リアルタイムプルーフからネイティブロールアップへ：ZKが推進するイーサリアムスケーリングの最終段階

著者: imToken

編集者注: イーサリアムは10,000 TPSのスケーラビリティを持つ新時代に向かっており、ゼロ知識証明（ZK）技術が重要な推進力となっています。この記事は「イーサリアム10,000 TPSロードマップ」シリーズの2番目で、リアルタイム証明の技術的難しさ、Proverの参加ロジック、L1切り替え時のセキュリティ課題、そして「ネイティブロールアップ」がZKスケーラビリティの究極の形態となる方法に焦点を当てています。

ZK化がイーサリアムの技術的再構築の出発点であるならば、「リアルタイム証明」と「ネイティブロールアップ」はこの拡張革命の中核的な実装リンクです。

この記事では、イーサリアムメインネット上で12秒のZKリアルタイム証明を実現する方法、Proverになるためのハードウェアの閾値とインセンティブメカニズム、そしてネイティブロールアップがイーサリアムL2の状況をどのように書き換えるかについて、さらに詳しく探っていきます。

01. リアルタイム証明: イーサリアムスケーリングの重要な要素

イーサリアムの10,000 TPSへのロードマップには、不可欠な技術的ブレークスルーがあります：リアルタイム証明です。

Succinctの共同創設者Uma Royは次のように説明しています：「リアルタイム証明とは、イーサリアムメインネット上のブロックに対するZK証明生成プロセスを12秒未満で完了する能力を指します。」

これは何を意味するのでしょうか？リアルタイム証明が実現すると、イーサリアムはブロック検証ロジックをプロトコル自体に組み込み、検証可能性を犠牲にすることなくガス制限をほぼ「任意に」増加させることができ、それによりL1の大規模な拡張を実現できます（編集者注：イーサリアムメインネット上の各ブロックの生成時間は12秒であるため、「リアルタイム」とは証明が各ブロックサイクル内で完了することを意味します）。

しかし、リアルタイム証明を実現するためには、zkVM技術だけでは不十分であり、イーサリアムプロトコル層の変更も必要です。

イーサリアム財団のLadislausは、来年のGlamsterdamアップグレードで導入される予定の重要なメカニズム - 「ブロック検証と即時実行の分離」を指摘しました。これにより、Prover（証明者）は完全なスロット内でzkEVM証明を生成するための時間が増え、真のリアルタイム処理を実現します。

技術的な実装に関しては、Succinctは最新のSP1 Hypercube zkVMをリリースしており、200 GPUのクラスターで10,000のメインネットブロックの93%のリアルタイム証明を生成できます。

Royは、年末までにこの成功率を99%に引き上げることができると確信を表明しました。一部の難しいブロックでは、非常に少数のブロックで証明が生成されない可能性がありますが、プロトコル設計には障害許容メカニズムが組み込まれており、そのようなブロックをスキップして次のブロックに進むことができます。

さらに、イーサリアムはブロック時間を12秒から6秒に短縮することを検討しています（Glamsterdamのもう一つの潜在的な提案として）。これによりユーザー体験とトランザクション確認速度が大幅に向上しますが、ZK Proverにさらなる圧力がかかります - 証明者にとって、タスクの難易度は2倍になります。

しかし、Royは心配していません。結局のところ、ZK技術のパフォーマンスは毎年10倍向上するため、ブロック時間が半分になっても対応できます。

6月、Lineaもそのネットワーク上のオンチェーン活動の100%がZK証明でカバーされていると発表しました。Lineaの現在のTPSはわずか2ですが、これはパフォーマンスの制限ではなく、使用ニーズによって制限されています。

注目すべきは、Lineaのブロック間隔はわずか2秒であり、ZK証明はスマートコントラクトを通じてイーサリアムL1に検証のためにアップロードされることです。このモデルは、将来のメインネットの「ZK化」の先駆けとなる可能性があります。

02. イーサリアムZK proverのハードウェア閾値は高いのか？

リアルタイムでZK証明を生成するには、強力な計算リソースが必要です。

イーサリアム財団のProverに対する初期の技術目標は、ハードウェアコストを10万ドル以下に抑え、電力消費を10キロワット以下に抑えることです。これはTesla Powerwallホームバッテリーの電力消費量とほぼ同等です。

この数字は決して「軽い」とは言えません。イーサリアム批評家のJustin Bons（Cyber Capitalの創設者）は、これを「Solanaのバリデーターノードをはるかに超える狂気のハードウェア要件」と呼びましたが、これは実際には2つの全く異なる役割を混同しています。

イーサリアム財団のプロトコル調整チームのLadislausは、ProverとValidatorには異なる責任があり、混同すべきではないと指摘しました。バリデーターはノードを実行してコンセンサスに参加しますが、Proverの任務はZK証明を生成することです。トランザクションのZK証明が正しく生成されると、ネットワークは証明が正しいかどうかを検証するだけで済み、トランザクションを再実行する必要はありません。

このため、Ladislausは楽観的な見方を示しました。「ハードウェア要件を満たす誠実なproverが見つかれば、イーサリアムは安全に運用を継続できます。私たちは意図的にデータセンター以下の閾値を設定しています。大規模な機関やデータセンターでなくても、技術力を持つ個人開発者が自宅でProverを実行できます。」

現在、この10万ドルのハードウェア構成は初期目標に過ぎません。イーサリアム財団の研究者Sophia Goldは、主流のProverが今年11月のDevconnect Argentinaデベロッパーカンファレンスの前に基準を満たすと予測しています。

Succinctの共同創設者Royは、来年初めまでにGPU要件を約16枚のグラフィックカードに削減でき、総コストを1万ドルから3万ドルの間に抑えることができると予想しています。

同時に、Succinctはテストネットワーク上で「数百のprover」からなる分散型ネットワークを構築し、合計で数百万の証明を生成しています。

このシステムの中核的なロジックは競争的証明です。つまり、すべてのProverが入札に参加し、各ラウンドで落札者が選ばれてzk証明を実行します。目標は、より短い時間とより低いコストの参加者が勝利できるようにし、計算力の入札メカニズムを形成することです。

これは、ZK駆動のイーサリアムの未来では、マイナーの精神が別の形で再現されることを意味します - ただし、彼らの役割はブロックの計算から証明の計算に変わっています。

03. メインネットのZKアーキテクチャへの切り替え：高度に困難なシステム移行

イーサリアムL1メインネットをゼロ知識証明（ZK）アーキテクチャに切り替えることは、2022年のプルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行に続く、ほぼ同レベルの技術的課題です。このプロセス全体は、プロトコル層の再構築だけでなく、ネットワークの中断を防ぐためのさまざまな潜在的なエッジシナリオとセキュリティリスクの慎重な検討も必要とします。

7月のEthProofsカンファレンスで、研究者Justin Drakeはいくつかの潜在的なリスクを概説しました。例えば、悪意のある攻撃者がいわゆる「prover killer」をブロックに挿入し、ネットワーク全体の検証メカニズムを無効にする可能性があります。あるいは、ネットワークアクティビティの急激な低下により、ZK証明の生成コストをカバーするのに十分なトランザクション手数料が得られず、ネットワークの持続可能性に影響を与える可能性があります。

イーサリアム財団のプロトコル調整チームのLadislausは、移行プロセス全体が数年かかる可能性があり、特にセキュリティリスクに注意を払う必要があると述べました。ZK仮想マシン（zkVM）は初期段階にある複雑な技術であり、さまざまな脆弱性が非常に高い確率で存在します。しかし、エコシステムが成熟するにつれて、多様な証明システム（証明の多様性）、改善されたインセンティブメカニズム、形式検証の導入を通じて、イーサリアムのL1上での実現可能性と堅牢性を徐々に向上させることができます。

同時に、イーサリアムはコンセンサス層を根本的に再構築する計画も持っており、「Beam Chain」と呼ばれる新しい構造を構築しています。目標は、設計の最初からZK最適化とフレンドリーであることです。Drakeは将来、イーサリアムのデータ検証作業全体が普通のラップトップのCPUで完了できるようになると述べています。

04. メインネットの「Snarkization」：ネイティブロールアップが来る

イーサリアムメインネットがzkEVMを統合する一方で、もう一つの長期的なビジョンが徐々に浮上しています：ネイティブロールアップです。

現在のロールアップ（OptimisticタイプでもZKタイプでも）はすべて独立した証明システムを使用しており、そのセキュリティは独自のバリデーターまたはソーターメカニズムに依存しており、それらとイーサリアムメインネットの間には一定の信頼の前提があります。

「ネイティブロールアップ」のビジョンは完全に異なります - zkEVMをメインネットに統合することで、イーサリアムL1バリデーターはロールアップの状態遷移証明を直接検証でき、それによりメインネットによって真に検証され保護されるL2を実現します。

これには、イーサリアムL1クライアントに「execute precompile」という重要なコードを追加し、バリデーターがL2によって生成されたZK状態転送証明を直接検証できるようにする必要があります。イーサリアム財団のプロトコルコーディネーターであるLadislausが言うように、「L1バリデーターはこれらのロールアップの実行証明を消費し、その正確性を検証します。」

言い換えれば、ネイティブロールアップが現実になれば、将来的にはL1で発生するトランザクションであれ、ネイティブロールアップで発生するトランザクションであれ、その最終的な決済とセキュリティは同じグループのイーサリアムバリデーターによって保証され、信頼レベルはまったく同じになります。

これは、ネイティブロールアップに1000万ドルを預けることが、イーサリアムメインネットに直接預けるのと同じくらい安全であることを意味します。

LineaのプロジェクトリーダーであるDeclan Foxは、彼らの長期的な目標はネイティブロールアップになることだと述べました。彼はこれをETH 2.0シ