ZKSync製品とエコシステム：柔軟に組み立てられた拡張の近道

著者：echo_z、チェン茶館

Optimismがトークンを発行し、ArbitrumがOdysseyの報酬戦争を開始する中、2022年下半期はL2の百花繚乱の時代となることが確定しています。これまでに、チェン茶館はL2の背景やZK系のStarkWareの特集紹介について詳しく述べていますが、ZK系のもう一つの代表プロジェクトであるZKSyncも注目に値します。本稿では、StarkWareとの比較の枠組みの中で、ZKSyncの製品アーキテクチャと運営エコシステムを深く解析します。

一：製品体系

ZKSyncの製品は以前から存在していましたが、1.0段階では支払いなどの簡単な機能しかサポートしていませんでした。2.0製品ではEVM互換が実現され、真の実力を発揮し始めました。

ZKSync2.0は昨年6月にテストネットが立ち上がりましたが、開発者には開放されていませんでした。昨年10月には最初のzkEVM製品UniSyncが立ち上がり、UniswapのZKSync版となりました。今年2月にはついにZKSync2.0の開発ツールが開放され、エコシステムの展開が始まりました。現在、ZKSyncのメインネット製品は依然として1.0段階にあります。本稿では2.0に焦点を当てて紹介します。

1.1 証明システム：SNARK vs STARK

ZKSyncとStarkWareは、最底層で選択した証明システムが異なります。ZKSyncは比較的成熟したSNARK技術を選択し、StarkWareは自社開発のSTARKシステムを採用しています。底層技術の違いは、両者の性能ポテンシャルや製品ロードマップに大きな影響を与えています。

業界ではこの2つの証明システムに関する共通認識は次の通りです：計算量が多い場合、STARKのスケーラビリティと速度はSNARKを明らかに上回り、STARKはより安全です[1]。

スケーラビリティと速度の観点では、STARKはより多くの計算結果を含む証明を生成できます。STARKは必要なバイト数が多く、検証にも時間がかかりますが、より大きな証明自体が各取引に分配されるガスを低く抑えることができます。

安全性の観点では、SNARKは信頼できる初期化（Trusted Setup）が必要であり、一定の信頼前提がありますが、STARKはその前提を必要としません。

1.2 データ可用性モデル：異なる粒度の混合モデルVolition

データ可用性（Data Availability）は、取引の更新が完了した最終状態データの他に、取引履歴を復元するための関連情報が取得可能かどうかを簡単に説明したものです。これらの必要なデータがすべてチェーン上にある場合はRollupモデルであり、安全性が高いですが、より多くのチェーン上のストレージスペースを消費するため高価です。チェーン外にある場合はValidiumモデルです。データ可用性モデルの選択は、本質的に安全性と効率の間のトレードオフです。

この点において、StarkWareとZKSyncは「Volition」モデルを採用しており、RollupとValidiumの混合で、ユーザーはどの方法でデータを保存するかを自由に選択できます。

出典：https://medium.com/starkware/volition-and-the-emerging-data-availability-spectrum-87e8bfa09bb

Volitionの概念は最初にStarkWareによって提案され、上の図は2020年に公開されたブログからのものです。しかし、現在のところ、StarkWareとZKSyncはまだVolitionを実装していません。しかし、ZKSyncのロードマップでは、この機能の設計に対してより重視しているようで、特にZKPorterと名付けられ、ZKPorterとzkEVMが二大アーキテクチャの突破口として並列されています[2]。

注目すべきは、StarkWareとZKSyncがユーザーが選択できる「粒度」の設定が異なることです。StarkWareはより細かい粒度を選択しており、実現の難易度も高くなっています。

StarkWareの構想では、ユーザーは「各取引」単位でデータ可用性モデルを自由に選択できることになります。しかし、これには問題が生じる可能性があります。ユーザーの同一アカウントが同時にこの2つのモデルを選択した場合、安全性の低いValidium取引に問題が発生した場合、その取引の後に発生したRollup取引にも影響が及ぶのでしょうか？StarkWareの初期の構想によれば、データの可用性攻撃を防ぐために最小ロールバックメカニズムが設計されており、データが利用できないことが検出された場合、取引履歴を前のデータ可用性のブロック状態にロールバックします。最悪の場合、最小ロールバックメカニズムはすべてのデータをチェーン上に公開することを要求する可能性があり、実際にはRollupモデルに戻ることになります[3]。関連する詳細はまだ発表されていませんが、難題が多いことは想像に難くありません。

一方、ZKSyncの設計では、ユーザーは「アカウント」単位でデータ可用性モデルを選択します。つまり、Rollupアカウントの取引はすべてRollupモデルで行われ、ZKPorterアカウントの冗長データはすべてチェーン外に保存されます。こうすることで、2つのモデルの取引は実際には隔離され、それぞれの取引履歴を持ち、相互に影響を与えません。ただし、ZKSyncはzkRollupとZKPorterのアカウント間の相互運用を許可し、このような取引は同時にzkRollupとzkPorterに記録され、安全性が保証されると推測されます。

出典：https://blog.matter-labs.io/zkporter-a-breakthrough-in-l2-scaling-ed5e48842fbf

1.3 開発言語：ネイティブ言語Cairo vs Solidity優先戦略

StarkWareは長い間、ネイティブ言語Cairoを唯一の開発言語として使用してきました。CairoはStarkWareチームが自社開発した言語で、STARK証明システムに非常によく適合しますが、開発者に新しい言語を学ぶことを要求するため、参入障壁が高いという問題があります。

EVM互換に関して、StarkWareの解決策は、第三者チームNethermindが開発したSolidityからCairoへのコンパイラWarpです。Warp1.0バージョンは生成されるCairoファイルが大きすぎるため普及率が低かったですが、Warp2.0バージョンはYul（Solidityの中間コード）を利用して効率を大幅に向上させました[4]。今月、Warp2.0は監査に入り、まもなく使用される予定です。

ZKSyncはさらに早くからSolidity優先の戦略を採用しており、ZKSync2.0が立ち上がった時点で開発者はSolidityを使用して契約を作成できるようになりました。その実現方法は以下の図のように、LLVMをコンパイラのバックエンドとして使用し、Yulを介してSolidityをLLVMにコンパイルし、さらにzkEVMにコンパイルします。この方法の利点は、将来的に他の言語も同様の方法（つまり、最初にLLVMにコンパイルする）で互換性を実現できることです。ZKSyncの現在の開発とメンテナンスはSolidity言語に集中しており、将来的には自社開発の言語ZincやRustなどの言語の互換性を開発する予定です。

出典：https://blog.matter-labs.io/zksync-2-0-hello-ethereum-ca48588de179

ZKSyncの戦略は、開発者にとって参入障壁を低くし、EVM互換を通じてエコシステムプロジェクトを迅速に引き付け、TVLを蓄積することが核心目標です。しかし、StarkWareのコンパイラWarp2.0がまもなく立ち上がることを考慮すると、Solidity開発者を同様に引き付けることが期待され（ただし、機能にどれだけの差異があるかは不明）、ZKSyncの発展は影響を受ける可能性があります。

1.4 全体アーキテクチャ：SequencerとProverを中心に

ネットワーク全体のコアアーキテクチャは、ネットワークがどのように分散化を実現するかを決定します。全体的に、両者ともSequencerとProverをアーキテクチャの中心に据えています。Sequencerの主な役割は、有効な取引を選択し計算を実行することであり、Proverは計算結果に対して証明を生成します。

StarkWareはSequencerとProverの役割が分かれるのか統合されるのかを明確にしていませんが、ZKSyncはすでにSequencerの役割を「フルノード」と呼び、Proverとは独立した実体であると推測されています[5]。さらに、ZKSyncのアーキテクチャには、L2とL1の相互作用や手数料計算を支援するためのインタラクター（Interactor）や、健康監視を行うための偏執モニター（Paranoid Monitor）が追加されています。

分散化をどのように実現するかは、長期的に非常に重要ですが、この課題は比較的初期段階のZK Rollupsにとっては次のステップの問題であり、現在のところStarkWareとZKSyncは非常に明確な答えを持っていません。

1.5 小結

本節では、証明システム、データ可用性モデル、開発言語、全体アーキテクチャの観点からStarkWareとZKSyncを比較しました。全体アーキテクチャの観点を除けば、両者のコア役割は類似しており、詳細はまだ不明ですが、他の側面ではかなりの違いがあります。

証明システムの観点では、StarkWareが採用しているSTARKはZKSyncが採用しているSNARKよりも強力なスケーラビリティと安全性を持っています。データ可用性モデルの観点では、両者ともユーザーが自由に選択できるVolitionを提供していますが、ZKSyncはアカウント単位で、StarkWareは各取引単位であり、ZKSyncの粒度は粗く、経路も簡単です。開発言語の観点では、StarkWareはネイティブ言語Cairoを優先的に開発し、その後第三者企業が開発したコンパイラを通じてEVM互換を実現しましたが、ZKSyncは最初からSolidity優先の戦略を採用し、開発者にとっての参入障壁が低くなっていますが、現在でもStarkWareの強力な競争に直面しています。

全体的に見て、ZKSyncのロードマップは「親しみやすい」ものであり、製品もAppleの組み立てモデルに似ており、SNARKやLLVMなどのコア技術は業界や学界の既存の成果から来ています。それに対して、StarkWareはよりハードコアであり、技術的にも製品的にもより難しいオリジナルのルートを選択しています。

二：運営エコシステム

ZKSyncのエコシステムプロジェクトは、Defiとインフラストラクチャに集中しています。

ZKSyncの公式ウェブサイトでは、ZKSync2.0に移行中の成熟したプロジェクト（以下の一部）が表示されています。Defiカテゴリには1inch、FRAX、Zigzagなどが含まれ、インフラストラクチャカテゴリにはGnosis Safe、Snapshot、クロスチェーンブリッジのOrbit、中央集権取引所のBanxaなどがあります。

出典：https://ecosystem.zksync.io/

そのnotionページには、ZKSync2.0に展開予定またはすでに展開されている新興プロジェクトが列挙されています。その中で、Trustless Currency ProtocolはMakerに似た担保貸付プロジェクトであり、SyncSwapはUniswapに似たトークン交換DEXです。Mint SquareはZK Rollupsに基づいて構築されたNFTマーケットプレイスで、StarkNetのテストネットにも展開されています。tofuNFTはマルチチェーンNFTマーケットプレイスであり、BNB、ETH、Arbなどの複数のチェーンに展開されています。

出典：https://matterlabs.notion.site/zkSync-2-0-Testnet-Applications-e38328bccda7472793024a25e26a1cac

全体的に、ZKSync2.0のエコシステムは成熟したDefiおよびインフラストラクチャプロジェクトの移行やマルチチェーンNFTマーケットプレイスの展開から主に成り立っていますが、これ以外には目を引くプロジェクトはないようです。比較すると、StarkNetのテストネットには多くのゲームプロジェクトやStarkNetネイティブのDefiプロジェクトがあり、品目の面ではZKSyncよりも豊富で独立しています。

三：チームと資金調達

Matter Labsの共同創業者兼CEOであるAlex Gluchowskiはドイツ出身で、2011年にベルリン工科大学（Technische Universität Berlin）を卒業し、修士号を取得しました。その後、複数の企業で研究開発/CTOなどの職を歴任しました。2013年から起業を始め、フィットネスプラットフォームSomuchmore GmbH（2013.12~2015.9）やキャンピングカーのレンタルプラットフォームPaulCamper（2015.10~2017.8）を共同設立しました。2017年9月には香港のEntropy Labsに入社し、研究開発を担当し、そこからブロックチェーン業界に入ります。2018年末にMatter Labsを共同設立しました。

もう一人の共同創業者であるAlexandr Vlasovの経歴は比較的シンプルで、2006~2012年にモスクワ国立大学で核および粒子物理学を専攻し、2013~2018年にカナダのマギル大学で電子工学の博士号を取得し、その後Matter Labsに参加して研究開発を担当しました。

現在までにMatter Labsは総額5,800万ドルの資金調達を行い、そのうち5,000万ドルは2021年11月のBラウンドの資金調達から得られたもので、a16zがリード投資家です。a16zはOptimismにも投資しており、OP系とZK系の両方に賭けています。

比較すると、StarkWareはZCashの暗号業界での成功経験があり、チームは教授がリードしており、約2.8億ドルの資金調達をすでに行っていますが、ZKSyncのチームと資金調達は比較的草の根的です。

四：強みと課題

ZKSyncのスタイルはAppleに似ており、成熟した技術を組み合わせてユーザーが利用できる新しい製品を作り出すことに長けています。Solidityを優先する戦略も開発者に非常に優しいです。ZKSyncにとって、既存のzkEVMがL1上の成熟したアプリケーションを迅速に引き付け、TVLを高めることができるかどうかが重要なポイントとなります。これはZKSyncがL2の競争で一席を占めるための近道かもしれません。

しかし、この点でZKSyncは多方面からの競争に直面しています。OP系のOptimismはすでにトークンを発行しており、トークンインセンティブを通じてユーザーを引き付けることができます。また、Arbitrumは最近Odyssey活動を開始し、マーケティング活動を通じてユーザーや資金を引き付けています。長い間、ネイティブ言語Cairoに基づいており、エコシステムが比較的独立しているStarkWareも、間もなくアップグレード版のSolidityコンパイラを立ち上げ、開発者の参入障壁を低くします。このL2の競争において、ZKSyncの速度が非常に重要になります。