注目の「ZK Rollup」とは？
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ロールアップは、現在の市場で最も一般的なレイヤー2ソリューションです。Rollupソリューションには、Optimistic RollupとZK Rollupという2つの種類があります。この記事では、ZK Rollupsを紹介します。
1. ZK Rollupとは？
ZKとはZero Knowledgeの略で、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proofs）のことを指します。ゼロ知識証明は、ユーザーがウォレットの秘密鍵のような機密情報を明かすことなく、重要なデータや所有権の知識を証明することができます。
ロールアップはレイヤー2のソリューションで、複数のトランザクションを束ねることで効率を高めます。トランザクションが完了した後、トランザクションデータはメインネットワークに送り返されます。Rollupは、セキュリティのためにメインネットワークに依存しながら、トランザクションのスケーリングと性能の向上に重点を置いています。
ZK Rollupは、計算をスケーリングさせるために検証証明を利用するソリューションです。オフチェーンで計算を行い、検証証明をメインチェーンに送り返します。
2. ZKの特徴
ZK（ゼロ知識証明）の基本原理は、「証明者（Prover）」と「検証者（Verifier）」の2つの当事者が関与します。証明者は証明を生成し、検証者は実際の情報にアクセスすることなく証明を検証します。主な特徴は以下の通りです：
1. 完全性：証明者が正解を所有していれば、検証者に対してその真偽を証明する方法を見つけることができます。言い換えれば、真は偽として証明されることはありません。
2. 正当性：証明者が答えを所有していない場合、検証者にその真偽を証明することができません。言い換えれば、偽を真と証明することはできません。
3. ゼロ知識： 証明の過程で、検証者は証明自体の知識を得るだけで、追加の関連情報を取得することはありません。
ZK Rollupの場合、通常、ZKの最初の2つの性質のみが、計算を圧縮し、コストを削減するために適用されます。そのため、ユーザーのトランザクション情報はそのまま問い合わせ可能なままです。
3. ZK Rollupソリューションの利点と欠点
1. 迅速な資産移動：Optimistic Rollupの場合、検証に約7日間を要しますが、ZK Rollupの場合、資産の移動が非常に速くなります。これは、2つのRollupソリューションの異なる検証プロセスによるものです。取引データがレイヤー2ネットワークで処理された後：
· ZK Rollupは、ブロックをイーサリアムのメインネットに提出する際に、ゼロ知識証明を生成します。メインネットのノードはこの証明を検証し、ユーザーは一般的に知覚できる遅延を感じません。
· Optimistic Rollupには7日間の待機期間があり、その間にイーサリアムのメインネットノードは取引に異議を申し立て、偽であることを証明することができます。
2. 低いトランザクションコスト：ZK Rollupはオフチェーンで計算を行い、検証証明をメインチェーンに提出するため、すべての取引データをメインネットに送り返す必要がありません。これにより、取引コストが削減されます。さらに、証明ファイルが小さく、検証時間が一定であるため、証明自体のサイズがトランザクション数に応じて大きくなることはありません。
3. 高い技術的難易度：ZK Rollupは、イーサリアム仮想マシン（EVM）と互換性のない、複雑なゼロ知識証明アルゴリズムを採用しています。そのため、ZK Rollupを使用してレイヤー2ネットワーク上にイーサリアムアプリケーションを装備したい開発者は、アプリケーションを再構築するだけでなく、レイヤー2ネットワークに特有の開発言語を学ぶ必要があります。
4. ZKのガス代はなぜ高いのか？
ユーザーが支払うガス代は、主にバリデータノードへのインセンティブ、メインネットへの送信にかかるガス代、およびストレージコストで構成されています。
バリデーターノードは、ユーザーに代わってトランザクションの確認とブロードキャストを行いますが、これらの動作を行うにはインセンティブが必要です。メインネットに接続するためのガス代は、メインネットワークの混雑によって増加します。
ストレージコストは比較的固定的です。利用可能なリソースを使用する人が多ければ多いほど、平均コストは低くなります。ZK Rollupはまだ広く採用されていないため、より一般的に使用されているOptimistic Rollupと比較すると、ガス代ははるかに高くなります。
5. 現在利用可能なZK Rollupのソリューション
既存のEVM対応ソリューションの中では、StarkNet、zkSync、Polygon、Scrollが特に注目されています。
5.1 StarkNet
StarkNetは、StarkWareチームによって開発されました。他のZKソリューションがSNARK証明を採用しているのに対して、StarkNetはSTARK証明を採用しています。簡単に言うと、この2つの証明システムは以下の点で異なっています：
- STARKは、中央集権への依存を低減し、セキュリティを強化します。
- SNARKは、検証速度を高めとトランザクション手数料の低減します。
5.2 zkSync
zkSyncはMatter Labsチームによって開発され、現在zkSync Eraネットワーク上で稼動しています。zkSyncネットワークの現在の利点は以下の通りです：
- データ圧縮： zkSyncは、データの可用性を向上させ、大量の入力データを伴うトランザクションのコストを削減します。
- アカウントの抽象化： 最近導入された機能で、ユーザーと開発者のエクスペリエンスを向上させることを目的としています。この機能の最初の用途は、任意の暗号資産でガス代を支払うことです。
5.3 Polygon
Polygonは、BytecodeレベルのEVM互換方式の採用に加えて、Proof of Efficiency（POE）という新しいコンセンサスメカニズムを実装し、分散化を高めながらネットワークのセキュリティを向上させています。
5.4 Scroll
Scrollは今年2月に発表され、現在はPre-Alphaテストネットフェーズにあります。Scrollは、バイトコードレベルでイーサリアム仮想マシン（EVM）と完全な互換性を持つことを目標としています。つまり、開発者はEVMと互換性のある言語を使ってスマートコントラクトを作成し、Scrollプラットフォーム上に装備することができます。
下図のように、4つのソリューションを簡単に比較します：
テスト段階 | プログラミング言語 | EVM互換性 | SNARKまたはSTARK | 手数料 | |
Polygon | パブリックベータ | Solidity | EVMとの完全な互換性を持つ | SNARK+STARK | ETH |
Scroll | プレアルファ | Solidity | EVMとの完全な互換性を持つ | SNARK | ETH |
zkSync Era | パブリックベータ | Solidity、Vyper、LLVM | 言語のみ互換性がある | SNARK | すべてのERC-20トークン |
StarkNet | Alphaメインネット | Cairo、Solidity（コンパイラ使用） | 言語のみ互換性がある | STARK | STRKまたはETH |
6. 可能性と将来性
ZK Rollupソリューションは、効率とプライバシーのバランスを実現し、より高いTPS（Transactions Per Second）と低コストを提供しています。現段階での開発の主な制約は、主に技術的な要因、特にEVMとの互換性によるものです。異なる技術チームが独自のソリューションを提案し、テスト段階にあります。これらのプロジェクトがメインネット稼働すれば、ZK Rollupの普及に道が開けるかもしれません。