なぜイーサリアムはPoW時代に戻るかもしれないと言われているのでしょうか? ZKハードウェアアクセラレーションマイニングの新しいPoWモデルについて話す

Ethereum は ZK ベースになりつつあり、Bitcoin マイニングがハードウェアに依存しているのと同様に、ZK 証明者はハードウェア アクセラレーションを必要とするため、ZK マイニングは新しいタイプの PoW になる可能性があります。

イーサリアムの経済モデルは、最終的には PoS と PoW が共存し、新しい「ハイブリッドコンセンサス」モデルを形成する可能性があります。

次に、上記の仮定の根底にあるロジックを詳しく見てみましょう。

1. イーサリアムはZKベースになりつつある

ZK (ゼロ知識証明) の基本原理は、一方の当事者が他の情報を提供することなく、他方の当事者に対して文が真実であることを証明できるというものです。

これは非常に有望な技術です。

ZKテクノロジーは現在、主にブロックチェーン分野の容量拡張に使用されています。

Vitalik Buterin 氏は ZK テクノロジーを推進してきました。 Vitalik Buterin 氏の希望と意向により、Ethereum Foundation もさまざまな ZK プロジェクトに投資してきました。

ただし、ZK プロジェクトのインフラストラクチャ レイヤーのサイクルは比較的長いため、一般ユーザーが現在直接認識できるのは、さまざまな ZK Rollups、つまり ZK ベースの Ethereum Layer2 ソリューションです。

代表的なものとしては、zkSync、Starknet、Polygon zkEVM、Scroll、Linea などがあります。

これらはすべて、Ethereum の実行層で ZK テクノロジーと統合されています。

イーサリアム自体も徐々にZKベースになりつつあります。

（１）ZKベースのコンセンサスレイヤー（Beam Chain提案など）：コンセンサス操作のZKベースの検証により、コンセンサスプロセスを簡素化および高速化できます。

（２）ZKベースのデータ層：すべての取引データではなく証明のみを保存することで、オンチェーンストレージの要件を大幅に削減できます。

このようにして、Ethereum は分散化とセキュリティを維持しながら、トランザクション処理速度、コスト、プライバシー保護など、ネットワークのパフォーマンスを大幅に向上させることができます。

ZK テクノロジーの導入は、ユーザーの需要の高まりとアプリケーションの複雑性に対応するための、イーサリアム エコシステムの長期的なスケーリング戦略の一部と見なされています。

2. ZK をハードウェアと組み合わせる必要があるのはなぜですか?

上記では ZK の多くの利点について述べましたが、現在 ZK が直面している最大の障害は、ZKP (ゼロ知識証明) を生成する際のパフォーマンスの問題です。

ZK の動作メカニズムは、バリデーターが複数のトランザクションを 1 つの簡潔な証明に統合し、そのトランザクションをメイン ネットワークに送信できるようにすることで、最終的にメイン ネットワークの拡張を実現することです。

しかし、証明を生成するプロセスは時間とエネルギーの点で非常に多くのリソースを必要とするため、ZK にも限界があります。

証明の作成は、累乗、反転、双線形ペアリング計算など、多くの複雑な数学演算が必要になるため、遅くなることがよくあります。

ソフトウェアの最適化だけではパフォーマンスをさらに向上させることはできないため、ハードウェアと組み合わせる必要があります。加速用の専用ハードウェアを使用することで、証明生成速度を元の数時間から数秒にまで向上させることができ、大きな改善が期待できます。

したがって、ZK はハードウェアに依存しており、専用のチップが必要です。

プライバシーコンピューティング、ブロックチェーンの拡張などの分野でのZKP技術の応用が徐々に増加するにつれて、ZKP生成の速度と効率がボトルネックとなり、ハードウェアに対する市場の需要がますます強くなっています。

3. PoS と ZK マイニングを組み合わせるにはどうすればいいですか?

ZKハードウェアアクセラレーションが採用されれば、ハードウェアマイニングが実現でき、新たな経済モデルの出現につながるでしょう。

ZKマイニングとは何ですか?

従来の PoW (Proof of Work) マイニングは複雑な数学的問題を解決することに依存していますが、ZK ハードウェア マイニングは ZKP を迅速に生成する機能です。

PoW マイニングと同様に、参加者は ZKP を生成する速度と効率を競い、最初に有効な証明を生成した参加者が報酬を受け取ります。

PoS と ZK は具体的にどのように組み合わせるのでしょうか?

PoS システムでは、バリデーター (つまりステーカー) がトランザクションを検証し、新しいブロックを提案する責任を負います。 ZK 証明は、ブロックまたは一連のトランザクションの正確性を証明するために使用でき、セキュリティを強化し、検証コストを削減します。

バリデーターは、PoS の義務を遂行しながら、作業の追加証明として ZKP を生成します。有効な ZKP を正常に生成して送信したバリデーターは、既存のブロック報酬に加えて追加の報酬を受け取ることができます。

これは、ETH またはネットワーク内部の何らかの報酬（特定のトークンやガス料金の一部など）である可能性があります。

メインネットのブロック報酬は 2 つの部分に分けられ、階層型報酬システムを形成します。報酬の 1 つの部分は従来の PoS 検証に使用され、もう 1 つの部分は ZK 証明生成におけるノードの貢献に応じて分配されます。

このことから、ZK は PoS 検証の強化として使用でき、ZK マイニングは PoS ステーキングの拡張として使用できることがわかります。

ETH をステーキングして PoS 報酬を獲得するだけでなく、ステーカーは ZK 関連の作業に参加することで追加の報酬を獲得することもできます。たとえば、ステーカーは ZK 証明生成ノードを実行し、ZK テクノロジのアプリケーションをサポートするためのコンピューティング リソースを提供できます。

しかし、これは単なる可能性に過ぎません。 ZK テクノロジーを Ethereum の既存の PoS メカニズムに統合する場合、ZK 証明の役割に対応するために現在の PoS プロトコルを変更または拡張する必要があります。

さらに、ZK 技術の応用を促進しながら PoS のインセンティブ効果が弱まらないように、公正なインセンティブ モデルを設計する必要があります。

4. ZK マイニングは新たなプラスの外部効果をもたらすでしょうか?

イーサリアムが PoW から PoS に切り替えた後、最も批判された点は、この「閉鎖的な」経済システムに外部性が導入されなかったことです。

PoW には外部性があり、エネルギーとハードウェアを必要とするため、ブロックチェーンの経済活動がブロックチェーンの外部にまで広がり、現実世界に影響を与えます。

PoS システムでは、ブロックを検証する資格は主に保有（ステーク）されたトークンの数に基づいており、経済活動は PoW のような大規模なマイニング マシン生産や電力市場などの外部産業を巻き込むのではなく、ネットワーク内でのステーキングとトランザクションに集中しています。

ZK アクセラレーション ハードウェアは、PoW マイニング マシンと同様に専用のハードウェアを必要としますが、PoW はブロックを生成する権利を競うために数学の問題を解くことであり、ZK マイニングは異なるノードが反復的で非効率的な作業を行う必要がなく、トランザクションを検証するための有効な証明を生成することであるため、「非効率的な電力消費」の問題は軽減されます。

5. AIとZKが計算能力を共有する

さらに進むと、ZK コンピューティング パワー市場が出現し、AI コンピューティング パワーと ZK コンピューティング パワーの共有も可能になります。

AI および ZK タスクのコンピューティング ニーズをサポートする包括的なコンピューティング サービスを提供する統合プラットフォームが市場に存在する可能性があります。

ユーザーは、高性能コンピューティングを必要とする AI タスクと ZK 証明生成を必要とするタスクを同じプラットフォーム上で処理できます。

統合はプロトコル レベルでも実行できます。スマート コントラクトまたはプロトコルを作成して、AI コンピューティング パワー プロバイダーも ZK 証明の生成に参加できるようにしたり、ZK テクノロジを使用して AI 計算の結果を検証したりすることができます。

計算能力も動的に割り当てることができます。計算能力リソースは、タスクの要件に応じて動的に割り当てることができます。たとえば、AI タスクの需要が低い場合、これらのリソースを使用して ZK 証明を生成できます。その逆も同様です。

6. ZKハードウェアアクセラレーションの主要プレーヤー

現在、ZK ハードウェア アクセラレーション トラックの主要プロジェクトは Cysic です。

Cysic は、ZKP 生成プロセスを加速するための特定用途向け集積回路 (ASIC)、フィールド プログラマブル ゲート アレイ (FPGA)、GPU アクセラレーション ソリューションの設計と製造に重点を置いています。

Cysic は次の 2 つのハードウェア製品を設計しました。

（1）ZK Air：ノートパソコンの電源アダプター程度の大きさで、RTX 4090 GPU 10基に相当する演算能力を持ち、個人ユーザーに適した軽量のZKデバイス。

（2）ZK Pro：zkRollupやzkMLなどの大規模なZKプロジェクト向けに設計された、RTX 4090 GPU 50個に相当するパフォーマンスを備えたより強力なデバイスです。

Cysic は、ハードウェアに加えて、Plonky2、Gnark、Halo2、RapidSnark などのさまざまな ZKP システムをサポートする一連の CUDA ライブラリも提供しています。これらのライブラリを使用すると、オープン ソース フレームワークと比較して、少なくとも 50% パフォーマンスを大幅に向上できます。

同時に、Cysic には、コミュニティ コンピューティング リソースを統合および管理し、ZK プロジェクト パーティ、コンピューティング パワー プロバイダー、コミュニティ バリデーターを接続し、信頼性の高いコンピューティング パワー ネットワークを形成するために主に使用されるエコシステムである Cysic Network があります。

簡単に言えば、Cysic Network は ZK マイニング プールと SaaS プラットフォームです。

現在、Cysic は複数の zkRollup プロジェクトと協力して、自社製品の実用性と市場の需要を実証しています。

Cysicに加えて、もう一つ非常にユニークなプロジェクトがあります。Scrollです。

意外なことに、「軽蔑され」「悪名高い」Scroll が ZK ハードウェア アクセラレーションの最前線に立っています。

他の ZK Rollup プロジェクトと比較すると、Scroll はハードウェアから始めて、専用の ZK アクセラレーション ハードウェア GUP を開発することで独自の競争障壁を形成するという、異なるアプローチを採用したと言えます。これは、Scroll の最大の差別化された競争上の優位性でもあります。

この点だけ見ると、Scroll は確かに非常にハードコアなプロジェクトです。

ただし、Scroll と Cysic の位置付けは異なります。Scroll の場合、ハードウェア アクセラレーションは全体的な Layer2 ソリューションの一部です。 Cysic は、ZKP エコシステム全体にハードウェア アクセラレーション サービスを提供することに取り組んでいます。

7. まとめ

最後に、この記事の内容を要約しましょう。

（１）イーサリアムはZKベースになりつつある：イーサリアムはゼロ知識証明（ZK）技術を導入することで容量の拡大とプライバシーの向上を実現した。 ZK テクノロジーは、ネットワーク パフォーマンスを向上させるためにコンセンサス層とデータ層に適用されています。

（２）ZKにはハードウェアアクセラレーションが必要：ゼロ知識証明の生成には多くの計算リソースが消費されるため、効率を向上させるためにはハードウェアアクセラレーション（ASICやFPGAなど）が必要な手段であると考えられている。

（３）PoSとZKマイニングの組み合わせ：ZKマイニングをPoSの拡張とみなす新しい経済モデルが提案されている。誓約者は ZK の計算能力を提供することで追加の報酬を受け取り、PoS と PoW の共存モデルを形成します。

（4）ZKマイニングは新たな正の外部性をもたらします。PoWと比較して、ZKマイニングは非効率的なエネルギー消費を削減できる可能性がありますが、専用のハードウェアが必要であり、ハードウェア生産と技術革新へのインセンティブをもたらします。

（５）AIとZKのコンピューティングパワーの共有：AIとZKのコンピューティングタスクはハードウェアリソースを共有し、包括的なコンピューティングサービス市場を形成する可能性があります。

（6）市場をリードするプロジェクト：CysicとScrollは、ZKハードウェアアクセラレーションの分野のリーダーです。前者は ZK エコシステム向けのハードウェアの提供に重点を置いており、後者はそれをレイヤー 2 ソリューションの一部として使用します。

ついに、ZK ハードウェア アクセラレーション トラックが登場し始めました。 Ethereum の ZK 化が進むと、ZK ハードウェア アクセラレーションの重要性が高まり、Ethereum の経済モデルが逆に変化する可能性もあります。このトラックに引き続き注目する価値があります。