ZKハードウェア加速に関する大議論：POWマイニング業界に匹敵する全く新しい市場
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ZKハードウェア加速に関する大議論：POWマイニング業界に匹敵する全く新しい市場
登壇者たちは、ZK証明のリアルタイム生成およびハードウェアアクセラレーションが直面する商用化・市場化上の課題について非常に興味深い議論を行い、「ZK DePIN」という新語についてもブレインストーミングを行った。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察司会：Faust、Geek Web3
ゲスト：Vincent、ScrollのDevRel
Leo、Cysic共同創業者
Siyuan、ABCDE CapitalのTechLead
Kiwi、OKX Venturesのリサーチャー
Marco、AleoのDevRel
Lynndell、Bitlayerの暗号技術専門家
概要：5月23日夜、Geek Web3はScroll、Cysic、Bitlayer、Aleo、ABCDE CapitalおよびOKX Venturesのゲストを招き、ZKハードウェアアクセラレーションをテーマにTwitter Spaceを開催。参加者たちはZK証明のリアルタイム生成や、ハードウェアアクセラレーションの商用化・市場化に関する非常に興味深い議論を行い、「ZK DePIN」という新造語についてもブレインストーミングを展開した。以下はその文字起こし記録である。
本Spaceで取り上げられた主な話題：
1.CysicとLumozはともにZKアクセラレーションを中核的目標としている。Cysicは「リアルタイムZK証明生成」を掲げているが、これらの技術はイーサリアムのDanksharding路線にどのような影響を与えるか？
2.Aleoがマイニングアルゴリズムを変更するという噂がある。Aleoは当初プライバシー公衆チェーンであり、マイニングアルゴリズムはZKと直接関係していたが、最近では主流のPoWチェーンのようなハッシュアルゴリズムに戻すとの噂（ゲストたちがこれを明確に否定）
3.ZKマイニングの将来像とは？ZK-DePIN分野はどのように発展していくのか？
4.ZK-DePINの商用化・市場化の現状と、未解決の課題は何か？
5.ZKマイニングにおけるマイナーの収益モデル
6.異なるマイナー間での証明生成効率の差が大きすぎる問題について、どのように解決すべきか？
本文：1. Faust：ZKハードウェアアクセラレーションは、イーサリアムのDankshardingロードマップにどのような影響を与えるでしょうか？
補足情報：DankshardingロードマップではVerkle Treeとステートレスクライアントの概念を提唱している。将来的には、通常のイーサリアムノード／クライアントがローカルに完全なステートツリーを保存する必要はなくなり、ブロック内に各トランザクションに関連するステートデータを直接含め、それがVerkle Tree由来であることをZK証明で検証する。Verkle Treeは現在のMerkle Tree構造に対して大幅な改善を加え、Verkle Tree上のデータの存在証明をZKで行いやすくしている。
Leo：簡単に言えば、リアルタイム生成されるZK証明はライトクライアントとVerkle Treeの効率を大きく高める。Verkle TreeはMerkle Treeに比べて枝分かれ／パスが多くなるため、Merkle Proofを使ってVerkle Tree上の特定データの存在を証明しようとすると、多くの他の枝も同時に開く必要がある。
一方でZKをMerkle Proofの代わりに使えば、効率を飛躍的に向上させることができ、多くのデータを非常に小さなサイズに圧縮できる。しかし、一般的なCPUやGPUを使ってZKPを生成すると、実際には非常に複雑な処理となる。
以前AlgorandでAlgorand State Proofというプロジェクトをやっており、これはMerkle Tree上の多数の枝をMerkle Proofで開く必要があったが、その効率は非常に低かった。そのため、ZKのリアルタイム生成、あるいはSpecialized Proverを使うことで、ZK証明の生成効率を大幅に高める必要がある。
Vincent：4月のWeb3香港カンファレンスでVitalikが、ZK証明がプロトコルのパフォーマンス最大化に極めて重要であると発言した。彼の一貫した技術的探求からも、ZKへの注力がうかがえる。過去、Scrollがフル互換zkevmのProofを生成するには約2〜3時間かかっていたが、現在のハードウェアアクセラレーション導入により10分程度まで短縮されている。それでも、私たちが目指すスピードにはまだ届いていない。
理想の環境下では、ZKの採用率は非常に高く、あらゆる場面に浸透するだろう。しかし、これまでのZK生成速度では、その高い採用率を支えることはできなかった。ZK証明のリアルタイム生成が実現すれば、安全性、信頼性、検証可能性の面で妥協することなく、従来解決できなかった多くの問題をZKで解決できるようになる。その後のプロジェクトやアプリケーションのイノベーションは、より軽量なものになるだろう。ZKハードウェアアクセラレーションに関わるコミュニティ内では、この方向性に突破を期待して大きな自信を持っている。
Siyuan：Layer2、特にZKを利用するレイヤー2にとって最も重要なのは、迅速なFinality（取引の最終確定）だと思っています。L2のトランザクション履歴（Trace）をできるだけ早くZK Proofに変換し、L1上で検証してもらうことで、L2の最終状態が確定します。コストを考慮して、一部の企業はL2のブロックごとにProofを生成せず、数ブロックまとめてProofを作成することがあります。また、Vitalikのビジョンでは、L1がVerkle Treeに移行後は、各ブロックごとに即時ZKPを生成することを目指しており、ZKハードウェアアクセラレーションなしではこのビジョンは達成困難です。そのため、私たちはCysicの取り組みに非常に期待しています。
2. Faust：Aleoがマイニングアルゴリズムを変更するという噂があります。Aleoは当初プライバシー公衆チェーンであり、マイニングアルゴリズムはZKと関連していましたが、最近では主流のPoWチェーンのようなハッシュアルゴリズムに戻すという話です。この噂についてどう考えますか？
Marco：確かに最近のAleo Testnet Betaでは、POWアルゴリズムがハッシュアルゴリズムとなり、Merkle Treeに追加され、Root Dataを使って最終的な値を算出しています。ただし、これは一時的なバージョンであり、最終形ではありません。Aleo公式は7月に最終バージョンをリリース予定なので、もうしばらくお待ちください。
また、Aleo FoundationのCEOであるAlexはある会議で、理想のPoWアルゴリズムには二つの要件があると述べました。一つはZKアルゴリズムの実用化を推進し、より現実的な問題を解決すること、もう一つはマイニングの公平性を保つこと。彼らはこの方針に基づいて調整を行う予定ですので、ぜひ注目してください。
Leo：この話題について補足しますが、Aleoの以前のCoinbase puzzleはMSMを使った多項式コミットメントでした。今回、MSMからMerkle Treeへの多項式コミットメントに切り替わっただけです。ZKの観点からはそれほど大きな違いではなく、内部のコンポーネントがMSMベースからハッシュベースに変わったにすぎません。このハッシュベースはさまざまなハッシュ関数の組み合わせであり、実際には複数のハッシュ関数のミックスです。
Vincent：個人的にMarcoさんに伺いたいのですが、Aleoの立場から見て、ZKハードウェアアクセラレーションのエコシステム全体に対してどのような見解をお持ちですか？例えばCysicのASICチップやIngonyamaのFPGAベースのZKアクセラレーションソリューションなど、こういった製品がAleoの発展や将来計画にどのような影響を与えているのでしょうか？
Marco：確かに影響はあると思います。なぜなら現在のZK分野の核心的課題は、ZK証明の生成が遅いことだからです。先日Vitalikが指摘したように、SNARK証明システムを使ってイーサリアムブロックの証明を生成するには20分かかるが、イーサリアムは12秒ごとに新しいブロックを生成する。ここに非常に大きなギャップがあります。このような問題を解決するために、より優れたZKアクセラレーションソリューションが登場することを願っています。
3. Faust ：次にZKマイニングまたはZK-DePINに関する話題について議論しましょう。まずLeoさんにお聞きします。ZKマイニングの将来像とは？ZK-DePIN分野はどのように進化していくと考えますか？
Leo：我々はZKプロジェクトに対してZK証明生成サービスを提供しています。Cysic自体はスタートアップであり、自前で大量のサーバーを購入したり借りたりする資金はありません。そこで、コミュニティの力を結集してリソースを統合しようと考えました。現在数百台のサーバーを保有しており、すべて満載稼働しています。これは従来のAI-DePINプロジェクトと大きく異なります。
AI-DePINでは多くのマシンがアイドル状態で放置されており、ユーザーは単に高いUptimeを維持してエアドロを狙っているだけですが、Cysic Networkではマシンが実際に意味のある用途に活用され、アイドル状態になりません。リソース利用率が高く、報酬もCysicトークンだけでなく、さまざまなZKプロジェクトからのインセンティブを受け取ることができます。
また、これはZK Proverの分散化にも貢献します。複数のProverが協力して証明を生成することで、特定のProverへの依存を減らすことができます。大規模マイナーの設備に頼るだけでなく、コミュニティメンバーが手持ちの空きハードウェアを接続し、ZKエコシステム全体にサービスを提供できるようにします。
Siyuan：Cysicには二種類の顧客がいます。一つは専門的なToBの大口顧客、もう一つは面白いことに、Cysicは小型のZKアクセラレーションカードを提供しており、家庭のPCに接続してZKPを高速生成できるようになります。これは開発者や一般ユーザーにとっても便利です。
Leo：さきほどSiyuanが言及したのはおそらく当社のデバイスでしょう。Cysicは来年、自社のZKハードウェアを大規模に出荷する予定です。このハードウェアには二種類あり、一つは「ZK Air」で、Siyuanが言及した通り、MacBookの充電器ほどのサイズで、Type-CでPCに接続し、ローカルでZK生成を高速化できます。その性能は非常に高く、4090カードの8〜10倍の速さがあり、開発者がさまざまな作業を行うのに適しています。
Vincent：ZK-DePINに関して、伝統的なDePINの発想はスマートフォンマイニングやスマートウォッチマイニングといった範囲に限定されがちですが、ZKハードウェアアクセラレーションは全く異なります。Scrollはまもなく非中央集権的なProver Marketを導入する予定で、これはロードマップにも明記されています。将来的にはProver部門をパーミッションレスの市場モデルにする予定ですが、これには複雑な報酬モデルが絡むため、詳細は現在調整中です。しかし方向性は明確で、ZKの高速生成を目指し、マタイ効果を避けようとしています。
Marco：CysicのToC向け小型デバイスについて補足します。Aleoの送金には、クライアント側でのローカルZK生成に対するニーズがあります。ブラウザ上でローカルにZKPを生成するのは非常に遅く、十数分以上かかることもあります。しかしAleoはプライバシートランザクションを主軸としており、ZKP生成に強い需要があるため、CysicのようなToC向け小型デバイスには十分な意義があります。
4. Faust：現在のZKハードウェアアクセラレーション分野において、商用化や市場化の面で未解決の課題は何ですか？
Leo ：ZKアクセラレーションは一種のProof of Workと考えられる。つまり、最も速くZKPを生成することで報酬を得ようとするものであり、これは伝統的なPoWチェーンのハッシュアルゴリズム用ASICと本質的には変わりません。しかしZK関連アルゴリズムは非常に多様で、ハッシュ関数のように固定されたものではなく、ZKエコシステムではプロジェクトごとに使用するZK証明システムが異なります。KZGコミットメントベースのものもあればFRIベースのものもあり、基本的にどれも異なります。
ハードウェアメーカーとして、Cysicとしては、皆が特定のZK証明システムに統一されることを強く望んでいます。そうすれば、そのシステムに特化して最適化を進め、最大限の加速比を実現できます。現状のように多様化していると、ZKアクセラレーションにとっては非常に不利です。
Marco：アルゴリズムの改良とパフォーマンス最適化の両面で、課題と機会が共存していると感じます。昨年のZPrize競技会でMSMの最良GPU実装を見ると、2023年のZPrizeでStorSwiftとyrridが2^20のデータ量を計算するのに360ミリ秒以上かかっています。これをさらに桁違いに短縮できれば、ZKの普及は容易になります。前のゲストが指摘したように、証明システムの不統一はハードウェアアクセラレーションにおいて大きな懸念です。投資対効果を考慮して、各プロジェクトは大きな投資をためらっています。
Leo：今年のZPrize MSMアクセラレーション部門のアーキテクトでもあります。今年は昨年と比べて約20〜30％の性能向上がありました。しかし、MSMはZK証明生成の他のモジュールと相互作用が必要であり、PCIeの効率がデータ転送のボトルネックとなります。昨年、非常に強力なFPGAマシンを開発し、2^26規模のMSM計算を約10ミリ秒で完了しました。これが理論上の最高速度ですが、それでも真のリアルタイムZK証明生成には至らず、多くの計算手順は依然として数分かかります。私たちが考える「リアルタイム生成」とは、任意のZK回路の証明生成時間を1〜5秒程度に抑えることであり、これにはさらに優れた方法が必要です。
5. Faust：Prover MarketやZKマイニングにおけるマイナーの収益モデルについて、皆さんはどう考えますか？
Leo：マイナーの主な収益源はプロジェクト側のトークンです。例えばScroll、Zksync、Starknetなどでは、マイナーの収益はプロジェクトのトークン価格に大きく左右されます。長期的には大きな市場になると見込んでおり、特にビットコインの半減期後は、ZK関連のハードウェアやZKマイニング市場は徐々に拡大していくと考えています。
Vincent：ScrollではProverMarketについて一定の研究を行っています。ProverMarketの規模はZKプロジェクトの数と需要に依存します。ますます多くのプロジェクトがゼロ知識証明技術を採用するにつれ、Proverへの需要も増加するでしょう。これは相乗効果を持ち、ゼロ知識証明技術の普及がProverMarketの成長を促進するのです。
汎用性の観点では、Snarkアルゴリズムなど、さまざまなアプリケーションやアルゴリズムにZKハードウェアアクセラレーションの需要があります。しかし、ZKシステムの統一が可能かどうかは、すべてのZKプロジェクトをカバーできる汎用的なユースケースを開発できるかどうかにかかっています。計算資源の配分を評価・最適化し、リソースの分散による小規模プロジェクトの不足や、すでに強力な計算能力を持つプロジェクトによるリソース集中を防ぐ必要があります。
Marco：Aleoの視点から言えば、Prover Marketの設計も検討しています。もしプライバシー送金をしたい場合、自分でZKPを計算するのは非常に遅く時間がかかるため、誰かに代わりに計算してもらいたい。その見返りに支払いをするわけですが、既にいくつかの製品が提案されています。しかし鍵となる問題はセキュリティです。他人にZKPの計算を依頼するにはデータを渡さなければならないため、プライバシー漏洩のリスクがあります。現在、こうした問題を解決するための提案がいくつか検討されています。
6. Faust：最後に、CKB/Nervosパブリックチェーンの共同創業者Jan氏が以前提起した問題です。LumozやPolygonもProver Marketの概念を提唱していますが、そこにはマタイ効果があります。つまり、他の人よりも高性能なハードウェアを持つマイナーは常に最初にZK証明を生成でき、ほとんどすべてのマイニング報酬がわずか数人の大規模マイナーに集中してしまう。各位は、マイナー間の証明生成効率の差が大きすぎる問題をどう解決すべきだと考えますか？
Leo：これは永遠のテーマ、すなわち効率と公平のバランスをどう取るかということです。段階によって対応を変えることができます。初期段階では効率を重視し、より高品質で迅速なサービスを提供することで、より多くの顧客を引き付け、雪だるま式に成長していくことが可能です。雪だるまが大きくなってきたら、次第に公平性にも注力できます。Cysic自身のハードウェアもすでに出荷を開始しており、そのタイミングで比較的コストパフォーマンスの高いハードウェアを購入することで、他者と同等の効率を達成できるようになります。
プロトコル設計の観点からも調整が可能です。各ハードウェアの速度が十分に向上した段階で、例えばaが最速、bが第二、cが第三のグループだと仮定します。ここでa、b、cはそれぞれ複数のマイナーのグループかもしれません。スケジューリングによって、やや遅いグループでも参加可能にし、利益を得られるようにできます。
もちろん、公平性を強制することはできません。投資額が大規模マイナーのProverに比べて低いのであれば、大きな利益を得るべきではないという公平性の観点もあります。これが今後私たちが採用する設計哲学です。
Marco：これは非常に難しい問題です。PoWの観点から言えば、参入障壁を下げたいと考えます。例えばAleoのtestnet3では、4090でもmobileでも同じproofを計算でき、報酬は能力に応じて分配されます。実際のビジネス需要に対応する場合は、速くて高品質な結果を求め、先に計算できた者が報酬を得るのが自然です。大規模マイナーがハードウェア競争を行うことは、ZK需要側にとってメリットがあります。しかし、本当に公平性を解決するのは非常に困難です。
Lynndell：この問題は自然に任せればよいと思います。ビットコインも同様で、計算能力の大きい者やマイニングプールが多くの報酬を得ます。一般ユーザーはほとんどチャンスがなく、計算能力をプールに提供するしかありません。ZKの場合もほぼ同じで、計算能力に依存するため、自然な流れに任せるのが良いでしょう。
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