RISC Zero 製品マトリクスの解説：イーサリアムをZK化する未来へどのように貢献するか？
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RISC Zero 製品マトリクスの解説：イーサリアムをZK化する未来へどのように貢献するか？
最近、RISC Zero zkVMはバージョン1.2をリリースし、従来とは異なる新しいプリコンパイル方式を導入しました。これにより、開発者はプリコンパイルロジックをzkVM自体に内蔵することなく、アプリケーションと一緒に展開できるようになりました。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：LINDABELL
最近開催されたDevcon会議にて、イーサリアム財団のコアメンバーであるJustin Drake氏が、zkSNARKおよびzkVM技術を用いてイーサリアムのコンセンサス層をアップグレードするBeam Chain提案を発表した。この提案はネットワークのスケーラビリティ、セキュリティ、効率性の向上を目指しており、そのビジョンによって再びzkVMの重要性が注目されている。zkVMは汎用ゼロ知識仮想マシンとして、従来のスマートコントラクトロジックに依存せず、より柔軟かつ効率的に複雑な計算処理を行うことができる。
こうした潮流の中で、RISC Zero、Succinct、Cysicなどのプロジェクトは、この分野における革新を推進する重要な存在と見なされている。特にRISC Zeroは、RISC-Vアーキテクチャに基づくzkVMを基盤とし、Zeth、Kailua、Bonsaiといった一連のオープンソースツールを開発している。これによりブロック検証やRollupのパフォーマンスを向上させるとともに、イーサリアムのZK化によるアップグレードにも技術的支援を提供している。
RISC zkVMエコシステム製品マトリクス：コア技術から実用応用まで
RISC ZeroはRISC-V命令セットアーキテクチャに基づくzkVMの実装であり、汎用ゼロ知識計算プラットフォームとして、RustやC++など主要なプログラミング言語をサポートし、事実上任意の計算タスクを実行できる。他のゼロ知識技術プラットフォームと比較して、RISC Zeroのプローバーおよびバーファイアーは完全にオープンソースであり、開発者はローカル環境で証明の生成・検証が可能である。さらに、RISC Zeroのバーファイアーは複数のプラットフォームと互換性があり、異なるブロックチェーンエコシステムに適応でき、DAppsの開発プロセスを簡素化している。
今年6月、RISC ZeroはzkVM 1.0をリリースした。zkVM 1.0は多言語および複雑な計算タスクをサポートするだけでなく、「Continuations」技術を活用して大規模な計算を複数の小セグメントに分割し、効率的な並列計算と検証を実現している。ロードマップによれば、RISC Zeroは2024年末までにzkVMのパフォーマンスとコストを20倍改善することを目指しており、具体的には証明プロセスをGPUに完全移行（現在80％完了）、新型RISC-V v2回路設計の導入、再帰回路向けの最適化などを進めている。また、RSA、Keccak、ECDSAなどのアルゴリズムに対するアクセラレーションモジュールも統合中であり、イーサリアム関連タスクや暗号操作のパフォーマンス向上を図っている。
zkVMのコア機能を中心に、RISC Zeroは一連のオープンソースツールや製品も開発している。例えば、Bonsaiネットワークを通じて証明サービスを提供することで、専用ハードウェアなしでゼロ知識証明を生成できるようになっている。Steelツールを使えば、複雑なEVM計算をオフチェーン環境で実行しつつ結果の検証可能性を維持でき、オンチェーン実行コストを削減できる。一方、Blobstream ZeroはCelestiaのデータ可用性層とブリッジ接続することで、モジュラー型ブロックチェーンエコシステム内でのデータ共有と検証に新たな可能性を提供している。
Zeth：イーサリアムブロック全体の正当な構築を証明
Zethは、RISC Zeroが自社のzkVM技術を基に開発したオープンソースのイーサリアムゼロ知識ブロックプローバーであり、従来のバリデーターや同期委員会に依存せずに、ゼロ知識証明によってイーサリアムブロックの有効性を検証できる。RISC ZeroはZethをType-0 zkEVMと定義しており、イーサリアムプロトコルと完全に互換性を持ちつつ、コードの再利用を通じて開発効率を高めている。
イーサリアム共同創設者Vitalik Buterin氏は「Different types of zk-EVMs」という記事で、zkEVMを4つのタイプに分類している。Type-1はイーサリアムとの完全かつ妥協のない等価性を目指すもの、Type-2はEVMとの完全等価を目標とするがイーサリアム全体とは完全に一致しない、Type-3はEVMにほぼ等しい、Type-4はイーサリアムと完全に非互換である。
RISC Zero zkVMの高性能により、Zethは数分以内にイーサリアムブロックの検証を完了できる。「継続実行（continuations）」機能を使ってGPUクラスタを拡張することで、ブロック証明の生成速度は1.1 MHzから4.7～6.3 MHzまで引き上げられる。このようなパフォーマンス最適化は証明生成コストの削減にもつながっており、テストによると182件の取引を含むブロックの証明生成コストはわずか21.72米ドルであり、1取引あたり約0.11米ドルとなっている。
Zethの開発過程では、RISC Zeroチームはrevm、ethers、alloyといったRustエコシステムのコンポーネントを積極的に活用しており、開発者が迅速にブロック証明機能を実装してさまざまなシナリオに適用できるようになっている。この設計により、開発者は柔軟性を得られ、ブロック構築ロジックを自由に調整したり、将来のイーサリアム改善提案（EIP）に適応させたりすることが可能になる。
アプリケーション面において、Zethはzk Rollup、ライトクライアント、クロスチェーンブリッジに対して効率的なソリューションを提供している。従来のzk RollupやzkEVMの構築には膨大な時間と資金が必要であり、小規模チームにとっては参入障壁が高い。しかしZethはモジュラー型zkVMアーキテクチャを採用しており、開発者が容易にカスタマイズ可能なブロック検証ロジックを提供している。具体例としては以下がある：
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zk Rollup：Zethは高速なブロック証明を実現し、ZK Rollupの開発サイクル短縮と資金投入の削減につながる。
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ライトクライアント：ブロックを再構築することなくブロックの有効性を検証でき、運用コストを低減できる。
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クロスチェーンブリッジ：ZKPを利用して、オンチェーンの機微情報を漏らすことなくクロスチェーンデータの正確性を検証でき、第三者への信頼依存を減らし、クロスチェーン攻撃のリスクを低減できる。
今年5月、ZethはイーサリアムメインネットからOptimismのブロックデータを抽出し、その正しさをZKPで検証してオンチェーンでも検証可能にするまでに拡張された。つまり、Zethを利用することで、Optimismは取引の検証をより効率的に行い、取引紛争を解決できるようになる。
Bonsai：自身のハードウェアを使わずに証明を生成可能
BonsaiはzkVMアプリケーション専用のリモート証明サービスであり、開発者が自身のハードウェアを使わずに証明を生成できるようにすることで、オンチェーン計算リソースの制限と高コストの矛盾を解決している。Bonsaiを使えば、開発者は実行したいzkVMアプリケーションと入力データを定義するだけでよく、バックエンドでBonsaiが計算を実行し、対応するゼロ知識証明を生成する。このプロセスでは、開発者が追加のハードウェアを展開する必要はない。また、Bonsaiは多数のGPUクラスタを活用しており、複数の計算タスクを並列処理できる。さらに、Bonsaiは使いやすいAPIおよびSDKインターフェースを提供しており、既存システムへの統合が容易になり、開発難易度を大幅に下げている。
このリモート証明サービスを基盤として、RISC ZeroはOAuth2.0認証とZKP技術を組み合わせたオープンソースツールBonsai Payをリリースした。これにより、ユーザーはGoogleアカウントを使ってイーサリアムネットワーク上でトークンの送受信ができるようになる。例えば、AliceがBobに資金を送金したい場合、AliceはBonsai Payに入力してBobのGoogleメールアドレスと送金額を指定する。その後、BobはBonsai Payにログインし、メールアドレスを入力してGoogleアカウントの本人確認を完了する。Bonsai PayはOAuth 2.0を使って認可トークンを生成し、Bobが実際にそのメールアドレスの所有者であることを証明する。次に、Bonsai PayはBonsaiの証明サービスを呼び出し、BobのGoogleアカウントとウォレットアドレスが関連付けられていることを示すゼロ知識証明を生成する。スマートコントラクトがこの証明を検証すると、資金がロック解除され、Bobのウォレットアドレスに送金される。
この一連のプロセスにおいて、Bonsai PayはZKP技術を使って「BobのGoogleアカウントがウォレットアドレスに関連付けられている」という事実を検証しながら、Googleアカウントの具体的な情報は一切漏らさない。
Bonsaiのもう一つの重要な応用がBonsai ZKコプロセッサー（ZK Co-processor）である。これはゼロ知識証明技術を用いて、複雑な計算タスクをオンチェーンからオフチェーンに移転し、改ざん不可能な証明を生成して結果の正確性を保証する。また、Bonsaiコプロセッサーの展開は非常に簡単で、開発者は論理処理を行うzkVMアプリケーションを記述し、シンプルなSolidityコントラクトからBonsaiを呼び出して計算を実行・検証すればよい。このプロセス全体において、Bonsaiの証明サービスがオフチェーン計算のゼロ知識証明を生成し、これらはオンチェーンで検証可能である。
Bonsai ZKコプロセッサーは、高性能と低コストが求められるオンチェーンアプリケーションに適している。例えばDAOガバナンスにおいて、複雑な投票計算をオフチェーンに移転することで、オンチェーンのGas費用を大幅に削減できる。Bonsai DAO Governorはこのコプロセッサーを活用して、1票あたりのGasコストを50％以上削減し、ガバナンス効率を高めるとともに参加の敷居を下げている。
Boundless：検証可能な計算レイヤー
従来のブロックチェーンアーキテクチャでは、取引の有効性を保証するためにすべてのノードが各取引の計算を繰り返す必要がある。「グローバル再実行」と呼ばれるこの方式は安全性と一貫性を確保できるものの、極めて高い計算コストを伴う。この問題を解決するため、RISC ZeroはBoundlessをリリースした。これは単一ノードが計算を実行した後に検証可能なゼロ知識証明を生成し、他のノードはその証明を検証するだけで結果を確認でき、計算を再実行する必要がない。
Boundlessは再帰的結合技術によって検証プロセスを簡素化している。複数の小さなゼロ知識証明を1つの全体証明に統合することで、検証者はすべての段階の証明を個別にチェックする必要なく、単一の総合証明のみを検証すればよい。さらにゼロ知識証明の生成効率を高めるため、Boundlessにはハッシュ計算やデジタル署名検証などの一般的なタスクを最適化する専用暗号アクセラレーション回路が内蔵されている。
また、開発者はBoundlessを使う際にゼロ知識技術の深い知識を必要とせず、RustやSolidityなど馴染みのある言語でアプリケーションを記述できる。現在、Boundlessは開発者に無料でアクセス可能となっており、既存システムを移行したり検証コントラクトを更新したりすることなく、Boundlessが提供するprovingサービスを利用して、あらゆるブロックチェーン上で迅速にゼロ知識アプリケーションを構築・展開できる。
Blobstream Zero：zkVMベースのクロスチェーンブリッジで跨鎖データ検証を簡素化
Blobstream Zeroは、RISC ZeroとCelestiaが共同で開発したzkVMベースのクロスチェーンブリッジであり、Celestiaのデータ可用性層を既存のモジュラー型ブロックチェーンエコシステムにシームレスに接続することを目指している。Celestia上のデータを共有・検証することで、Blobstream Zeroはチェーン間のデータ転送と検証をより容易に実現している。
完全にオープンソースのパブリックグッドとして、Blobstream Zeroはどのプロジェクトや開発者でもローカルインスタンスを実行し、ゼロ知識証明を生成できる。さらに、Blobstream ZeroはZKコプロセッサーのサポートも可能である。ZKコプロセッサーは本質的にオフチェーン計算ツールであるため、信頼できるデータ源が必要となるが、Blobstream ZeroはCelestiaなどのブロックチェーンからデータを取得し、ZK証明を生成することで、転送されたデータの信頼性を保証できる。
Steel：オフチェーン実行・オンチェーン検証という新しいスマートコントラクトパラダイム
SteelはRISC Zeroが開発したオープンソースツールであり、zkVM技術を用いてオフチェーンで検証可能なスマートコントラクト実行を実現している。Steelを利用することで、開発者はEVM操作をオンチェーンからオフチェーンに移行し、同時にゼロ知識証明を生成して計算結果の真実性と検証可能性を確保できる。
従来のスマートコントラクトはすべてのロジックをオンチェーンで完全に実行する必要があり、Gasコストが高く、複雑なアプリケーション開発が制限されていた。Steelのオフチェーン計算・オンチェーン検証メカニズムはこの課題を解決する。例えば、あるアカウントのERC20残高が1以上かどうかを判定し、カウンター変数をインクリメントするシンプルなスマートコントラクトを考える。従来方式ではオンチェーンで全ロジックを実行する必要があるが、Steelではオフチェーンで計算を完了しゼロ知識証明を生成し、オンチェーンではその証明を検証するだけでよく、コントラクトロジックを再実行する必要はない。
現在、RISC ZeroはSteel 1.0をリリースしており、すでにパートナー企業がこのツールを用いてアプリケーションを開発している。例えば、約40万回のSLOAD操作を処理するコントラクト呼び出しにおいて、Steelにより計算をオフチェーンに移行し、その後オンチェーンで生成されたゼロ知識証明を検証した。証明生成コストは10米ドル未満、オンチェーン検証コストは30万Gas未満であった。
Kailua：Rollupアーキテクチャ革新を促進するハイブリッドZK方式
Zethのリリースに続き、RISC ZeroはKailuaを発表した。これはオプティミスティックRollupに対してハイブリッドZK Rollupによるアップグレードソリューションを提供するものである。従来のオプティミスティックRollupは通常7日間のチャレンジ期間が必要で、トランザクションの最終性が遅くなる。一方、ZK Rollupは迅速な最終性を実現できるが、継続的なゼロ知識証明生成コストが高くなる。Kailuaは両者の利点を組み合わせ、ハイブリッドアーキテクチャによってコストと効率のバランスを実現している。Optimism Konaフレームワークの拡張として、Kailuaは変更なしのKonaをzkVM上で動作させるだけでなく、革新的な紛争解決メカニズムを導入し、ステーキング要件を削減して最終性の遅延を減少させることで、システムの効率性と可用性を向上させている。
Kailuaのアーキテクチャでは、紛争メカニズムに全く新しい設計を採用している。まず、紛争解決メカニズムは時間制限を撤廃しており、ネットワーク障害などの特殊状況下でも十分な時間をかけて証明を生成できるため、システムの弾力性が強化される。極端な場合でも、RISC Zero zkVMの拡張アーキテクチャは1時間以内に証明を完了できる。さらに、Kailuaのオンデマンド検証機能により、開発者は検証頻度を柔軟に設定でき、より低コストで徐々に完全検証型Rollupモードへ移行できる。
ZK Rollupとは異なり、Kailuaは継続的な証明生成を必要としない。低頻度の空ブロックや特別なコントラクト要件を持つRollupに対して、Kailuaはよりコスト効率の高い選択肢を提供する。また、KailuaはRollupのステーキングコスト要求を著しく低下させる。従来のオプティミスティックRollupでは、長期の最終性サイクルに伴ってステーキング量が線形に増加するが、Kailuaの最適化設計によりステーキング要件が固定化され、システムは長期であってもより低コストで安全性と活性を維持できる。
現在、Kailuaは完全にオープンソース化されている。開発者はコマンドラインツールを使用してローカルのOptimismテストネットワークを展開し、ZK障害証明をサポートするネットワークに迅速にアップグレードできる。また、Kailuaは障害提案のシミュレーションもサポートしており、開発者がzkVMを通じて検証者がどのように誤った状態に挑戦するかを理解し、紛争解決メカニズムの詳細を把握できる。今後、Kailuaはコストとパフォーマンスのさらなる最適化を進め、より多くのRollupフレームワークへの対応を拡大していく予定である。
まとめ
上記の通り、RISC ZeroのzkVM製品マトリクスは、ゼロ知識証明技術のさまざまな分野での発展を牽引している。ZethとKailuaはRollupアーキテクチャの最適化に焦点を当て、ブロック検証効率と紛争解決速度を向上させている。Bonsaiはリモート証明サービスを提供し、ハードウェア依存と運用コストを削減することで、開発者がより効率的にアプリケーションを構築できるようにしている。Blobstream Zeroはクロスチェーンデータの効率的な検証を通じて、モジュラー型ブロックチェーンエコシステムに信頼性の高い支援を提供している。また、Steelはオフチェーン計算とオンチェーン検証のモデルにより、スマートコントラクト実行のGasコストを削減している。
もちろん、zkVM製品マトリクスの継続的な改善に加えて、RISC ZeroはzkVMの基盤技術革新も継続的に推進している。最近、RISC Zero zkVMは1.2バージョンをリリースし、新しいプリコンパイル方式を導入した。これにより、開発者はプリコンパイルロジックをzkVM自体に組み込むことなく、アプリケーションと一緒に展開できるようになった。つまり、開発者は新しいプリコンパイルロジックを追加する際に、オンチェーン検証コントラクトの修正やプローバー設定の調整、zkVMのフォークや大規模な変更を行う必要がなく、性能最適化を実現できる。さらに、アプリケーション定義型プリコンパイルにより、証明生成の計算コストも削減できる。例えば、AutomataがRSAプリコンパイルを統合した結果、実行サイクルは3900万から21.7万に削減され、コストは約180倍低減された。
zkVM技術の継続的な最適化に伴い、その潜在能力はさまざまな応用シナリオで段階的に発揮されていくだろう。ただし、これらの潜在力をよりよく解き放つためには、エコシステムの協働と技術の実際の展開成果に引き続き依存することになる。
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