コプロセッサの歴史的背景と発展

従来のコンピュータ分野において、コプロセッサはCPUの負担を軽減する処理ユニットです。この技術はコンピュータ業界で非常に一般的で、例えば、アップルが2013年に発表したM7モーションコプロセッサは、スマートデバイスのモーション検出感度を大幅に向上させました。広く知られているGPUは、Nvidiaが2007年に提案したコプロセッサの概念で、主にグラフィックレンダリングなどのタスクを担当します。GPUは計算集約型コードを処理することで、CPU上で実行されるアプリケーションを加速し、このアーキテクチャは「異種」または「ハイブリッド」計算と呼ばれています。

コプロセッサの主な役割は、複雑で性能要求が高い特定のタスクを引き受けることで、CPUがより柔軟で変化に富んだ作業に集中できるようにすることです。

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イーサリアムネットワークには、アプリケーションの発展を制約する2つの重大な問題があります:

1. 高額なGas費用は、オンチェーンアプリケーションの開発範囲を制限しています。通常の送金操作には21000 Gasが必要で、これはEthereumネットワークのGas費用の底辺です。データストレージなどの他の操作はより多くのGasを消費し、これはアプリケーションとユーザーの大規模な採用を著しく妨げています。

2. スマートコントラクトは最近の256ブロックのデータにしかアクセスできませんが、将来的にPectraのアップグレードとEIP-4444提案の実施に伴い、フルノードは過去のブロックデータを保存しなくなります。このデータの欠如は、データに基づく革新的なアプリケーションの出現を難しくし、TiktokやInstagramのようなデータ集約型アプリケーションのブロックチェーン上での発展に影響を与えます。

これらの問題は、計算能力とデータの可用性が新しい計算パラダイムの大規模な採用を制限する主な理由であることを暴露しています。イーサリアムブロックチェーン自体は、大量の計算およびデータ集約型タスクを処理するために設計されていません。これらのアプリケーションに対応するためには、コプロセッサの概念を導入する必要があります。イーサリアムチェーン自体はCPUとして機能し、コプロセッサはGPUのように、計算およびデータ集約型タスクを処理します。

ゼロ知識証明技術の発展に伴い、コプロセッサがオフチェーン計算の信頼性を確保するために、大多数のコプロセッサプロジェクトはゼロ知識証明を技術基盤としています。

ZKコプロセッサの適用範囲は非常に広範で、ほぼすべての実際の分散型アプリケーションシナリオを網羅しています。これには、ソーシャル、ゲーム、DeFi、チェーン上のデータに基づくリスク管理システム、オラクル、データストレージ、大規模言語モデルのトレーニング推論などが含まれます。理論的には、Web2アプリケーションが実現できる機能は、ZKコプロセッサがブロックチェーン上で実現でき、最終的な決済レイヤーとしてEthereumがアプリケーションの安全性を保証します。

現在業界におけるZKコプロセッサの定義はまだ完全には統一されていません。ZK-Query、ZK-Oracle、ZKMなどはすべてコプロセッサと見なすことができ、これらはオンチェーンの完全なデータ、オフチェーンの信頼できるデータ、およびオフチェーンの計算結果を照会するのを支援します。この観点から見ると、Layer2は本質的にはイーサリアムの一種のコプロセッサでもあります。

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コプロセッサプロジェクトの概要

現在比較有名なコプロセッサープロジェクトは、主に3つのアプリケーションシーンに集中しています: ブロックチェーン上のデータインデックス、オラクル、及びZKML。その中で汎用型ZK仮想マシンプロジェクトであるDelphinusはzkWASMに特化しており、Risc ZeroはRisc-Vアーキテクチャに取り組んでいます。

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協同処理器技術アーキテクチャ

汎用型ZKコプロセッサの例として、Risc Zero、Lagrange、Succinctの3つのプロジェクトの技術アーキテクチャを重点的に分析し、この種の汎用仮想マシンの技術とメカニズム設計の違いを理解し、コプロセッサの今後の発展傾向を判断します。

Risc Zero(リスクゼロ)

Risc ZeroのZKコプロセッサはBonsaiと呼ばれ、ブロックチェーンに依存しないゼロ知識証明コンポーネントを構築しています。BonsaiはRisc-V命令セットアーキテクチャに基づいており、非常に高い汎用性を持ち、Rust、C++、Solidity、Goなどの多くのプログラミング言語をサポートしています。

Bonsaiの主な機能には次のものが含まれます:

1. 汎用zkVMは、ゼロ知識/検証可能な環境で任意の仮想マシンを実行できます。
2. スマートコントラクトやブロックチェーンに直接統合可能なZK証明生成システム。
3. 汎用ロールアップは、Bonsaiで証明された計算結果をチェーンに配布します。

Bonsaiのコアコンポーネントには以下が含まれます:

1. プルーフネットワーク：ZKコードを受信して検証し、ZK証明を生成します。
2. リクエストプール：ユーザーが発起した証明リクエストを保存します。
3. Rollupエンジン：証明結果を収集し、Ethereumメインネットにアップロードします。
4. イメージハブ：ストレージ機能とアプリケーションのビジュアル開発者プラットフォーム。
5. ステートストア：オフチェーン状態ストレージ。
6. プルービングマーケットプレイス：ZK証明産業チェーンの計算力市場。

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ラグランジュ

Lagrangeは、協調プロセッサと検証可能なデータベースを構築することを目的としており、ブロックチェーン上の履歴データを含み、信頼不要のアプリケーション開発をサポートします。主な機能は次のとおりです:

1. 検証可能なデータベース：インデックスチェーン上のスマートコントラクトストレージにより、状態をデータベースに保存します。
2. MapReduce原則に基づく計算：並列実行をサポートするzkMRアーキテクチャ。

Lagrangeのデータベース設計は、契約ストレージデータ、EOA状態データ、ブロックデータの三つの部分を含みます。それはSNARK証明に優しいブロックデータ構造を作成し、各リーフノードはブロックヘッダーです。

LagrangeのZKMR仮想マシン計算は二つのステップに分かれています:

1. マップ：分散型のマシンがデータをマッピングし、キーと値のペアを生成します。
2. Reduce：分散コンピュータがそれぞれ証明を計算し、次に統合します。

ZKMRは、小さな計算の証明を全体的な計算の証明に組み合わせることができ、複雑な計算の証明機能を効果的に拡張できます。

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簡潔

Succinct Networkの目標は、プログラム可能な事実をブロックチェーン開発のあらゆる段階に統合することです。これは、Solidityや特定のゼロ知識ドメイン言語を含むさまざまなコードをサポートし、オフチェーンコプロセッサで実行できます。

SuccinctのオフチェーンZKVMはSP（Succinct Processor）と呼ばれ、Rustやその他のLLVM言語をサポートしています。そのコア機能には以下が含まれます:

1. STARKsに基づく再帰的証明技術。
2. SNARKsからSTARKsへのラッパーをサポートします。
3. プリコンパイル中心のzkVMアーキテクチャ。

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コプロセッサープロジェクト比較

一般的なZKコプロセッサを比較する際、私たちは主に以下のいくつかの側面を考慮します:

1. データインデックス/同期能力
2. 採用された技術ロードマップ(SNARKs vs STARKs)
3. 再帰証明をサポートしていますか？
4. 証明システムの効率
5. エコシステム協力状況
6. ファイナンスの背景

現在、主流プロジェクトの技術的なパスは一致してきており、STARKsからSNARKsへのラッパーや再帰的証明技術を採用しています。ZKアルゴリズムの証明生成がコストと時間の消耗が最も大きい段階であることに鑑み、各プロジェクトは証明者ネットワークとクラウドコンピューティング市場を構築しています。

技術的なアプローチが似ている場合、プロジェクトの突破はチームの実力や背後のVCのエコシステムリソースのサポートにより、より大きな市場シェアを獲得することに依存する可能性があります。

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コプロセッサとLayer2の違い

ユーザー向けのLayer2とは異なり、コプロセッサは主にアプリケーション開発を対象としています。これは、以下のシナリオに適用されるアクセラレーションコンポーネントまたはモジュール化コンポーネントとして機能することができます:

1. ZK Layer2のオフチェーン仮想マシンコンポーネントとして
2. パブリックチェーン上のアプリケーションにオフチェーンの計算能力を提供する
3. 公開ブロックチェーンアプリケーションとして、他のチェーンから検証可能なデータを取得するオラクル
4. クロスチェーンブリッジとしてメッセージを伝送する

協調プロセッサは、全チェーンのリアルタイム同期データと高性能低コストの信頼できる計算の可能性をもたらし、オラクル、データクエリ、クロスチェーンブリッジなどの多くのミドルウェアを再構築することができます。

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コプロセッサーが直面する課題

1. 開発者の参入障壁が高く、特定の言語やツールを習得する必要があります。
2. 業界は初期段階にあり、zkVMの性能は複数の複雑な次元に関わっています。
3. ハードウェアなどの基盤インフラはまだ成熟しておらず、商業化の実現にはまだ時間が必要です。
4. 各プロジェクトの技術的な道筋が似ているため、顕著な優位性を形成することが難しく、競争の焦点が資源とエコシステムの協力に移っている。

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まとめと展望

ZK技術は非常に汎用性が高く、Ethereumエコシステムが分散化から非信任化へと進化するのに役立ちます。ZKコプロセッサはZK技術の実装において重要なツールであり、理論的にはあらゆるWeb2アプリケーションのブロックチェーン版を実現できます。

ZKコプロセッサの大規模な採用は主に二つの要因に依存しています: 全チェーンのリアルタイム証明データベースと低コストのオフチェーン計算。この目標は段階的に実現する必要があります。ZKコンピューティングチップの商業化は、コプロセッサの大規模な実用化の重要な前提です。

現在の市場サイクルは革新に欠けており、次世代の大規模アプリケーション技術を構築するための機会ウィンドウを提供しています。次のサイクルでは、ZK産業チェーンが商業化されることが期待されています。10億ユーザーのオンチェーンインタラクションをサポートできるコア技術に注目する絶好のタイミングです。

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