyz/msfew.eth/WQJaOcFkpTOZLns8MBQaCS4OepRoaZ7uoctnLAnalVw

ハイブリッド・ロールアップは、L2トランザクションの処理と最適化にハイブリッド・アプローチを取ります。具体的な手順は以下の通りです:

1. 取引の開始と処理：

• ユーザーはL2で取引を開始します。
• シーケンサーはこれらの取引を受信し、処理し、正規トランザクションチェーン（CTC）内でその順序を決定します。

1. ステータスの提出と検証：

• 提案者は取引を評価し、状態ルートをSCCに提出します。
• 検証者はSCC内の状態ルートを確認し、それが正確であることを確認します。

1. ゼロ知識証明の生成と検証：

• ProverはL1からデータを読み取り、ZKプルーフを生成します。これはHybrid Rollupsの重要な機能であり、システムが特定のトランザクション内容を明らかにせずにトランザクションの妥当性を検証できるようにします。
• ZKプルーフが生成されると、検証者は詐欺証拠プロセスを開始し、時間通りに提出されない場合はシーケンサーを処罰する可能性があります。

1. データとステータスの最終確認：

• ZKプルーフが検証されると、取引はスマートコントラクトを介して確定されます。
• L1とL2は、資金やステータスの安全な転送を確保するためにスマートコントラクトを介してブリッジされています。

ハイブリッドロールアップの設計にはいくつかの重要な利点があります:

• 効率とコスト効率：ZKプルーフを使用することで、ハイブリッドロールアップは、より多くのトランザクションを処理し、より少ないガスを消費することができます。
• 強化されたセキュリティ：従来の詐欺証明とZK証明を組み合わせることで、取引のセキュリティと正確性を保証することができ、潜在的な悪意のある行動に遭遇した場合でも保証されます。
• スケーラビリティ：再帰的な証明を使用することで、ハイブリッド・ロールアップはパフォーマンスを犠牲にすることなく大規模な取引を処理し、より広範囲のブロックチェーンアプリケーションをサポートできます。
• 互換性と柔軟性：複数のスマートコントラクトおよびプログラミング言語をサポートし、開発者が既存のアプリケーションをハイブリッドロールアップに簡単に移行できるようにします。

2.2 zkMIPSが素敵なZK互換性を実現する方法

ZKの核心アイデアは、プログラムの実行プロセスを数学的証明に変換し、誰もがプログラムの正確性を簡単に検証できるようにすることです。プログラムを繰り返さずにプログラムの実行の正確性を誰もが簡単に検証できるようにすることです。難しさは、任意のプログラムロジックを比較的安定した数学的証明に変換することにあります。

開発者は通常、プログラムを開発するために高水準言語を使用し、異なる高水準言語はハードウェアと"話す"ために異なる論理を使用します。

したがって、既存のZKプロジェクトの実装パスはしばしば互換性がないため、相互に衝突します。 ScrollはEVMの各オペコードに対して直接回路を記述し、オペコードレベルの同等性を達成するため、EVMを正確に反映しますが、膨大な工学量をもたらします。

Polygon zkEVMは最適化されたパフォーマンスを持つカスタムVMを作成し、EVMバイトコードを直接VMバイトコードに変換し、効率的にオペコードレベルの等価性を達成します。ただし、大量のカスタムコードの導入は、長期的にはEVMからの逸脱をもたらす可能性があります。

zkSyncは、そのVM（SyncVM）を作成し、レジスタに基づいて代数的中間表現（AIR）を定義し、その後、Yul（異なるEVMバージョンの単語にコンパイルできる中間言語）をコンパイルするための特殊なコンパイラを構築しました。セクションコード（低レベルのSolidityと見なされます）は、LLVM-IRにコンパイルされ、その後、カスタムVM用の命令にコンパイルされ、したがってSolidityレベルの互換性を実現しますが、既存のEthereumツールを直接使用することはできません。変換には再監査手続きが必要な場合もあります。

StarkNetはEVM互換性を放棄し、低水準言語（Cairo）を直接使用してカスタムスマートコントラクトVM（Cairo VM）を実行し、究極のZK効率を実現します。

上記のプロジェクトのソリューションと比較して、ZKMはより包括的な道を選択しました：zkMIPS。

MIPSは、1985年に始まった単純に設計されたマイクロプロセッサ命令セットで、「Interlocked Pipeline Stagesなしのマイクロプロセッサ」を表します。

MIPSの基本原則は、複雑なマイクロプロセッサの命令を最も基本的な形に簡略化することであり、これにより処理速度が向上し、プログラムの実行の複雑さが軽減されます。

zkMIPSシステムでは、この命令セットを使用して、プログラムをZK証明に変換するために使用されます。

zkMIPSの実装プロセスは次のとおりです:

• MIPS命令セットへのプログラム変換：最初に、SolidityやRustなどの高水準プログラミング言語で書かれたスマートコントラクトやプログラムをMIPS命令セットにコンパイルします。このステップは、高水準の抽象化をハードウェアレベルで実行できる具体的な操作に変換することに関わります。
• ZKプルーフの生成：これらのMIPS命令は、対応するゼロ知識プルーフを生成するために使用されます。MIPSの単純化された性質により、このステップは計算効率が向上し、セキュリティを犠牲にすることなくより速くプルーフを生成することができます。

zkMIPSの利点

• Compatibility: zkMIPSは、EVM互換のSolidityおよびRustやMoveなどの他の主要な開発言語をサポートしています。これにより、zkMIPSはより広範なブロックチェーン開発エコシステムに対応し、より多くのアプリケーションの可能性をもたらします。
• Cost-effectiveness: MIPS命令セットの効率性により、zkMIPSはゼロ知識証明を生成する際の計算コストを大幅に削減し、システム全体の持続可能性を高めることができます。
• 再帰的な証明：zkMIPSは再帰的な証明をサポートしており、複数の証明をより管理しやすい単位に集約します。これはシステムのスケーラビリティを向上させる上で重要です。

MIPSの利点は、Optimismなどのプロジェクトに統合されています。OptimismのCannonメカニズムは、実行されたプログラムをMIPSに変換し、実行プロセスに課題がある場合にエラーを見つけて再実行をより簡単かつ効率的に行うことができます。

Metisはこのトレンドに追従し、Cannonをエコシステムに統合しました。これにより、zkMIPS技術の実用性と効率性がさらに確認されました。

分散シーケンサー：分散化と持続可能性

OPとZKの利点を組み合わせるためにハイブリッドロールアップを使用するだけでなく、Metisは分散型シーケンサーの実装を積極的に推進し、ロールアップのための分散型例を示しています。

従来のRollupモデルでは、単一のシーケンサーがトランザクションやデータを効果的に処理できる一方、多くの権力を集中させることになり、さまざまなリスクを引き起こす可能性があります:

• オペレーショナルリスク：シーケンサが障害を起こしたり攻撃された場合、システム全体の取引処理がブロックされます。
• Censorship risk: シーケンサーは、取引を選択的に処理または拒否することができ、特定の分散型ファイナンス（DeFi）プロトコルやサービスへのユーザーのアクセスを制限する可能性があります。
• 操作リスク：取引のシーケンス化において、シーケンサーは取引を優先し、取引手数料、つまり最大抽出可能価値（MEV）を増やすことによって不当な利益を得る可能性があります。

上記の問題を解決するために、Metisは分散型のSequencerプールを設計しました。これは複数のSequencerノードで構成されており、トランザクションを共同で集約、シーケンス化、実行します。この設計により、システムの公正性と透明性が確保されます：

• コンセンサスメカニズム：新しいブロックの状態について、シーケンサーノードの3分の2以上が合意する必要があります。その後、トランザクションバッチがEthereumメインネット（L1）に送信されます。
• マルチパーティ計算（MPC）署名：トランザクションバッチがL1に送信される前に、データの正確性を確保するためにMPC署名を通じてバッチの信頼性が検証されます。

分散型シーケンサーの利点：

• 強化されたセキュリティ：複数のノードによる共同意思決定により、単一障害点のリスクが低減され、ネットワークの堅牢性とセキュリティが向上します。
• 単一のノードがトランザクションを操作したり、検閲したりするのを困難にし、複数のシーケンサーが存在することで、ユーザーの取引の自由を保護します。
• 安定性と冗長性：システムはシーケンサーのスムーズなローテーションをサポートし、障害や中断の影響を最小限に抑え、全ネットワークの安定性を向上させます。

Metisの分散型Sequencerモデルでは、各ノードはいくつかの主要なコンポーネントで構成されています:

• L2 Geth（OP-Nodeを含む）：トランザクションのシーケンス化およびブロックの組み立てを担当します。
• アダプターモジュール：他の外部モジュール（主にPoSノード）とのやり取りの仲介役として機能します。
• バッチサブミッター（提案者）: 複数のシーケンサーから承認を得た後、トランザクションバッチを構築してL1に提出する責任があります。
• PoSノード：Ethereum、コンセンサス、およびMetisレイヤーの間で調整し、資産が安全にロックされ、バリデーターが報酬を受け取ることを確認します。
• コンセンサスレイヤー：イーサリアムメインネットワークと並行して稼働し、主要ネットワークのプロセスを妨げることなく、運用効率を確保するために動作するテンダーミントPoSノードのグループを含んでいます。

ソース: https://ethresear.ch/t/pos-sequencer-pool-decentralizing-an-optimistic-rollup/16760

この設計により、Metisの分散型シーケンサープールは、取引処理の公正性と透明性を向上させるだけでなく、分散型のパワーを通じてネットワークのセキュリティと安定性を向上させます。これらすべてが、信頼できる持続可能なブロックチェーンエコシステムを構築する上での重要な要素です。

サマリーおよび展望

メティスの技術的および概念的な利点は、将来のさらなる開発のための堅固な基盤を作り出しています。そのzkMIPSベースのハイブリッドロールアップは、ZK-Rollupの互換性問題を解決し、より多様な開発者エコシステムをもたらすことが期待されています。

分散型シーケンサーの進化は、チームが分散化を追求するビジョンを示しています。 Metisエコシステムが成熟を続ける中、Metisが将来のL2競争で走り続けるダークホースになると信じる理由があります。これにより、ユーザーと開発者にとって価値の安定した収益が生まれるでしょう。

ステートメント：

1. この記事は元々「Metisの技術的な利点を探る」というタイトルで、[から再生産されました。Biteyeコミュニティ]. すべての著作権は元の著者[Wilson Lee、Biteyeの中心貢献者]に帰属します。転載に異議がある場合は、お問い合わせください。Gate Learnチーム、チームはできるだけ早く対処します。

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