Nexus Labs：ブロックチェーンを検証可能なクラウドコンピューティングによってスケーリングする方法

2023.03.08

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Nexus Labs：ブロックチェーンを検証可能なクラウドコンピューティングによってスケーリングする方法

本稿では、NexusおよびNexus Zeroの特徴やアーキテクチャについて紹介し、それらがどのようにブロックチェーン技術の発展を促進するかを考察します。

2023.03.08 - 08:16:02

NexusLabs可验证云计算

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Nexus Labs：ブロックチェーンをスケーラブルにするための検証可能クラウドコンピューティングとは？

執筆：Stanford Blockchain Review

翻訳：TechFlow

本記事はスタンフォード・ブロックチェーン・レビューからの寄稿です。TechFlowは同レビューのパートナーであり、独自に翻訳・転載する権利を有しています。

ブロックチェーン技術の進化に伴い、さまざまな応用が現れてきていますが、大規模な実用化においては依然として課題があります。その一つが、ブロックチェーンのスケーラビリティです。

この問題に対処するため、Nexus Labs は「ブロックチェーン上に構築された汎用的かつ検証可能なクラウドコンピューティングネットワーク」という新しい解決策を提案しています。このネットワークは、ブロックチェーンやRollup、スマートコントラクトに対して計算能力とスケーラビリティの支援を提供します。本稿では、NexusおよびNexus Zeroの特徴とアーキテクチャについて紹介し、それがどのようにしてブロックチェーン技術の発展を促進するかを探ります。

はじめに

検証可能クラウドコンピューティング（Verifiable Cloud Computing）とは、RustやC++で書かれた従来型プログラムの計算処理をAWSやGoogle Cloudのようなリモートサーバーに外部委託し、その出力結果とともに「計算が正しく行われた」ことを証明できる仕組みです。これにより、ユーザーは信頼できないサーバーに計算を委託しつつ、結果の正当性を自ら検証することが可能になります。

この技術は、ブロックチェーン分野への影響が計り知れません。スマートコントラクトが数学的に検証可能な方法で計算、ストレージ、他のシステムとの連携を外部委託できるようになれば、スマートコントラクトの処理能力は飛躍的に向上すると期待されます。

Nexusは、このような汎用的検証可能クラウドコンピューティングを実現しようとする試みであり、特にイーサリアムアプリケーションの拡張に焦点を当てています。本稿では、私たちのチームがこの未来を実現するために取り組んでいる主な革新点を概説します。

検証可能計算

検証可能性は、複数の方法で定義・実装可能です。一般的には以下の3つがあります：

有効性証明：ゼロ知識証明（zk-SNARKsなど）を用いて、検証者があるプログラムが正しく計算されたことを数学的に確認できます。
不正証明（Fraud Proofs）：計算が間違っていたことを証明することもできます。これは通常「楽観的（optimistic）」計算と呼ばれ、少なくとも1人の正直な参加者が不正を検出し、それを証明する必要があります。
合意証明（Consensus Proofs）：数学的な正しさを求めず、一定数（N中t人）の参加者が誠実または経済的に合理的であると仮定する方法です。これはブロックチェーンやサイドチェーンで採用されているアプローチです。

各手法には使いやすさと安全性の間に明らかなトレードオフがありますが、一般的に、ゼロ知識証明は最も強固なセキュリティ保証を提供し、一方で合意ベースの状態機械は現在最も実用的で強力な基盤アルゴリズムとなっています。

安全性と活性

検証可能性だけでは不十分です。真に分散型のアプリケーションを実現するには、次の2つのセキュリティ保証が必要です：

安全性（Safety）：これは検証可能性・正しさの属性に相当します。
活性（Liveness）：アプリケーションが最終的に実行されること、すなわち検閲されないことを保証します。

Optimistic RollupやZK Rollupなどのシステムは、不正証明／ZKPによって「安全性」を提供できますが、「活性」は提供できません（例：中央集権的なソーターがある場合）。両方を同時に提供できるシステムこそが、完全に正しい（fully correct）と見なされます。

Nexus：完全に正しい汎用検証可能クラウドコンピューティングの実現

Nexusは、検証可能なクラウドコンピューティングのための分散型マーケットプレイスです。

開発者は、Rust、C++、Goといった従来の言語で書かれたサーバーレスクラウドアプリケーションをホストでき、AWS Lambdaと同様の体験が得られます。しかも、安全性と活性の両方の保証が付きます。

Nexusには2つの異なるバージョンがあります：NexusとNexus Zeroです。

Nexus Zero：ゼロ知識クラウドコンピューティングネットワーク

Nexus Zeroは、分散型のオンチェーン外ゼロ知識証明者ネットワークであり、イーサリアムのスマートコントラクトが一般計算を外部委託できるようにします。

Nexus Labs：ブロックチェーンをスケーラブルにするための検証可能クラウドコンピューティングとは？

以下の3つのコンポーネントから構成されています：

汎用ゼロ知識仮想マシン（zkVM）。
無許可の証明者ネットワーク。
分散型マーケットメーカー（做市商）ネットワーク。

Nexus Zero上のアプリケーションは、ステートレスな「zk-Functions」であり、スマートコントラクトから直接呼び出されます。つまり、Nexus Zeroは、各プログラムを別々の回路にコンパイルするのではなく、実行時間の上限内であれば任意の計算を証明できる汎用回路を使用しているのです。

Nexus：分散型クラウドコンピューティングネットワーク

Nexusは、分散型クラウドコンピューティングネットワークです。言い換えれば、「サーバーレスブロックチェーン」と呼ばれる独立した外部認知可能なネットワークの集合体です。

Nexus Labs：ブロックチェーンをスケーラブルにするための検証可能クラウドコンピューティングとは？

Nexus上のアプリケーションは、ステートフルな「Nexus関数」であり、スマートコントラクトから直接呼び出されます。Nexusネットワークは、スマートコントラクトシステムから計算、ストレージ、I/O機能を外部委託するために使用できます。また、ZKやOptimisticなどあらゆる証明システムを複製することが可能で、要するにAWS／Google Cloudが行っていることを、完全な正しさ保証付きで実現します。

Nexusネットワークは内部で合意形成を行い、閾値署名スキームなどの特殊なマルチパーティ計算技術を通じて外部システムと通信できます。ノードのインセンティブは従来のPoSに基づいています。

したがって、誰でもNexusを使ってすぐにイーサリアムに接続された「サーバーレスブロックチェーン」を立ち上げることが可能です。これらのネットワークは、サイドチェーン、オラクルネットワーク、ストレージ／データ可用性ネットワーク、ガーディアンネットワーク、分散型ソーターネットワーク、あるいは専用ブロックチェーンとして利用できます。