Opside の ZK-PoW アルゴリズムの詳細な分析

Opside が提案する ZK-PoW(Proof-of-Work) アルゴリズムには、次の利点があります。

• 市場主導の ZK コンピューティング電力価格設定メカニズム。スケーラビリティ (ZK-Rollup) および AI の将来のアプリケーション (ZKML) に使用できます。
• これは、今後爆発的に増加する ZK-Rollup、特に zkEVM に向けた大規模なコンピューティング パワー プラットフォームを提供し、多数のアイドル状態のマイナーに新しいマイニング シナリオを提供します。
• Zero-Knowledge Proofs (ZKP) の 2 ステップ コミット アルゴリズムは、ZK-Rollup に標準化された分散型証明者メカニズムを提供します。
• 最適化された ZKP 計算および送信メカニズムにより、ZKP 生成効率が 80% 向上しました。
  

ZK コンピューティング能力の PoW アルゴリズムが必要なのはなぜですか?

現在、イーサリアムメインネット上では、Polygon zkEVM や zkSync 時代を含む複数のZK ロールアップが実行されています。ただし、これらの ZK-Rollup プロジェクトの大部分は、分散型証明者を実装していません。たとえば、Polygon zkEVM のベータ メインネットでは、信頼できるアグリゲーターが ZKP の送信に依存しており、zkSync 時代も同様のアプローチに従います。

ZK ロールアップの数が少ない場合には集中証明者は実現可能ですが、ZK スケーラビリティ テクノロジの成熟、特に今後 1 ～ 2 年での zkEVM の段階的な実装に伴い、ZK ロールアップの数は大幅に増加するでしょう。大量の ZK ロールアップの場合、集中証明者はいくつかの問題を引き起こします。

まず、プルーバーのコストが高く、集中型プルーバー クラスターを維持するには特殊な機器と設備が必要です。すべての ZK-Rollup オペレーターが、このような集中証明者のセットアップを維持する能力を備えているわけではありません。したがって、将来の大規模な ZK-Rollup エコシステムの計算能力需要を満たすプロのマイナーが必要です。

第 2 に、証明者が 1 つしかない場合、1 つのノードに障害が発生すると、ZK ロールアップ全体のトランザクションを確認できなくなる可能性があります。複数のマイナーが ZKP の計算に同時に参加し、対応する報酬を受け取ることを奨励するには、分散型証明者メカニズムが必要です。最後に、全体的なハードウェア効率を向上させるために、標準化された ZKP 最適化アルゴリズムが必要です。

Opside の ZK-PoW アルゴリズム

高度に分散化されたパブリックブロックチェーンであるイーサリアムは混雑しており、ガス料金は非常に高価になっています。多くの Web3 アプリケーション、特に金融デリバティブ、ゲーム、ソーシャル ネットワークなどは、レイヤー 2 または他のパブリック チェーンに移行する必要があります。実際には、一部の集中型ソリューションで簡単に実現できるため、高パフォーマンスで低ガスの実行環境を提供すること自体は難しくありません。課題は、高いパフォーマンスと低いガス料金を確保しながら、高レベルの分散化を維持することにあります。

Opside の設計では、各 Web3 アプリケーションに専用の ZK-Rollup を持たせることができ、基本チェーンを自由に選択できます。現在、Opside は、イーサリアム、Opside、BNB チェーン、ポリゴンの 4 つの基本チェーンをサポートしています。これは、開発者が ZK ロールアップをこれら 4 つのパブリック チェーンのいずれかにデプロイすることを選択できることを意味します。多数の ZK ロールアップから生じる大規模なハードウェア リソースの需要をサポートするために、Opside は統合された ZKP コンピューティング パワー マーケットプレイスも提供し、マイナーがこれらの ZK ロールアップ用の ZKP を生成することを奨励します。

PoW の報酬分配メカニズム

Opside は、PoS と PoW のハイブリッド コンセンサスを採用しています。 PoS 部分は ETH2.0 のコンセンサス改善に基づいています。その結果、Opside は 100,000 人を超えるバリデーターを擁し、高レベルの分散化を維持しながら大量のデータの可用性を提供することになります。

プレアルファ テストネット フェーズでは、PoW アルゴリズムに基づいて、Opside ブロック内の各ロールアップが特定のルールに従ってシーケンスを送信します。現在のブロックの PoW 報酬は、登録されたロールアップ スロットの数と含まれるバッチの数に基づいてシーケンス間で分割されます。ただし、特定のロールアップが一部のブロックでシーケンスを送信しない可能性があり、その結果、実際のインフレが予想よりも低くなる可能性があります。

マイナーは、1 つまたは複数のロールアップの ZKP 計算に参加するかどうかを自由に選択できます。将来的には、各シーケンスの価格は、対応する ZK ロールアップ タイプ、含まれるロールアップ トランザクションの数、ガス使用量、およびワークロードを見積もるためのその他の要因に基づいて異なるように設定されます。

マイナーによる悪意のある行為を防ぐには、特別なシステム契約にトークンを登録してステーキングする必要があります。マイナーは、ロールアップの ZKP を送信できるように、システム契約内のロールアップに対応するトークンをステークする必要があります。 ZKP を提出することでマイナーが受け取る報酬も、賭け金の割合に基づいて分配されるため、ZKP を複数回提出するマイナーの悪意のある行為が回避されます。

詳細については、 「オプサイド トークンノミクス」を参照してください。

ZKP の 2 段階コミット アルゴリズム: 標準の分散証明者メカニズム

複数のマイナーが ZKP の計算に同時に参加することを奨励するために、Opside は 2 段階のコミット ZKP 検証メカニズムを提案しています。 ZKP に対応する PoW 報酬の割り当ては、特定のルールに基づいて有効な ZKP の提出者、つまりマイナーに分配されます。

1. 証明ハッシュの送信:特定のシーケンスの特定の時間枠内で、複数のマイナーがゼロ知識証明の計算に参加することが許可されます。元の証明を直接提出する代わりに、各マイナーは (証明 / アドレス) の証明ハッシュを計算し、それをコントラクトに提出します。
   
2. ZKP の送信:時間枠の後、マイナーは元のプルーフを送信し、以前に送信されたプルーフハッシュと照合して検証します。証拠が検証プロセスに合格したマイナーは、ステークした金額に基づいて比例的に分配される PoW 報酬を受け取る資格があります。

詳細については、 ZKP の 2 段階送信アルゴリズムを参照してください。

最適化された ZKP 生成アルゴリズム: マイナー効率が 80% 向上

ロールアップのスマート コントラクトが ZKP を検証する場合、元の証明データを送信すると、オンチェーン攻撃が引き起こされる可能性があります。悪意のある動作を防ぐために、ZK ロールアップでは、元の証明データを難読化するために追加の計算作業が必要になることがよくあります。 1 つのアプローチは、提出された ZKP にマイナーのアドレスの集約を含めることです。 Opside の ZKP 用 2 ステップ送信アルゴリズムは、最初に送信して後で検証するモデルを巧みに採用しており、プルーフとアドレスの不必要な集計計算の必要性を排除します。

さらに、一部のオープンソース zkEVM 実装では、ZKP の計算と送信が順番に実行されます。これは、ZK ロールアップが多数のシーケンスを送信する場合、マイナーは複数の ZKP を同時に計算できないことを意味します。 Opside では、2 ステップ送信アルゴリズムにより ZKP の並列計算と逐次送信が可能になり、マイナーが複数の ZKP 生成タスクを同時に実行できるようになり、ZKP 生成効率が大幅に向上します。

Opside チームは、ZKP 再帰集計アルゴリズムの一連の最適化も実施し、クラスター リソースの使用率を最大化し、ZKP 計算の速度をさらに向上させました。

実際のストレス テスト環境では、マイナーは 128 コアの CPU と 1TB RAM で構成される 20 台のマシンのクラスターを使用します。テストされたトランザクション レートは、約 40 分間、約 27.8 TPS で安定しました。同じ条件下で、Opside はトランザクションの平均確認時間を約 5 ～ 6 分から約 3 分に短縮し、ZKP 生成効率が約 80% 向上しました。将来的には、より多くの ZK ロールアップとマイナーが ZK コンピューティング電力市場に参加するにつれて、Opside の PoW アルゴリズムによってもたらされる効率の向上はさらに明らかになるでしょう。

まとめ

Opside は、ZK のコンピューティング能力に対する市場ベースの価格設定メカニズムを創造的に定義する ZK-PoW アルゴリズムを提案しました。このコンピューティングパワー市場は、今後急増する ZK ロールアップ、特に zkEVM に対する大規模なプラットフォームを提供すると同時に、アイドル状態のマイナーに新しいマイニング シナリオも提供します。

ZKP の 2 ステップ サブミッション アルゴリズムは、ZK ロールアップに標準化された分散型証明者メカニズムを提供し、より多くのマイナーが安定した継続的な ZKP コンピューティング パワーに貢献することを奨励します。さらに、最適化された ZKP の計算と送信メカニズムにより、ZKP 生成の効率が 80% 向上しました。

将来的には、Opside の PoW メカニズムは、スケーラビリティ (ZK-Rollup) だけでなく AI (ZKML) の他のアプリケーションにも簡単に拡張できます。