コプロセッサーとは何ですか？

Celer Network および Brevis の共同創設者であるモー・ドン氏は、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 の機能を与えるツール」であると信じています。

単純に言えば、現在の一般的なスマートコントラクトは過去のデータにアクセスできません。たとえば、流動性管理プロトコルに取り組んでいるとき、AMMで流動性プロバイダーが価格範囲を超えた頻度やコストを計算するために過去の価格データが必要でした。私たちはThe Graphなどのチェーンホストされたインデックスサービスに依存する必要がありました。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のインデックス付けすら困難であり、基本情報以上のより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は、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。そのデータはその後、Excelで手動で計算されます。このプロセスを簡素化し、ダップスマートコントラクトにこのデータを直接aggreGate.io、フィルタリング、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プロセッサーはしばしば基本的な操作しか実行できませんでした。パフォーマンスを向上させるために浮動小数点演算など特定の種類の計算タスクを実行するために、専用の「コプロセッサー」とペアにする必要がありました。

今、私たちはEthereumを巨大なスーパーコンピューター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、過去の取引記録や口座残高の変更などの歴史的データにはアクセスできません。これは、Ethereumの設計がスマートコントラクトがこのような歴史的データにアクセスする方法を提供していないためです。

信頼性を確認するために過去のデータにアクセスするには、歴史的な記録を現在のブロックにリンクする暗号化手法が必要です。ただし、スマートコントラクトでこの証明を直接計算および検証することは時間がかかり、コストがかかる場合があります。代替として、ストレージノードを介したクエリを行うことができますが、スマートコントラクトはそれらと直接やり取りすることはできず、信頼の問題があります。では、どのようにしてこの信頼問題を解決し、検証可能な計算を可能にすることができるでしょうか？つまり、第三者に計算結果を直接検証させ、計算自体を再実行する必要なしに正確性を確認させる方法は何でしょうか？その解決策は、初期のコンピュータシステムに類似したコプロセッサにあるかもしれません。これにより、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、過去のデータにアクセスし、複雑な計算を実行する新しい能力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機能しますか？

一般的に、Ethereumデータを検証するコプロセッサの主なワークフローは次の通りです。

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、その運用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. コプロセッサ契約と対話し、結果を検証した後、Dappは信頼せ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、協力プロセッサスペースの主要なテクニカルスタックと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、スマートコントラクトがオンチェーンデータとやり取りすることを簡素化しています。Axiomは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。この記事では、Axiomを例に、彼らの共同プロセッサーがどのように動作するかについて詳しく説明します。

ラグランジュ

Lagrangeは、クロスチェーン状態の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。

シーケンシャルプルーフとは異なり、並列プルーフはその作業量を数千のスレッドに同時に分散させることができます。さらに、EigenLayerでの再ステーキングによってそれらを安全に確保することができます。言い換えれば、この並列計算と並列証明のアプローチによって、より良い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、アルトレイヤーでのラグランジュの応用です。アルトレイヤーは、Restaked Rollupのためのアクティブな検証サービスを提供し、開発者が分散型のシーケンス化を実装し、Rollup状態の正しさを効率的に検証するのを支援します。2024年3月、ラグランジュは、Rollupの共同処理のために並列プルーバーを利用するため、アルトレイヤーと提携しました。これにより、アルトレイヤーのRaaS顧客に対して、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のような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ーシステムを「ストレージプルーフ」と呼び、これはZKプルーフと組み合わせることで、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。

出典: ヘロドトス・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：データが実際にイーサリアム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: マルチステップのワークフローの有効性を検証し、特にデータ変換やその他の操作が含まれるものについて。
3. ZKプルーフ：スマートコントラクトに、すべての基礎データを処理せずに証明の妥当性を確認させることを許可します。イーサリアムのアーカイブノード内の任意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することができます。

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、オンチェーンで検証され、オンチェーンリソースの消費を最小限に抑えます。また、イーサリアムレイヤー間で転送されるデータ量を削減し、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コプロセッサ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性プロトコルであるCeler Networkは、2019年にIEO（Initial Exchange Offering）で400万ドルを調達しました。

Celer Networkは展開しましたブレビス契約オンチェーン。この契約は、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の契約に中継します。開発者は、Brevis SDKを活用して、dappがオンチェーンの過去の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証明の事前知識を持つ必要がなくなります。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 Documentation

Celer Networkは現在開発中ですコチェーン, RaaSエコシステムに焦点を当てたブロックチェーンで、基盤としてBrevisを使用しています。coChainは、Proof-of-Stake（PoS）のコンセンサスアルゴリズムに基づいたブロックチェーンで、Ethereumのステーキングおよびスラッシングサービスを提供することができます。スラッシングとは、Ethereum PoSエコシステムでルールを犯すバリデーターに罰則を科すプロセスであり、罰金や状態変更を含みます。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の約0.04%しかスラッシュされていないことがわかりました。

coChainのユニークな特徴は、コプロセッサの結果の生成をEthereumステーキングの報酬や罰則に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で生成された結果は、「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「異議申し立て」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、ステーキング中にバリデータの不正行為を示すことになり、対応するバリデータのステークは直接イーサリアム上で削減されます。逆に、PoS生成結果が異議申し立てされず、DappはZKプルーフのコストを負担せずにコプロセッサ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アプローチは、Optimismに類似し、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の検証を可能にします。そのユニークな機能は、折りたたみ技術に基づくZKプルーフの検証能力です。2022年に創立されたNexusは、zkVM領域の別のプレーヤーです。詳細はまだ広く開示されていませんが、創業者であるダニエル・マリン（スタンフォード大学卒業生で、以前はGoogleでの経験があります）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。ネクサス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、拡張可能でモジュール式、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約メカニズムや、Nova、CycleFold、SuperNova、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。また、ネクサス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の開発も行われています。

ソース：ネクサスドキュメント、ネクサスzkVMアーキテクチャ

コプロセッサートラックの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、異なるエコシステム（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。異なるプルーフメソッド（Rollup vs ZK）やZKプルーフ内の異なるソリューション（zk-SNARK、折り返しプルーフ、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、最終的にはインタラクティブなオンチェーン契約、SDK、ステーキング検証ネットワークや大規模な検証ネットワークなど、さまざまな目的に向けて設計されたネットワークなど、異なる製品形態を提示しています。

出典: By Author

コプロセッサの具体的な操作：アクションの場合

なぜAxiomを選ぶのですか？

Axiomは、イーサリアム用に構築されたZKプルーフコプロセッサです。これにより、スマートコントラクトは過去のオンチェーンデータにアクセスでき、ZKプルーフテクノロジーを通じてオフチェーン計算の信頼性を確保します。Axiom は、2022 年に Jonathan Wang と Yi Sun によって設立されました。2024年1月25日、AxiomTwitterで発表されました20 millionドルのシリーズA資金調達を行い、ParadigmとStandard Cryptoをリードした。これは「コプロセッサ」という概念を提案した最初のプロジェクトであり、また、この領域で最もベンチャーキャピタルに支援されたプロジェクトの1つでもある。

ソース：アキシオム公式Xアカウント

アクシオムの歴史

2017年、イー・サンはMITで数学の博士号を取得し、一定期間、高頻度取引会社で働いていました。彼は暗号通貨の分野に没頭し、ZK証明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認識しました。しかし当時、ZK技術はまだ初期段階にあると考えていたため、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技術が本格的に普及し始めたのは2021年末のことであり、インフラと開発ツールが徐々に成熟していきました。さらに、イー・サンは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過去のデータにアクセスする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バックエンドに基づいたSNARK証明システムを使用し、またルックアップテーブル（LUTs）などのZK証明ツールを使用しています。過去、ZK証明は複雑で監査が困難でした。ルックアップテーブルとは、証明者が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された値のセットです。

Axiom V2の動作原理

2024年1月、Axiom V2がEthereumメインネットで稼働開始し、スマートコントラクトからトランザクション、レシート、契約ストレージ、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履歴データへのアクセスが可能となりました。

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に進んでいます。

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はリクエストされた計算を実行し、データと計算結果の正しさを証明するZKプルーフを生成します;

3. 開発者は、ZKプルーフの結果を用いて、アクシオムから送信されたデータを検証し実行するために、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。

ただし、ヘロドトスとは異なり、アクシオムは現在、他のEthereum EVMネットワークやL2ネットワークからの歴史データのクエリをサポートしておらず、Ethereum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、アクシオムは、次の機能の実装をサポートするdappsを支援できます。

• 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たリワード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た説明責任を実施する
• 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立します

結論

現在の協調プロセッサ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関係にあります。SuccinctはEthereumのコンセンサス自体を証明しようとしていますが、Axiomはコンセンサスに基づくオンチェーンの歴史データを証明し、コンセンサスの結果が受け入れられると仮定しています。

ZK証明の分野は、折りたたみ証明、蓄積スキーム、大規模参照表などの革新的な発明とともに急速に発展しています。この成長により、NexusなどのプロジェクトがZK証明技術の最新の進歩を支援することに注目されています。ZK証明が主流となる一方、Lagrangeのような他のプロジェクトも、並列証明者を通じてRollupの証明を提供することで市場の隙間を埋めているため、注目されています。

様々な知識証明のパフォーマンス向上により、サイズと検証コストが削減されています。これにより、その潜在的な使用範囲が広がっています。この文脈において、モジュラリゼーション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。