なぜイーサリアムがPoW時代に戻る可能性があるのか：新しいZKハードウェアアクセラレーションPoWマイニングモデルの探索

Web3Caffの創設者であるGootorは重要な見解を共有しました。以下にいくつかの追加の洞察をご紹介します。

イーサリアムはZKテクノロジーに移行しており、ZKプルーバ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マイニングはビットコインマイニングに類似した新しいタイプの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PoSとPoWの組み合わせで進化し、ハイブリッドコンセンサスモデルを形成するかもしれません。

この考えの根本的な論理を分析しましょう。

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1. イーサリアムはZKテクノロジーに向かって進んでいます

ゼロ知識証明（ZK）は、一方の当事者が他方に追加情報を明かさずに、ある文が真実であることを証明することを可能とする技術です。それには大きな潜在能力があります。

ブロックチェーン分野では、ZKテクノロジーは主にスケーリングの目的で使用されています。ヴィタリック・ブテリンはZKを強く支持しており、イーサリアム財団はさまざまなZKプロジェクトに投資しています。

ただし、ZKベースのプロジェクトはまだ基礎段階にあります。したがって、ユーザーの主な直接的な体験は、現時点ではzkSync、Starknet、Polygon zkEVM、Scroll、およびLineaなどのZKテクノロジーに基づくEthereumのレイヤー2ソリューションであるZKロールアップを通じて行われています。

イーサリアム自体も徐々にZKを採用しています。

(1) コンセンサスレイヤーのZK化（例：Beam Chain提案）：これには、ZKテクノロジーを使用してコンセンサスプロセスを効率化し、速度と効率を向上させることが含まれています。

(2)データレイヤーのZK化:イーサリアムは、すべてのトランザクションデータではなく、プルーフのみを保存することで、必要なオンチェーンデータストレージの量を大幅に削減することができます。

これらの変更により、Ethereumは分散化とセキュリティを維持しつつ、取引速度、コスト、およびプライバシーの面でパフォーマンスを向上させることができます。

ZK技術は、イーサリアムの長期戦略の一部であり、より高いユーザー需要とより複雑なアプリケーションをスケーリングして処理するためのものです。

2. ZKはなぜハードウェア統合が必要なのか？

その利点にもかかわらず、ZKテクノロジーは、Zero-Knowledge Proofs（ZKP）の生成パフォーマンスにおいて重大な課題に直面しています。

ZKは、検証者が複数のトランザクションを1つの証明に組み合わせて、スケーリングのためにメインネットに提出することを可能にします。ただし、証明生成プロセスはリソースを消費するため、遅くなります。

それには、冪乗、逆数、およびバイリニアペアリングの計算など、複雑な数学が関与しています。その結果、証明の作成には多くの時間がかかることがあります。

ソフトウェアの最適化だけではこの速度を向上させることはできないため、ハードウェアのアクセラレーションが必要です。専用のハードウェアを使用することで、証明生成の時間を数時間から数秒に大幅に短縮することができ、大きな改善が実現されます。

したがって、ZKはハードウェアに依存し、専用のチップが必要です。

ZKPsがプライバシーコンピューティングやブロックチェーンのスケーリングなどの分野でより多くの応用を得るにつれて、ZKPsを生成する速度と効率がボトルネックとなり、ハードウェアソリューションへの需要が高まっています。

3. PoSとZKマイニングを組み合わせる方法は？

ZKハードウェアアクセラレーションを統合することで、ハードウェアマイニングの新しい経済モデルが生まれます。

ZKマイニングとは何ですか？

従来のPoWマイニングでは、参加者は複雑な問題を解決しますが、ZKマイニングではZKPを迅速に生成することに重点を置いています。参加者はZKPを生成するために競争し、最初に有効な証明を作成した人が報酬を獲得します。

PoSとZKをどのように組み合わせることができますか？

PoSシステムでは、バリデータ（ステーカー）がトランザクションを検証し、ブロックを提案します。ZKプルーフは、ブロックやトランザクションの正当性を検証するために使用され、セキュリティを向上させ、検証コストを削減することができます。

バリデータは、自分のPoSの役割を果たす際に、追加の作業証明書としてZKPを生成します。有効なZKPを生成して提出することができる人は、標準のブロック報酬に加えて追加の報酬を獲得することができます。

これらの報酬はETHや他の内部トークンの形で提供されるかもしれません。

全体のブロック報酬構造は、伝統的なPoS検証のための1部と、ZKP生成への貢献のためのもう1部に分かれる可能性があります。

このように、ZKはPoS検証を強化し、ZKマイニングはPoSステーキングを拡張します。

ランニングZKP生成ノードなど、ZKの取り組みに貢献することで、ステーカーは追加の報酬を得ることができます。

ただし、ZKをEthereumのPoSシステムに統合するには、既存のプロトコルを調整してZK証明の新しい役割を受け入れる必要があります。また、PoSの報酬とZKの貢献をバランスさせるため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マイニングはポジティブな外部性をもたらすのか？

イーサリアムがPoWからPoSへ移行した後、最大の批判の一つは、この「閉じた」経済システムに導入されている外部性の不足でした。

PoWは本質的に外部的なものであり、エネルギーとハードウェアが必要です。そのため、ブロックチェーンの経済活動はブロックチェーン以外の領域に広がり、現実世界にも影響を与えています。

PoSシステムでは、ブロックの検証の資格は主に保有しているトークンの数（つまり、ステークされたトークン）に基づいており、経済活動はステーキングと内部ネットワークトランザクションに重点が置かれています。これはマイニングハードウェアの生産や電力市場などの外部産業を関与するPoWとは異なります。

ZKの高速ハードウェア、例えばPoWマイニングリグも専門のハードウェアが必要ですが、「効率の悪い電力消費」という問題は、PoWはブロック権利を競うために数学的な問題を解く必要があるのに対し、ZKマイニングは異なるノード間で冗長な労力を必要とせずにトランザクションを検証するための有効な証拠を生成します。

5. AIとZKのパワーシェアリング

さらに先を見据えると、ZK計算力市場が現れる可能性があり、AI計算力をZK計算力と共有することができるようになるかもしれません。

AIタスクとZK証明生成タスクの両方をサポートする統合コンピューティングサービスを提供するプラットフォームが登場する可能性があります。

ユーザーは、同じプラットフォームで高性能なAIタスクとZKプルーフ生成タスクの両方を処理できます。

プロトコルレベルでは、スマートコントラクトやプロトコルを作成して、AIパワープロバイダーがZK証明生成に参加したり、ZK技術を使用してAI計算を検証したりすることによって、統合が行われる可能性があります。

タスク要件に基づいて、計算リソースを動的に割り当てることも可能です。たとえば、AIタスクの需要が低い場合、リソースをZKプルーフの生成に割り当てることができ、その逆もまた然りです。

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の主要なプロジェクトはCysicです。@cysic_xyz

Cysicは、ZKP生成を高速化するために、Application-Specific Integrated Circuits (ASIC)、Field Programmable gate Arrays (FPGA)、およびGPUアクセラレーションソリューションの設計と製造に特化しています。

Cysicは2つのハードウェア製品を開発しました:

1. ZK Air: ラップトップの電源アダプターのサイズにほぼ等しい軽量なZKデバイスで、10個のRTX 4090 GPUと同等の計算能力を持ち、個人ユーザーに最適です。
2. ZK Pro: 50 個の RTX 4090 GPU に相当する計算能力を備えたより強力なデバイスで、zkRollup や zkML などの大規模な ZK プロジェクト向けに設計されています。

ハードウェアに加えて、CysicはPlonky2、Gnark、Halo2、RapidSnarkなどの複数のZKPシステムをサポートするCUDAライブラリのセットも提供し、オープンソースのフレームワークよりも少なくとも50%の性能向上を実現しています。

また、Cysicには、コミュニティコンピューティングリソースの統合と管理、ZKプロジェクト、電力プロバイダー、コミュニティバリデーターの接続、信頼性の高いコンピューティングパワーネットワークの形成を目的としたエコシステム「Cysic Network」があります。

簡単に言えば、Cysic NetworkはZKマイニングプールおよびSaaSプラットフォームとして機能します。

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

Cysicの他に言及すべき注目すべきプロジェクトとしてScrollがあります。

驚くべきことに、Scroll-かつては非難されて悪名高い-は、ZKハードウェアアクセラレーションで大きな進歩を遂げました。

他のZK Rollupプロジェクトと比較すると、Scrollは専用のZKアクセラレーションハードウェア（GUP）を開発し、独自の競争バリアを作り上げるという異なる道を選んでいます。これがScrollの最大の差別化優位性です。

ただし、CysicとScrollは異なる位置に配置されています: Scrollにとって、ハードウェアアクセラレーションはそのLayer2ソリューションの一部ですが、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専念しています。

7. Conclusion

1）イーサリアムはZK化を進めています：イーサリアムはゼロ知識証明（ZK）技術を導入してスケーリングとプライバシーの向上を図っています。ZK技術はコンセンサスとデータレイヤーの両方で適用され、ネットワークのパフォーマンスを向上させるために利用されています。

2）ZKはハードウェアアクセラレーションが必要です：ZKPの生成には相当な計算リソースが必要なため、効率を向上させるためにハードウェアアクセラレーション（例：ASIC、FPGA）が不可欠とされています。

3）PoSとZKマイニングの組み合わせ：PoSを拡張するZKマイニングが提案されています。ZK計算能力を提供することでステーカーは追加の報酬を得ることができ、PoSとPoWの共存を実現します。

4）ZK Miningは新しいポジティブな外部効果を導入しています：PoWに比べて、ZKマイニングはエネルギーの無駄な消費を減らします。ただし、専門のハードウェアが必要であり、ハードウェアの生産と技術革新を促します。

5）AIとZKのパワーシェアリング：AIとZKの計算タスクはハードウェアリソースを共有し、統合されたコンピューティングサービス市場を形成することができます。

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主要なプレイヤーです。CysicはZKエコシステム向けのハードウェアを提供することに重点を置いていますが、ScrollはハードウェアアクセラレーションをLayer2ソリューションに組み込んでいます。

要約すると、ZKハードウェアアクセラレーショントラックが台頭しており、EthereumがZK化を続ける中、ZKハードウェアアクセラレーションはさらに重要になるでしょう。これはEthereumの経済モデルさえ逆転させる可能性があり、継続的に注目する価値のある分野となるかもしれません。

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