コプロセッサとは何ですか？

Celer NetworkおよびBrevisの共同創設者であるMo Dongは、単純に言えば、コプロセッサは「スマートコントラクトにDune Analyticsの能力を与えるツール」であると考えています。

簡単に言えば、現在の一般的なスマートコントラクトは履歴データにアクセスできません。例えば、リクイディティ・マネジメント・プロトコルに取り組んでいる間、リクイディティ・プロバイダーがAMMの価格帯をどれだけの頻度で、どのくらいのコストで超えたかを計算するために、過去の価格データが必要でした。The Graphのようなチェーンホスティングのインデックスサービスに頼らざるを得ませんでしたGraphQL API, なぜなら、集計、検索、およびフィルタリングのタスクは契約の相互作用だけでは実行できないからです。実際、標準のブロックチェーン取引データをインデックス化すること自体が困難であり、基本情報以上の複雑なデータを読むことはなおさら困難です。

流動性管理プロトコルに関して、既存のテストプールやユーザープールの過去のパフォーマンスを評価するには、チェーンホストされたインデックスサービスのAPIを使用する必要があります。このデータはその後、Excelで手動で計算されます。このプロセスを簡略化し、Dappスマートコントラクトに直接このデータを集約、フィルター、分析する機能を提供するサービスはありますか？コプロセッサは、この問題を解決するために設計されています。

なぜそれをコプロセッサと呼ぶのですか？

初期のコンピュータシステムでは、CPUプロセッサはしばしば基本的な操作しか行えませんでした。性能を向上させるために、浮動小数点演算など特定の種類のコンピューティングタスクを実行するために専用の「コプロセッサ」とペアにする必要がありました。

今、私たちはイーサリアムを巨大なスーパーコンピュータと考えることができます。世界中のスマートコントラクトは、現在のブロックからのオンチェーンデータにのみアクセスでき、取引記録や口座残高の変更などの過去のデータにはアクセスできません。これは、イーサリアムの設計がスマートコントラクトがこの過去のデータにアクセスする方法を提供していないためです。

履歴データにアクセスしてその信頼性を確保するには、履歴レコードを現在のブロックにリンクする暗号化方法が必要です。しかし、この証明をスマートコントラクトで直接計算して検証するには、時間とコストがかかる場合があります。あるいは、ストレージノードを介してクエリを実行することもできますが、スマートコントラクトはそれらと直接対話できず、信頼性の問題があります。では、この信頼の問題を解決し、検証可能な計算を可能にするにはどうすればよいでしょうか。言い換えれば、計算自体を再実行することなく、第三者が計算の結果の正確性を直接検証できるようにするにはどうすればよいでしょうか。解決策は、初期のコンピューターシステムに似たコプロセッサにある可能性があります。イーサリアム上のスマートコントラクトの計算能力を拡張し、履歴データにアクセスして複雑な計算を実行する新しい機能を与えることができます。

コプロセッサーは通常どのように動作しますか？

一般的に、Ethereumのデータを検証するコプロセッサの主要なワークフローは次のようになります:

1. サービスを介してオフチェーン環境で過去のデータをクエリし、関連する計算を実行します;

2. そのサービスは、その運営が信頼できることを証明するための何らかの証拠を生成します。

3. 開発者のdappは、Ethereumに展開されたコプロセッサ契約とやり取りし、証明を検証します。

4. 協同プロセッサ契約とのやり取りを経て結果を検証した後、dappは信頼を置かずに必要な過去データに直接アクセスできます。

CoprocessorまたはBroad Verifiable Computation Spaceのプロジェクト

このセクションでは、コプロセッサスペースの主要な技術スタックと主要プレイヤーの競争上の優位性を主に分析しています。

アクシオム

共同プロセッサー領域の先駆者であるAxiomは、オンチェーンデータインフラを構築して、スマートコントラクトとのオンチェーンデータの相互作用を簡素化しています。 Axiomはまた、共同プロセッサーの概念を導入したことでも知られています。この記事の後半では、Axiomを例にとり、彼らの共同プロセッサーがどのように機能するかについて詳しく説明します。

ラグランジュ

Lagrangeは、クロスチェーンの状態証明と並列処理技術に焦点を当てています。彼らの証明は、zkBridgeやIBCのようなクロスチェーンメッセージングプロトコルに依存せずに、クロスチェーン検証を実現することができます。LagrangeのParallel Proverは、再ステーキングを含む製品に適しており、RaaS（Rollup as a Service）エコシステムでの地位を確固たるものにしています。

連続した証明とは異なり、並列証明は数千のスレッドにワークロードを同時に分散できます。さらに、EigenLayerでの再ステーキングによってそれらを安全に保護できます。言い換えれば、この並列コンピューティングと並列証明のアプローチにより、より優れた水平スケーラビリティが可能となります。

実世界のユースケースの1つは、ラグランジュのアプリケーションがAltLayerにあります。AltLayerはRestaked Rollupのためのアクティブな検証サービスを提供し、開発者が分散型シーケンスの実装とRollup状態の正確性を効率的に検証できるよう支援しています。2024年3月、ラグランジュはAltLayerと提携し、Rollupの共同処理のために並列プルーバを利用しました。これにより、AltLayerのRaaS顧客向けに検証可能で信頼できるオンチェーンデータと計算結果が保証されます。

ヘロドトス

Starkware/Starknetエコシステムに密接に関連しているHerodotusは、Snapshotなどのプロジェクトと提携しています。彼らは自分たちのコプロセッサシステムを「Storage Proof」と呼び、これはZKプルーフと組み合わせて、異なるEthereumレイヤー間でのクロスレイヤーデータアクセスを可能にします。

ソース：ヘロドトスのウェブサイト

ストレージ証明システムは、3つのコンポーネントで構成されています:

1. インクルージョンプルーフ：データが実際にEthereumのデータ構造内に存在することを確認します。
2. 計算の証明：データ変換やその他の操作を含む複数段階のワークフローの妥当性を検証します。
3. ZKプルーフ：すべての基礎データを処理せずに、スマートコントラクトが証明の妥当性を確認できるようにします。Ethereumアーカイブノードのすべてのオンチェーンデータは、ストレージプルーフシステムを使用して証明できます。

他のコプロセッサと同様に、ストレージ証明システムはオフチェーンで生成され、チェーン上で検証されるため、チェーン上のリソース消費を最小限に抑えます。また、イーサリアムのレイヤー間で転送されるデータ量を減らし、検証のためにブロックハッシュまたはアキュムレータルートのみを送信します。

ブレビス

Celer Networkによって開発されたBrevisは、ZK coprocessorsを含むさまざまなオンチェーンデータサービスを構築するためのインフラストラクチャです。Mo DongとQingkai Liangによって設立された相互運用プロトコルであるCeler Networkは、2019年にIEO（Initial Exchange Offering）で400万ドルを調達しました。

Celer Networkが展開していますブレビス契約オンチェーン。このコントラクトは、コプロセッサリクエストからの証明を検証し、その結果をコールバック関数を介してdappのコントラクトに中継します。開発者は、Brevis SDKを活用して、dappがオンチェーンの履歴データに簡単にアクセスできるようにすることができます。SDKは複雑な回路を抽象化し、開発者がZK証明の事前知識を必要としないようにします。Brevis SDKは、Consensys Lineaチームが開発したgnarkフレームワーク上に構築されています。さらに、BrevisはEthereumのZKライトクライアントをサポートしており、任意のEthereum EVM互換ブロックチェーンからのオンチェーンデータと連携できます。

ソース：Brevis ドキュメント

Celer Networkは現在開発中ですコーチェーン、Brevisを基盤としたRaaSエコシステムに焦点を当てたブロックチェーンです。coChainは、Proof-of-Stake（PoS）コンセンサスアルゴリズムをベースとしたブロックチェーンであり、Ethereumのステーキングおよびスラッシングサービスを提供できます。スラッシングとは、Ethereum PoSエコシステムにおいてルールに違反するバリデータを罰するプロセスであり、罰金や状態の変更を含みます。歴史的に、Ethereumステーキングエコシステムにおけるスラッシング率は非常に低く、データの提案バリデーターの約0.04%しかスラッシュされていません。

coChainのユニークな機能は、コプロセッサの結果の生成をイーサリアムのステーキングの報酬や罰則とリンクさせることです。以下がそのプロセスです:

1. スマートコントラクトはコプロセッサリクエストを送信し、PoSコンセンサスメカニズムがコプロセッサ結果を生成します;
2. PoS生成された結果は、「提案」としてブロックチェーンに提出され、ゼロ知識（ZK）証明によって「挑戦」される可能性があります;
3. ZKプルーフチャレンジが成功した場合、ステーキング中の検証者の不正行為を示し、それに応じて検証者のステークが直接イーサリアム上で減額されます。逆に、PoS生成された結果が異議申し立てを受けずに残る場合、DappはZKプルーフのコストをかけることなく、協調プロセッサの結果を直接利用できます。この「楽観的」なプルーフチャレンジのアプローチは、Optimismと同様にコストを低く抑えます。

全体的に、coChainのアプローチは、コプロセッサの信頼/検証インセンティブをイーサリアムのステーキングエコシステムと組み合わせています。将来的には、ZKコプロセッサの証明コストを削減するためにEigenLayerと統合される予定です。

ネクサス

Nexus zkVMは、オンチェーンの計算結果を検証することができます。そのユニークな機能は、折りたたみ技術に基づいたZKプルーフを検証する能力です。2022年に設立されたNexusは、zkVM領域の別のプレイヤーです。詳細はまだ広く開示されていませんが、創設者のDaniel Marin（前職はGoogleでの経験を持つStanford卒業生）が公表しました初期の研究論文スタンフォード・ブロックチェーンクラブを通じて。

ZK折りたたみ技術は、zkVMソリューション内の有望な分野と見なされています。 Nexus zkVMは、折りたたみ証明と蓄積スキームの両方の検証をサポートしています。それはスケーラブルで、モジュラーで、オープンソースのzkVMを目指しています。彼らの技術スタックには、Incremental Verifiable Computation（IVC）に基づく大規模並列化証明集計メカニズムと、Nova、CycleFold、SuperNova、およびHyperNovaなどのさまざまな折りたたみスキームが含まれています。彼らはまた、Nexus zkVM上に構築された大規模並列化証明マイニングネットワークであるNexus Networkを開発しています。

ソース：Nexusドキュメント、Nexus zkVMアーキテクチャ

コプロセッサートラックにおける技術的アプローチと競争上の優位性の比較表

異なるプロジェクトは、さまざまなエコシステム（Ethereum EVM、RaaS、クロスチェーン、Ethereumクロスレイヤー）に基づいて、異なる技術スタックを選択しています。異なる証明方法（Rollup vs ZK）やZK証明内の異なるソリューション（zk-SNARK、折りたたみ証明、蓄積スキームなど）に基づいています。それぞれが競争上の利点に関して強みと弱みを持ち、最終的に異なる製品形態を提示しています：インタラクティブオンチェーン契約、SDK、およびステーキング検証ネットワークや大規模検証ネットワーク向けに設計されたネットワークなど、さまざまな目的のために設計されています。

出典: By Author

コプロセッサーの特定の操作：アクシオムの場合

なぜアクシオムを選ぶのですか？

アクシオムは、イーサリアム向けに構築されたZK証明コプロセッサです。これにより、スマートコントラクトが過去のオンチェーンデータにアクセスし、ZK証明技術を介してオフチェーン計算の信頼性を確保することができます。アクシオムは2022年にジョナサン・ワンとイーサンによって設立されました。2024年1月25日、アクシオムTwitterで発表されましたParadigmとStandard Cryptoが主導するシリーズAラウンドで2000万ドルを調達したことを発表した。これは、"コプロセッサ"の概念を提案した最初のプロジェクトであり、また、この分野で最もベンチャーキャピタルの支援を受けたプロジェクトの1つでもある。

ソース：アクシオム公式Xアカウント

アクシオムの歴史

2017年、Yi SunはMITで数学の博士号を取得し、一定期間、ハイフリークエンシートレーディング企業で働いていました。彼は暗号通貨の分野に没頭し、ZKプルーフがブロックチェーンのスケーラビリティの鍵であることを実感しました。しかし当時、ZKテクノロジーはまだ初期段階にあると考えており、そのため彼はこの分野を引き続き観察することを選択しました。ZKテクノロジーが2021年末になって急速に普及し始め、インフラストラクチャや開発ツールが徐々に成熟していったのです。さらに、Yi SunはDeFiプロトコルを構築する際に書いたスマートコントラクトで歴史データにアクセスできない問題に直面しました。これらすべての要因がAxiomの誕生につながりました。

アクシオムはどのZKプルーフテクノロジーを使用していますか？

Axiomは現在、Halo2とKZGのバックエンド、およびlookup tables（LUTs）などのZK証明ツールに基づいたSNARK証明システムを使用しています。過去、ZK証明は複雑で監査が困難でした。lookup tablesとは、値が存在することを検証者に効率的に証明するための事前計算値のセットです。

Axiom V2の動作原理

2024年1月、Axiom V2 がEthereumメインネット上で稼働開始し、スマートコントラクトから取引、受領、契約保管、ブロックヘッダーなどのデータへのアクセスをサポートしています。これにより、Ethereumメインネット上のすべての過去データへのアクセスが可能になりました。

Axiomが開発したSDKツールを使用すると、開発者はTypescriptでAxiom回路を記述してデータ要求を発行し、計算をカスタマイズすることができます。 Axiomは、スマートコントラクトがオンチェーンデータにアクセスしやすくするため、先駆けています。

1. 開発者はAxiom Typescript SDKを使用して、Axiom回路を記述し、Ethereumの過去データに対するZK検証計算リクエストを発行します;

2. Axiomは要求された計算を実行し、データと計算結果の正確性を証明するZKプルーフを生成します;

3. 開発者は、ZKプルーフの結果とともにアクシオムから送信されたデータを検証および実行するために、スマートコントラクトにコールバック関数を実装します;

4. アクシオムは、チェーン上でトランザクションを送信してクエリを行い、返された結果はZKプルーフによって暗号化され、その信頼性を確保しています。

しかし、ヘロドトスとは異なり、アクシオムは現在、他のイーサリアムEVMネットワークやL2ネットワークからの歴史的データのクエリをサポートしておらず、イーサリアムメインネットに焦点を当てています。関連する機能の将来のサポートは排除されていません。

Axiom V2の応用

アプリケーションレイヤーでは、Axiomは、dappsが次の機能を実装するのを支援することができます：

• ユーザーのオンチェーンアクティビティレコードに基づいて報酬とロイヤルティプログラムを提供します
• ユーザーのオンチェーン動向に基づいて責任を実施する
• アイデンティティ、ガバナンス、および決済ニーズに応じてカスタマイズ可能なオラクルを設定します

結論

現在の協力プロセッサースペースのリーダーであるAxiomは、Succinctなどのライトノードプロジェクトと補完的な関係にあります。 Succinctは、Ethereumの合意そのものを証明しようと試みていますが、Axiomは合意に基づいたオンチェーンの歴史的データを証明しようとし、合意結果が受け入れられると仮定しています。

ZKプルーフの分野は、折り返し証明、蓄積スキーム、大規模ルックアップテーブルなどの革新的な発明によって急速に発展しています。この成長により、Nexusのようなプロジェクトが注目され、ZKプルーフ技術の最新の進歩をサポートしています。ZKプルーフが主流になる一方で、Lagrangeのような他のプロジェクトも、並列プルーバを介してRollupのための証明を提供することで、市場のニーズを満たすことに注目されています。

さまざまな知識証明のパフォーマンス向上により、そのサイズと検証コストが縮小されています。これにより、潜在的な使用範囲が拡大しています。この文脈において、モジュール化によって提供される柔軟性が認識されており、特にコプロセッサ空間内で注目されています。