Fraud ProofとZK Fraud Proofの実装アイデア

詐欺証明はブロックチェーン分野で広く応用されている技術ソリューションで、最初はイーサリアムコミュニティに由来し、ArbitrumやOptimismなどのLayer2によって採用されました。2023年にビットコインエコシステムが興起した後、Robin LinusはBitVMソリューションを提案し、詐欺証明を核心思想としてビットコインの二層またはブリッジに新しいセキュリティモデルを提供しました。

BitVMは複数のバージョン進化を経て、初期の論理ゲート回路を基にしたBitVM0から、後にZK詐欺証明とGroth16検証回路をコアにしたBitVM2へと、技術的な道筋が成熟してきました。Bitlayer、Citrea、BOBなどの複数のプロジェクトは、BitVMを技術基盤として実現しています。

この記事では、Optimismの詐欺証明の仕組みを例に挙げ、MIPS仮想マシンとインタラクティブ詐欺証明に基づく仕組み、さらにZK化詐欺証明の主要な考え方について解析します。

! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装

OutputRoot と StateRoot

Optimismは有名なOptimistic Rollupプロジェクトであり、そのアーキテクチャはオーダーラーとEthereumチェーン上のスマートコントラクトで構成されています。オーダーラーは取引を処理した後、データをEthereumに送信します。誰でもOptimismノードクライアントを実行し、データをダウンロードしてローカルで取引を実行し、現在の状態セットのハッシュを計算できます。

もしオーダー送信者が誤った状態セットのハッシュをアップロードした場合、ローカル計算結果は異なり、この時に異議を唱えることができます。Optimismは、OutputRootフィールドを使用して状態の変化を示し、StateRootと他の2つのフィールドから計算されます。

! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装

MIPS仮想マシンとメモリマークルツリー

出力ルートの正確性をブロックチェーン上で検証するために、OptimismチームはSolidityを使用してMIPS仮想マシンを実装し、インタラクティブ詐欺証明システムを設計しました。このシステムは、取引処理プロセスを詳細化し、どのMIPSオペコードがエラーを引き起こしたかを観察します。

MIPS仮想マシンの状態情報は、Merkleツリー構造に組織されています。インタラクティブ詐欺証明では、どのオペコードが状態ハッシュのエラーを引き起こしたかを特定し、次にチェーン上で仮想マシンの状態を再現し、そのオペコードを実行する必要があります。

! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装

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インタラクティブ詐欺証明

OptimismはFault Dispute Game(FDG)プロトコルを開発し、挑戦者と防御者の二つの役割を含みます。双方はローカルでGameTreeを構築し、複数回のインタラクションを通じて争われているMIPSオペコードを特定する必要があります。

! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装アイデア

! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装

! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装

! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装

! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装

! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装

ZKベースの詐欺証明

従来の詐欺証明は、相互作用が複雑で、ガスコストが高く、開発難易度が大きいなどの問題があります。これに対処するために、OptimismはZK Fraud Proofの概念を提案しました。核心は、挑戦者が再実行する必要のある取引を指定し、順序付け者がZK証明を提供し、Ethereum契約がそれを検証することです。

インタラクティブ詐欺証明と比較して、ZK Fraud Proofは複数回のインタラクションを一回のZK証明生成と検証に簡素化し、時間とコストを節約します。ZK Rollupと比較して、チャレンジされたときだけに証明を生成し、計算コストを削減します。

この考え方はBitVM2でも採用されています。BitVM2はビットコインスクリプトを通じてZK Proof検証を実現し、オンチェーンプログラムを簡素化しました。BitlayerやGoat Networkなど、複数のプロジェクトがこのソリューションを採用しています。

! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装

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! BitVMの背景:詐欺証明とZK詐欺証明の実装

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