なぜゼロ知識証明を使用してクロスチェーンプロトコルを開発するのか？

著者：康水跃、Fox Tech創設者、丹陽投資会長

ユーザーが求めるクロスチェーンサービスとは

過去数年間、さまざまな独立したパブリックチェーンやEthereum Layer 2が登場しました。セキュリティ、低コスト、迅速な取引、開発者やユーザーコミュニティの違いなどの面で、異なるチェーンはそれぞれ異なる利点を持っており、ユーザーが異なるチェーン間で切り替えて使用する行動は非常に一般的です。Ethereumチェーンと比べて、Layer 2や他の独立したパブリックチェーンの手数料はより安価であり、取引速度も速くなります。そのため、ユーザーは取引コストを下げたり、他のチェーン上のより優れたまたは独自のアプリケーションを使用するために、クロスチェーンブリッジを利用する必要があります。

クロスチェーンブリッジを「現金輸送車」に例えるなら、現金輸送車が襲われるかどうか、またはどのような手段で襲われるかに関係なく、現金輸送車自体は強力な防御能力を持たなければならず、いかなるセキュリティ問題もあってはなりません。現金輸送車は設計、製造、輸送の各段階で問題があってはならず、送信、受信の段階でも問題があってはなりません。現在のクロスチェーンブリッジのソリューションは、アーキテクチャ設計の問題、コードの脆弱性、またはプロトコル自体が送受信や中継の段階で何らかの信頼仮定に依存していることが多く、これらはクロスチェーンブリッジのセキュリティを大幅に低下させています。

クロスチェーンブリッジは、さまざまなパブリックチェーンの上に構築された橋であり、多くのパブリックチェーン間の流動性の断絶を解決する非常に重要なソリューションです。しかし、ユーザーのクロスチェーン技術に対するニーズは、単に資産のクロスチェーンにとどまるものではなく、資産のクロスチェーンは実際にはクロスチェーンプロトコル全体のDeFi分野の一つのアプリケーションに過ぎません。二つの全く異なるネットワークがクロスチェーンプロトコルを通じて相互運用性を持つことは、トークンが独立したプラットフォーム間で相互に移動するだけでなく、大きなファイルやデータパケットのチェーン間通信を実現する必要があります。

Web3.0のマルチチェーンエコシステムにおいて、ユーザーは実際には一つのアプリケーションを通じて、すべての主流のパブリックチェーンと資産やデータの相互作用をスムーズに行いたいと考えています。相互作用の過程で、ユーザーは頻繁にウォレットやネットワークを切り替えたくはありません。

「一強多弱」のパブリックチェーンの構図の下で、ユーザーが求めるのは、より安全で、より汎用的で、より使いやすいチェーン間通信プロトコルです。

どのようなクロスチェーン通信モードがあるか

ネイティブ検証モード

ネイティブ検証は、ソースチェーンとターゲットチェーンの仮想マシンで軽量クライアントを実行し、中継器を介してチェーン間通信を行います。このモードの特徴は、各パブリックチェーンの間に介在するチェーンを運営する必要がないことです。Way Networkのようにゼロ知識証明を採用すれば、LayerZeroが必要とする信頼仮定を排除することも可能です。

図1：ネイティブ検証モード

外部検証モード

外部検証には、ソースチェーンの特定のアドレスを監視する必要がある1人または1組の検証者がいます。ユーザーが資産をソースチェーンの特定のアドレスに送信すると、その資産は一時的にロックされます。第三者の検証者がその情報を検証し、合意に達する必要があります。合意に達すると、対応する資産がターゲットチェーンに生成されます。

この通信モードの欠点は「信頼仮定」が存在し、「単一障害」や「局所的障害」によって資産が盗まれる可能性があることです。

図2：外部検証モード

ローカル検証モード

ローカル検証は、局所的な検証モードであり、ピアツーピアの流動性ネットワークです。各ノード自体が「ルーター」であり、ルーターは派生資産ではなく、ターゲットチェーンの原資産を提供します。

このモードの欠点は「汎用性」を実現できず、資産のクロスチェーン転送にのみ使用でき、汎用情報やデータのチェーン間転送には使用できないことです。

図3：ローカル検証モード

アップストリームチェーンモード

アップストリームチェーンは、dAppがそのチェーン上にスマートコントラクトをデプロイすることを要求し、メッセージがコピーされて他のLayer 1パブリックチェーンに送信され、状態更新を実現します。

このモードの欠点は主にビジネス運営の面にあり、このチェーンはすべての第1層チェーンと競争し、協力するのではなく、互いにdAppを自分のチェーンにデプロイするために争っています。

図4：アップストリームチェーンモード

なぜzkRelayerがチェーン間通信の鍵なのか

優れたチェーン間通信ソリューションは、以下の利点を備えているべきです：

• 信頼仮定がない、安全である、つまりTrustless, Secure

• 許可が不要で、分散型である、つまりPermissionless, Decentralized

• 汎用的である、つまりGeneral, Universal

• 拡張可能である、つまりExtensible

• 高速で、低コストである、つまりEfficient, Low Cost

これらの利点はすべてのクロスチェーンソリューションに備わっているわけではなく、各利点の重要度も異なります。ユーザーは遅いクロスチェーンサービスを我慢することも、高いクロスチェーンコストを我慢することもでき、さまざまなデータ形式のクロスチェーン転送をすぐに行う必要はありません。しかし、最初のTrustlessは確かに緊急かつ重要です。最初の外部検証モードは、一つのチェーンを使って他のパブリックチェーンの通信問題を解決するものであり、方法論的には比較的重い方法であり、EVMとNon-EVM、POWとPOSのチェーン間通信の問題を解決するのは難しいです。同時に、中間チェーン自体は単一の中央集権的なツールであり、「自己証明」が難しく、外部検証モードはDecentralized SecurityもTrustless Securityも持っていません。

ネイティブ検証におけるLayerZeroとHyperlaneは、主にSenderとReceiverの二つのクライアントの役割を強調し、RelayerとOracleの役割を弱めています。ここには以下のいくつかの問題があります：第一に、ユーザーはRelayerとOracleが共謀して悪事を働かないと信じなければならない；第二に、ユーザーはプロトコル自体がRelayerの段階で悪事を働かないと信じなければなりません。つまり、現在のすべてのソリューションではTrustless Securityを実現できません。単一障害や局所的障害は、いつ爆発するかわからない爆弾のように、天然の欠陥を持つクロスチェーン通信ソリューションに設置されています。

zkRelayerはWay Networkが提案したチェーン間通信のゼロ知識証明中継器であり、その利点はユーザーが外部の第三者を信じる必要がなく、プロトコル自体を信じる必要もないことです。数学と暗号学の証明プロセスが完全かつ正確であれば、このシステムは一般に受け入れられます。注意すべきは、ここで事態が本質的に変化していることです。ユーザーが信じるのは「真理」であり、誰かや何かの組織ではありません。人や組織は間違いを犯し、悪事を働くことがありますが、真理はそうではありません。全体の流れの中で、Chain A→ Sender→ zkRelayer → ZK Verifier→ Receiver→ Chain Bにおいて、zkRelayerの地位はSenderとReceiverという二つの軽量クライアントを超え、全体のソリューションの中心となります。

zkRelayerの核心部品はZK ProverおよびMessage Aggregatorです。Way NetworkのZK Proverが採用しているゼロ知識証明手法はFox Techが提案したZK-FOAKSであり、その利点は非常に迅速で、RecursiveとTrustlessの二つの特性を備えており、その線形証明時間と亜線形検証時間は理論的下限に達しています。ZK-FOAKSをチェーン間通信のRelayerに使用することで、全体の通信がTrustless、EfficientかつLow Costであることが保証されます。

zkRelayerはチェーン間通信の鍵です。zkRelayerの支援により、チェーン間通信は新たな章を迎えることになります。

図5: Way Networkの汎用チェーン間通信アーキテクチャ