Урок 4

ZK-Rollups とコンセンサス

このモジュールでは、ZK-Rollupsのトランザクションの集約方法、Plonkプルーフシステムの検証での役割、およびLayer-2サーバーのオフチェーン計算によるガス料金の削減について説明します。

ZK-Rollups：トランザクションの集約と検証

ZKBaseで使用されるZK-Rollupsは、複数のオフチェーン取引を1つのバッチにまとめて検証することで、イーサリアムのLayer-1の負担を軽減するLayer-2のスケーリングソリューションです。これらの取引はオフチェーンで処理され、メインネットワークのデータ負荷を減らすために使用されます。具体的な詳細を公開せずに取引を検証するために、ZK-Rollupsはゼロ知識証明（ZKP）を使用しています。

一旦チェーン外取引がパッケージ化され確認が完了すると、生成された証明はイーサリアムのLayer-1に提出されます。メインネットはその証明を検証し、これによりこれらの取引が正しく処理されることを保証し、個々の取引を再実行することなく済ますことができます。このようなアーキテクチャにより、オンチェーンのデータ量が大幅に削減され、同時にトランザクションのスループットが著しく向上し、ZK-Rollupsは大量の取引を処理する際に効率的であり、同時にイーサリアムのコンセンサスメカニズムのセキュリティを維持します。

Plonk ゼロ知識証明システム

Plonk（全称为 “Permutations over Lagrange-bases for Oecumenical Noninteractive arguments of Knowledge”）は、簡潔な暗号学的証明を生成するシステムであり、取引のバッチの正確性を検証するために使用されます。このシステムは、複数の取引の複雑さを処理するために設計されており、計算要件を著しく増やすことなくそれを実現します。実際の応用では、Plonk は、ZK-Rollups における状態変換の有効性を確認するために使用されています。

これらの状態遷移には、トークンの転送、アカウント残高の更新、または他のスマートコントラクトの実行が関与する場合があります。証明が生成されると、それはイーサリアムのLayer-1に送信されて検証されます。Plonkの効率性は、証明の生成コストを大幅に低減できることにあり、これはブロックチェーンアプリケーションを拡張する際にセキュリティを維持するための重要な要素です。

また、このシステムは、検証者が完全なトランザクションセットを再実行することなく証明を検証できるようにすることで、スケーラビリティをさらにサポートしています。この設計により、時間の消費を減らし、計算コストを低減することができ、効率的なブロックチェーンの拡張に堅固な基盤を提供しています。

ロールアップとLayer-2サーバー

オフチェーンコンピュテーションは、ZKBase Layer-2サーバーの重要なコンポーネントであり、このサーバーはイーサリアムの基本レイヤー外で大部分の取引を処理します。Layer-2サーバーは取引をパッケージ化し、オフチェーンで実行し、これらの取引の暗号学的証明だけをイーサリアムメインネットワークに提出します。オフチェーンで大部分の計算負荷を処理することで、システムはオンチェーンの操作に必要なGasコストを大幅に削減しています。

ZKBaseのアーキテクチャには、オフチェーンメモリプール（off-chain memory pool）に未処理トランザクションを格納するためのコンポーネント、およびLayer-2環境でのアカウント残高と状態を管理するステートキーパーなど、複数の重要なコンポーネントが含まれています。これらのコンポーネントは協調して、Layer-2サーバーがトランザクションを効率的に処理し、同時にイーサリアムのLayer-1がデータで混雑することを避けるようにします。トランザクション処理が完了すると、サーバーは有効性証明（validity proof）を生成し、それをイーサリアムメインネットワークに提出します。証明に含まれるデータ量が非常に少ないため、オンチェーンのGas料金が大幅に削減され、ユーザーにコスト効果の高い取引体験を提供します。

そのシステムは、ゼロ知識証明によって提供される暗号学的な保証によって、計算タスクをレイヤー2サーバーに移行する際にも安全性と正確性を確保しています。

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