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ZK Bridges: ゼロ知識証明はクロスチェーンの世界にどのように力を与えますか?
著者: ScalingX
スマートコントラクトや中央カストディアンに保存されている資産を保護する必要があるため、クロスチェーンブリッジのセキュリティを確保することは重要な課題です。ただし、zk-SNARKs テクノロジーをクロスチェーンブリッジの設計に導入すると、分散化とセキュリティに関連する問題を効果的に解決できます。
急速に発展しているブロックチェーン技術の分野では、多くのプロトコルが提案され、実装されていますが、各プロトコルは、計算による作業証明（Proof-of-Work）からインセンティブベースのプルーフ・オブ・ステークまで、異なるコンセンサス手法を採用しています。等ブロックチェーンの初期の頃から、コンセンサス、セキュリティ、プログラミング言語などのさまざまな側面におけるプロトコルの違いにより、流動性と資産は異なるチェーン間で徐々に分散してきました。クロスチェーンブリッジはこの問題の解決策となり、断片化を軽減し、さまざまなブロックチェーン間の流動性を統合できます。このようなクロスチェーン ブリッジ プロトコルの 1 つがワームホールです。これは、Solana や Ethereum などの異なるスマート コントラクト ブロックチェーン間での暗号通貨や非代替トークン (NFT) の流通を促進します。
クロスチェーンブリッジの現在のリスク
クロスチェーンブリッジは非常に難しい場合があります。スマートコントラクトや中央カストディアンに保存されている資産を保護する必要があるため、クロスチェーンブリッジのセキュリティを確保することは重要な課題です。ブリッジ資金は一元的に保管されているため、歴史的にハッカーの標的となってきました。進化し続けるブリッジの設計により、攻撃者が新たな脆弱性やエクスプロイトを発見する機会も生まれます。 2022 年、セキュリティ修正が Github にアップロードされた後、ワームホールがハッキングされ、3 億 2,500 万ドルの損失が発生し、ハッカーは成功後に資金を持ち去りました。チェイナリシスは、クロスチェーンブリッジ攻撃が2022年に盗まれた資金総額の69％を占めると報告している。
画像クレジット Chainaracy
画像クレジット DEFIYIELD
もう 1 つの課題は、パフォーマンスの低下と中央エンティティへの依存です。現在のクロスチェーン ブリッジはスケーラビリティの問題に直面しています。 2 つのチェーンの状態を更新および調整するために、クロスチェーン ブリッジは大量のコンピューティング能力とストレージ容量を必要とし、その結果、大幅なオーバーヘッドが発生します。この負担を軽減するために、一部のクロスチェーンブリッジは、限られたバリデーター（または単なるマルチシグホルダー）のみが状態転送を承認する委員会スタイルのアプローチに切り替えています。ただし、このアプローチでは脆弱性や潜在的な攻撃にさらされます。
これらの問題により、開発者は代替ソリューション、特にゼロ知識暗号を利用したソリューションを探すようになりました。これらの方法のうち、zk-SNARKs テクノロジーを使用すると、ネットワークの拡張性を確保しながら委員会モデルが不要になります。
zk-SNARKs テクノロジーに基づくクロスチェーンブリッジ
現在、いくつかのプロジェクトが、さまざまなエコシステムや開発段階にわたって、ZK テクノロジーに基づくブリッジ ソリューションを開発しています。
これらの取り組みは、zk-SNARKS テクノロジーを活用して、クロスチェーンブリッジの設計に革命をもたらします。ただし、これらすべての方法を正常に実装するには、重要な要件はライト クライアント プロトコルです。ライト クライアント プロトコルは、フル ノードに接続し、ブロックチェーンとの対話を容易にするソフトウェアです。このプロトコルにより、ノードは確認されたブロックチェーン状態のブロックヘッダーを効率的に同期できるようになります。
zk-SNARKs テクノロジーをクロスチェーンブリッジに適用すると、2 つの主な課題が発生します。まず、ロールアップと比較して、クロスチェーン ブリッジはより大きな回路サイズを必要とします。第 2 に、オンチェーン ストレージとコンピューティングのオーバーヘッドを最小限に抑えるという問題に対処する必要があります。
簡潔なラボ
Succinct Labs は、イーサリアム 2.0 の PoS (プルーフ オブ ステーク) コンセンサス用のライト クライアントを開発し、Gnosis とイーサリアムの間に信頼を最小限に抑えたクロスチェーン ブリッジを構築しています。このクロスチェーン ブリッジは、zk-SNARKS の効率を利用して、チェーン上でコンセンサスの有効性証明を簡潔な方法で検証します。
この設定には、27 時間ごとにランダムに選択された 512 人のバリデーターからなる同期委員会が含まれます。これらのバリデータは、割り当てられた期間内に各ブロック ヘッダーに署名する責任があります。 2/3 を超えるバリデーターが各ブロックヘッダーに署名した場合、イーサリアムの状態は有効であるとみなされます。検証プロセスには主に次の検証が含まれます。
基本的なコンセプトは、ライト クライアントが zk-SNARK (Groth16) を利用して、Gnosis チェーン上で効率的に検証できる一定サイズのプルーフ (有効性の証明) を作成するというものであるため、このプロセスには多大な計算コストがかかります。証明はオフチェーン計算によって生成されます。これには、バリデーターとその署名を検証するための回路の構築と、zk-SNARK 証明の生成が含まれます。その後、プルーフとブロック ヘッダーが検証のために Gnosis チェーン上のスマート コントラクトに送信されます。
zk-SNARK を採用すると、ストレージのオーバーヘッドと回路の複雑さが軽減され、それによって信頼の仮定が軽減されます。それにもかかわらず、このアプローチは特にイーサリアム 2.0 コンセンサス プロトコルと EVM 向けに最適化されており、他のブロックチェーン ネットワークへのさらなる適応が必要になる場合があります。
ちょうど今年の 7 月、Succinct Labs は重大な発表を行い、Gnosis Omnibridge のセキュリティを強化するために、同社の Ethereum ZK ライト クライアントがメインネットに正式に統合されたことを確認しました。この統合により、Succinct Labs は Gnosis Omnibridge の保護を担当することになります。Gnosis Omnibridge の総価値ロック (TVL) は現在 4,000 万ドルを超え、これまでに 15 億ドル以上のステーブルコイン資産フローを促進してきました。
zkIBC by Electron Labs
Electron Labs は、アプリケーション固有のブロックチェーンのフレームワークである Cosmos SDK エコシステムに由来するクロスチェーン ブリッジを構築しています。そのクロスチェーンブリッジは、IBC (チェーン間通信) テクノロジーを利用して、フレームワーク内で定義されたすべての独立したブロックチェーン間のシームレスな通信を可能にします。
ただし、Cosmos SDK のライト クライアントをイーサリアムに実装することは困難を伴います。 Cosmos SDK で使用される Tendermint ライト クライアントは、イーサリアム ブロックチェーンではネイティブにサポートされていないツイスト エドワーズ曲線 (Ed25519) で動作します。したがって、イーサリアムの BN254 曲線上の Ed25519 署名を検証するのは費用がかかり、非効率的です。この障害を克服するために、Electron Labs は zk-SNARKs テクノロジーに基づくソリューションを開発しています。このシステムは、署名の有効性のオフチェーン証明を生成し、その証明をイーサリアム チェーン上でのみ検証することで、この問題を効果的に解決します。
このアプローチを採用することで、追加の信頼仮定の導入を回避しながら、Cosmos SDK の Ed25519 署名を Ethereum ブロックチェーン上で効率的かつコスト効率よく検証できます。ただし、このアプローチで直面する可能性のある潜在的な問題の 1 つは遅延です。 Cosmos SDK でのブロック生成速度は 7 秒であり、この速度に対応するには、プルーフ時間を大幅に短縮する必要があります。 Electron Labs は、複数のコンピューターを使用して証明を同時に生成し、それらを 1 つの zk-SNARK 証明に結合することで、この問題を解決する予定です。
zkBridge by Polyhedra Network
業界をリードする他の 2 つのゼロ知識証明ベースのクロスチェーン ブリッジ構造と比較して、zkBridge はそのプラットフォーム上で複数のアプリケーションの開発を容易にする、柔軟で多様なフレームワークで際立っています。 zk-SNARK を効果的に使用して効率的な通信プロセスを確立し、証明者が送信チェーンで特定の状態遷移が発生したことを受信チェーンに納得させることができます。 zkBridge フレームワークは、2 の主要コンポーネントで構成されています。
画像ソース多面体ネットワーク
zkBridge と他の業界をリードするアプローチの主な違いは、zkBridge がリレー ネットワーク内に正直なノードの存在のみを必要とし、zk-SNARK の信頼性を前提としている点です。
この構築における重要な進歩は、zk-SNARK である Virgo 証明者 (deVirgo) の並行使用にあり、これは新しい分散証明システムを導入して証明生成プロセスを高速化し、再帰的証明を使用してオンチェーン証明検証を削減します。のコスト。 deVirgo は、GKR プロトコルと多項式コミットメント スキームを利用して、複数の署名を検証する回路の証明を生成します。その後、deVirgo 証明は Groth16 証明者によって圧縮され、ターゲット ブロックチェーン上の更新コントラクトによって検証されます。これらの証明システムを組み合わせることで、zkBridge は外部の信頼仮定に依存せずに効率的なクロスチェーン通信を可能にします。
zkBridge のメインネット アルファ バージョンは 2023 年 4 月にリリースされ、現在、BNB チェーン、イーサリアム、アービトラムなど、複数の L1 および L2 ブロックチェーン ネットワーク間のクロスチェーン相互運用性を促進しています。 2023 年の ETHCC パリ zkDAY イベントで、Polyhedra Network の CTO、Tiancheng Xie 氏は、メインネットの立ち上げ以来、このプロトコルが毎日 50,000 人以上のアクティブ ユーザー、月間 800,000 人以上のアクティブ ユーザーを魅了していることを強調しました。
モジュール式アーキテクチャにより、zkBridge は開発者とユーザーに広大な可能性をもたらします。これらの可能性には、トークンのブリッジングとスワッピング、メッセージ パッシング、異なるブロックチェーン ネットワーク間の状態変化に適応する計算ロジックが含まれます。
要約
zk-SNARKs テクノロジーをクロスチェーンブリッジ設計に組み込むことで、分散化とセキュリティに関連する問題を効果的に解決できます。ただし、回路規模が大きいため計算上のボトルネックも発生します。相互運用性への注目が高まるにつれ、より多くの開発者が安全でスケーラブルなクロスチェーン ブリッジ テクノロジーの開発に熱心に取り組むようになると考えられています。これらの進歩は、ZK テクノロジーの全体的な進歩と応用にプラスの影響を与えることが期待されます。そのため、近い将来、研究、革新的な実装、およびクロスチェーンアプリケーションの幅広い採用が大幅に進歩すると予想されます。