概要

Web3の普及には、伝統的なWeb2開発者が暗号学の幅広い知識を必要とせずに、スムーズにブロックチェーンアプリケーション開発に移行するという課題がいくつかあります。zkWASM（Zero-Knowledge WebAssembly Virtual Machine）は、この問題に効果的な解決策を提供しています。

Zero-Knowledge Proofs（ZK）とWebAssembly（WASM）を組み合わせることで、zkWASMは、Web2アプリケーションをWeb3エコシステムにシームレスに移行するために設計されています。

zkWASMを使用すると、計算はオフチェーンで処理され、その計算の証拠のみがチェーン上に保存されます。このアプローチにより、開発者はRust、C++、Goなどの馴染みのあるプログラミング言語を使用して分散型アプリケーション（dApps）を構築することができます。開発者がゼロ知識証明技術を深く理解する必要がなくなるため、zkWASMはWeb2からWeb3への移行におけるエントリーバリアを大幅に低下させ、主要な課題に対処します。

ソース:https://delphinuslab.com/tutorial/

コアコンセプト

zkWASMは主に2つの主要技術に基づいて構築されています:

WebAssembly (WASM)：WASMは、C、Rustなどの言語をブラウザやブロックチェーン仮想マシンで実行するための効率的なバイトコード形式です。Google、Mozilla、Microsoft、Appleなどが共同で開発し、優れたパフォーマンスと携帯性を提供し、高性能なWeb開発に広く採用されています。

ソース: @bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb"">https://medium.com/@bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb

ゼロ知識証明（ZK）：ZKは、計算の正しさを検証者に示すことができるようにする一方、計算の詳細を明らかにしない証明者を許可します。

zkWASMは、両方の技術の利点を組み合わせ、WASMコードの実行結果をゼロ知識証明を通じて検証できるようにすることで、ブロックチェーンのプライバシーとスケーラビリティを向上させています。

動作原理

zkWASMの中核は、WASM命令セットとZero-Knowledge Proofs（ZK）を組み合わせて効率的かつ検証可能な計算を実現することにあります。ワークフローは、次のステップで構成されています:

1. WASMコードの実行：WASMはスマートコントラクトや計算タスクを実行し、計算結果を生成します。
2. ZKプルーフの生成：ゼロ知識プルーフ技術を使用して、WASM計算プロセスの検証可能な証拠を生成します。
3. 計算の正当性の検証：検証者（ブロックチェーンネットワーク内のノードなど）は、計算を再実行せずにZKプルーフをチェックするだけで、計算結果の正確性と信頼性を確保します。

ポータブルな仮想マシンとして、zkWASMは開発者が馴染みのあるプログラミング言語を使用してプライバシー保護アプリケーションを記述し、それをWASM形式にコンパイルすることを可能にします。ユーザーはこれらのアプリケーションを通常のアプリケーションのようにブラウザで実行でき、追加のハードウェアやソフトウェアのサポートが必要ありません。

キープロジェクト

デルフィヌスラボ

紹介:
zkWasmエコシステムの先駆者として、Delphinus Labは、信頼コンピューティングソリューションと包括的な開発者ツールキット（SDK）の開発に特化しています。チームはWeb2とWeb3の間のギャップを埋めることに情熱を持ち、伝統的な開発者がブロックチェーン技術を取り入れやすくすることに取り組んでいます。

主な展開：
最先端のzkWasm仮想マシンを構築し、ゼロ知識証明を介したオンチェーン検証を確保しつつ、安全なオフチェーン計算を可能にしました
人気のあるプログラミング言語（C、C++、Rust、およびAssemblyScript）をサポートする多目的な開発環境を作成しました
導入されたzkWasm Hub-開発者がzkWasmアプリケーションを発見、共有、およびデプロイし、自動化された証明生成およびバッチ処理機能を備えた革新的なクラウドプラットフォーム

アプリケーション：
このプラットフォームはプライバシーに焦点を当てたコンピューティングに優れ、分散型アプリケーション（DApps）の開発を支え、カスタムロールアッププロトコルの実装を可能にしています。

ソース: https://delphinuslab.com/?ref=blog.icme.io

ZKCROSS

導入:
ZKCROSSは、zkWasmテクノロジーを活用して、クロスチェーン相互運用性を実現し、ユニバーサルな実行レイヤーを提供するマルチチェーンzkRollup実行レイヤーです。

キーの展開：
実行と決済レイヤーを切り離し、zkWasm技術を通じて信頼できるマルチチェーン実行環境を提供します。
プラットフォームは、マルチチェーンネイティブ製品の迅速な開発と展開を促進し、エンドツーエンドのZKPプロトコルを介してセキュリティを確保します。

アプリケーション：
クロスチェーン資産の転送、異なるチェーン間のブロックチェーンゲームのやり取り、およびクロスチェーンDeFiプロトコル。

ソース: https://www.zkcross.org/

PolygonとNEARのzkWasmコラボレーション

導入:
Polygon LabsとNEAR Foundationは、Wasmベースのブロックチェーン向けにゼロ知識証明サポートを提供するzkWasm Proverを開発するために協力しています。

主な展開：
NEAR Foundationは、Polygon Chain Development Kit (CDK)の中核的な貢献者となり、開発者がZK-powered Layer 2ブロックチェーンを構築する際にzkWasm Proverを利用できるようになりました。
このコラボレーションは、WasmチェーンとEthereumエコシステムとの相互運用性を向上させ、セキュリティとスケーラビリティを向上させます。

アプリケーション:
この技術は、カスタムZKパワードレイヤー2チェーンの構築に最適であり、EVMおよびWasmエコシステム全体での拡張をサポートしています。

ソース:https://polygon.technology/blog/polygon-labs-and-near-foundation-collaborate-to-build-a-zkwasm-prover-as-a-component-for-polygon-cdk

zkWasm Hub

紹介:
zkWasm Hubは、Delphinus Labによる包括的なクラウドプラットフォームで、zkWasmアプリケーションの開発と展開を効率化しています。

主な展開：
zkWasmアプリケーションイメージの保存とアクセスを提供し、REST APIを介したアクセスをサポートします。
GitHubプロジェクトをzkWasm Hubに直接デプロイできるようにする自動コンパイルおよび更新サービスをサポートします。
zkWasmタスクのステータスを監視するためのタスクエクスプローラーが含まれています。

アプリケーション:
開発者ツール、アプリケーション配信プラットフォーム、および分散型クラウドサービス。

ソース: https://zkwasmhub.com/

zkEVM、eWASM、およびzkWASMの比較

zkEVMは、Ethereumのプライバシーとスケーラビリティを高めることに焦点を当てており、Solidityをサポートしています。zkWASMは、Web2からWeb3への移行を目指し、複数の伝統的なプログラミング言語のサポートを提供しています。eWASMは、Ethereumのスマートコントラクトの実行効率を向上させ、複数の言語もサポートしています。

zkEVM、zkWASM、およびeWASMの主な違いは、それぞれの焦点領域にあります。zkEVMはEthereumのスケーラビリティを重視しており、zkWASMは従来の開発者がWeb3に移行しやすくすることに焦点を当てています。一方、eWASMはスマートコントラクトのパフォーマンスを向上させることに特化しています。

ソース: https://hyperoracle.medium.com/zkwasm-the-next-chapter-of-zk-and-zkvm-471038b1fba6

利点

強化されたプライバシー

zkWASMは、特定の入力データを公開せずに、スマートコントラクトまたは計算タスクを実行し、最終結果のみを公開することを可能にします。たとえば、ユーザーはオフチェーンで複雑な計算を行い、ゼロ知識（ZK）証明を使用して結果の正しさを証明することができますが、基礎となる計算プロセスを公開することなく。

検証可能な計算

従来のスマートコントラクトの実行は、すべてのノードが冗長な計算を実行することに依存していました。 一方、zkWASMは、計算をオフチェーンで実行し、オンチェーンノードが確認するために検証できるZK証明を生成します。 このアプローチは、オンチェーンの計算コストを大幅に削減します。

強い互換性

WASMのクロスプラットフォーム機能を利用したzkWASMは、Rust、C++、Goなどの複数のプログラミング言語をサポートしています。これにより、開発者はおなじみのツールチェーンを使用してZK計算プログラムを構築することができます。

改善された拡張性

計算プロセスをオフチェーンに移動し、ZKプルーフのみを提出することで、zkWASMはオンチェーン計算の負担を大幅に軽減し、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させます。これは特にRollupsやLayer 2プロトコルなどのスケーリングソリューションにとって重要です。

ソース: https://delphinuslab.com/tutorial/

チャレンジ

zkWASMのプライバシー保護、拡張性、クロスプラットフォーム互換性における顕著な利点にもかかわらず、その採用にはいくつかの技術的な課題が残っています:

1. 高い計算負荷と高コストな証明生成

zkWASMを使用してWASMコードを実行するには、各計算ステップをゼロ知識証明回路に変換する必要があり、計算の複雑さが大幅に増加します。

問題：ゼロ知識証明スキーム（例：ZK-SNARK、ZK-STARK）には、多くの場合、多項式のコミットメントや楕円曲線の計算など、複雑で複雑な数学的操作が関与します。これらのプロセスには、証明生成に長時間かかったり、リソースを大量に消費したりする可能性があります。

潜在的な最適化: より効率的なZK証明アルゴリズムの研究およびハードウェアアクセラレーション(FPGA、GPUなど)の活用は、計算オーバーヘッドを削減するのに役立ちます。

2. WASMからゼロ知識回路への複雑なマッピング

WASMは効率的な実行を目的として設計されていますが、ゼロ知識証明互換性には最適化されていません。WASM命令からZK回路への直接変換は、パフォーマンスのボトルネックを導入する可能性があります。

問題：WASMの命令セットはZK証明で使用される算術回路モデルに直接マッピングされておらず、効率の悪い変換をもたらしています。

潜在的な最適化：より効率的な中間表現（IR）の開発は、不要な計算オーバーヘッドを最小限に抑え、WASMコードをZK計算に適したものにするのに役立ちます。

3. 互換性と開発者エコシステム

WASMは複数の言語をサポートしていますが、zkWASMは開発者の学習曲線を短縮するために既存のZKエコシステムツールと統合する必要があります。

課題：既存のZK言語（Circom、ZoKratesなど）とWASMエコシステムは異なる技術スタックを持っています。zkWASMが主流のブロックチェーンおよびDAppエコシステムとシームレスに統合されることを確実にすることは重要な課題です。

潜在的な最適化：Solidity、Rust、C++などの人気のある言語とのzkWASMのより深い統合を推進し、ユーザーフレンドリーなSDKや開発フレームワークを提供します。

4. 証明検証コストとオンチェーンの拡張性

ブロックチェーン環境では、zkWASMによって生成されたZKプルーフをチェーン上で検証する必要があります。チェーン上のリソースが限られているため、検証コストの最適化が重要です。

問題：ZK証明を検証することは、計算を再実行するよりもリソースを大幅に節約できますが、イーサリアムのようなパブリックチェーンでは高額なガス手数料が発生する可能性があります。

潜在的な最適化：より効率的な検証アルゴリズム（例：aggreGate.iodプルーフ、再帰プルーフ）の研究、レイヤー2ソリューションを活用してオンチェーンの検証を効率化し、ガスコストを削減する。

5. エコシステムの発展と標準化

新興技術であるzkWASMは、より広範な採用を推進するために堅牢な開発ツール、コミュニティのサポート、および業界標準が必要です。

問題：zkWASMはまだ初期段階にあり、API標準、開発者ツールチェーン、監査フレームワークが限られており、採用が遅れています。

潜在的な最適化：オープンソースのSDK、テストツール、スマートコントラクトライブラリを確立することで、より広範な開発者参加をzkWASMエコシステムに促し、最終的にzkWASMをWeb3における普遍的なプライバシー計算ソリューションとして位置付けることができます。

zkWASMは、WASMとゼロ知識証明の革新的な組み合わせであり、プライバシー計算、レイヤー2のスケーラビリティ、およびAI計算の検証分野において大きな潜在能力を秘めています。ただし、広範な採用を実現するには、計算オーバーヘッド、互換性の問題、検証コスト、およびエコシステムの発展など、主要な課題を乗り越える必要があります。ZKプルーフアルゴリズムの改善、ハードウェアの高速化の進歩、開発ツールチェーンの成熟化に伴い、zkWASMはブロックチェーンのプライバシー計算における中核技術となる見込みです。

将来の展望とアプリケーションシナリオ

zkWASMの革新的なアーキテクチャは、分散型アプリケーションにとって非常に大きな可能性を提供しています。ゼロ知識証明（ZKP）およびWebAssembly（WASM）技術の進化に伴い、zkWASMはWeb3エコシステムの基本的な要素となり、産業全体でプライバシー、セキュリティ、スケーラビリティのソリューションを提供しています。

継続的な技術改良と成熟した開発ツールチェーンにより、zkWASMは開発者により使いやすい環境を提供し、Web3、DeFi、AI、IoTなどのセクターでの採用を容易にし、それによりより広範なブロックチェーンの採用を促進します。

1. DeFi (分散型金融)

効率的な取引処理：zkWASMは複雑な計算をオフチェーンで実行し、ZKプルーフで検証することにより、取引コストとレイテンシーを大幅に削減することができます。これにより、分散型取引所（DEX）、自動市場メーカー（AMM）、およびその他のDeFiアプリケーションに最適です。

プライバシー保護：ZKP技術を活用したzkWASMは、ユーザーが機密取引の詳細を公開せずに資金を送金したりスマートコントラクトを実行したりできるようにします。

クロスチェーン相互運用性：zkWASMは、ZKCROSSなどのクロスチェーンソリューションと組み合わせることで、異なるブロックチェーンネットワーク間での資産のシームレスな転送と流動性の集約を容易にします。

ユースケース：ユーザーAがETHをUSDTに匿名で交換したいとします。zkWASMはトランザクションをオフチェーンで処理し、最終ステータスのみをチェーン上に記録します。これによりプライバシー保護が確保され、トランザクションコストが最小限に抑えられます。

ソース: https://app.uniswap.org/?lng=ja-JP

2. ゲームファイ（ゲームファイナンス）

複雑なゲームロジック：zkWASMは、複雑なゲームロジックをオフチェーンで実行することをサポートします（例：マルチプレイヤーオンラインゲームでのリアルタイム計算）​​、そしてZKプルーフを使用して結果を検証し、公正さと整合性を保証します。

NFTトレーディングと管理：GameFiエコシステムでは、NFTアセット（ゲームアイテム、スキン、コレクタブルなど）をzkWASMの最適化されたRollupレイヤーで効率的に取引することができ、取引コストを大幅に削減します。

スケーラビリティ：zkWASMは、大規模なユーザー同時性をサポートし、従来のオンチェーンゲームにしばしば影響を与えるパフォーマンスのボトルネックに対処するために、レイヤー3/Layer 4アプリケーション固有のRollupソリューションを活用しています。

ユースケース：プレイヤーAとプレイヤーBが競技の試合に参加するとします。バトルの結果は、zkWASMを使用してオフチェーンで計算され、プレイヤーAが勝ったことが検証されます。その結果は、プレイヤーAが希少なNFTカードを報酬として受け取るようにオンチェーンに記録されます。すべてが最小限のトランザクションコストで行われます。

ソース:https://axieinfinity.com/

3. ソーシャルファイ（ソーシャルファイナンス）

分散型ソーシャルネットワーク：zkWASMは、ユーザーデータが暗号化され、Zero-Knowledge Proofs（ZKP）を使用して安全に保存される分散型ソーシャルプラットフォームをサポートできます。これにより、プライバシーとデータの所有権が確保されます。

経済的インセンティブモデル：SocialFiプラットフォームは、トークン報酬でコンテンツ作成者やユーザーを奨励することができます。 zkWASMの高スループットと低コストの構造は、大規模なマイクロトランザクションを処理するのに適しています。

コンテンツ検証：ZKP技術を使用することで、zkWASMはユーザーのプライバシーを保護しながら、コンテンツの真正性や著作権の所有権を検証することができます。

ユースケース：ユーザーAが暗号化された記事を公開したとします。 zkVoiceはその独自性を検証し、100件のいいねを受け取ったことを記録します。その後、プラットフォームはユーザーのプライバシーを保証し、チェーン上でトークン報酬を割り当てます。

ソース: https://www.thetatoken.org/

4. AI（人工知能）

オンチェーン機械学習：zkWASMは、複雑なAIモデルの推論やトレーニング（例：ニューラルネットワークの計算）のオフチェーン実行を可能にし、ゼロ知識証明を使用してチェーン上で結果を検証し、分散型AIアプリケーションに最適です。

プライバシー保護計算：医療や金融などの機密性の高い産業において、zkWASMはプライバシー保護されたAIモデル推論を可能にし、ユーザーデータが公開されることなく計算に参加できます。

トークン化されたAIエコシステム: zkWASMは、AIモデルのトークン化を促進し、インセンティブ駆動型のAIイノベーションと分散型ガバナンスを推進することができます。

ユースケース：患者が暗号化された血液検査データをアップロードし、BioPassportは糖尿病の高リスクを予測します。 zkWASMは「高リスク」の証拠を生成し、それがチェーン上に記録されます。医師は患者の個人データにアクセスせずに結果を確認できます。

ソース: https://biopassport.io/

5. 複雑なWeb2アプリケーションのWeb3への移行

従来のWeb2アプリケーション：zkWASMの汎用性により、複雑なWeb2ロジック（例：ソーシャルメディアプラットフォーム、コンテンツ管理システム、eコマースプラットフォーム）を実行し、ZKPとRollupテクノロジーを使用してシームレスにWeb3に移行することができます。

ハイパフォーマンスコンピューティング：zkWASMは、オフチェーンの実行とオンチェーンの検証を組み合わせることで、Web2アプリケーションのパフォーマンス要件をサポートし、分散化とセキュリティを維持できます。

開発者向け環境: WebAssemblyの広範な採用により、移行プロセスが簡素化され、Web2からWeb3へ移行する開発者の参入障壁が低くなります。

ユースケース：ユーザーAがスマートフォンを購入したとします。注文はオフチェーンでマッチングされ、zkWASMが在庫と支払いを検証し、取引はオンチェーンで記録されます。暗号化された物流情報はIPFSに安全に保存されます。

ソース：https://www.amazon.co.jp/s?k=cell+phone&crid=2J18MS8O3AMA8&sprefix=cell+phone%2Caps%2C603&ref=nb_sb_noss_1

6. プライバシー保護型の身元確認および認証システム

分散型アイデンティティ（DID）：zkWASMを活用して、ユーザーが個人データを公開せずに自身のアイデンティティや資格を証明できるプライバシー保護型のアイデンティティシステムを構築することができます。

ゼロ知識認証：KYCなどのプロセスでは、zkWASMを使用して、詳細な個人情報を開示せずに、特定の基準を満たしていることをユーザーが証明できます。

ユースケース：融資を申請するユーザーが暗号化されたパスポート情報をアップロードします。 zkWASM は、ユーザーの年齢が18歳以上であることを検証し、資格を確認するオンチェーンの証明を生成します。プラットフォームは、実際のパスポートの詳細を表示せずに融資を承認することができます。

ソース:https://getaverses.com/

7. サプライチェーンとトレーサビリティ

プライバシー保護トレーサビリティ:サプライチェーン管理において、zkWASMは機密性の高いビジネス情報を保護しながら、製品の原産地、輸送記録、その他の重要なデータを検証できます。

効率的な決済：Rollup技術を活用することで、zkWASMはサプライチェーン内のマルチパーティトランザクションと記録をオフチェーンで効率的に処理し、最終的な証明のみをオンチェーンに提出します。

ユースケース：消費者が牛乳パックのQRコードをスキャンし、zkTraceがそれがファームAから発信され、品質検査に合格したことを確認します。詳細な生産データはプライバシー保護のために暗号化されたままです。

ソース: https://ethglobal.com/showcase/zktrace-imqfh

8. 分散型クラウドコンピューティング

分散コンピューティングタスク：zkWASMは、複雑なコンピューティングタスクをオフチェーンノードに分散して実行し、その結果をゼロ知識証明を使用してオンチェーンで検証します。これにより、zkWASMは分散型クラウドコンピューティングプラットフォームに最適です。

リソースの最適化：レイヤード拡張戦略（例：L3/L4ロールアップ）を利用することで、zkWASMは効率的に計算リソースを割り当て、コストを削減しながらパフォーマンスを維持します。

ユースケース：研究者がタンパク質折りたたみタスクを提出します。 オフチェーンノードが計算を完了し、zkWASMが結果を検証し、トランザクションが記録され、トークン報酬が適切に配布されます。

9. インターネット・オブ・シングス（IoT）およびスマートデバイス

プライベートデバイス通信：zkWASMは、IoTデバイス間のプライバシー保護通信を可能にし、ゼロ知識証明検証を通じてデータのセキュリティと信頼性を確保します。

マイクロトランザクション：zkWASMは、ロールアップ技術によって支えられた低コストで高スループットなトランザクションによるスマートデバイス間の小規模な支払い（例：エネルギートレーディングやデータ共有）をサポートしています。

ユースケース：家庭Aの太陽光パネルが余剰エネルギーを家庭Bに売却します。取引はオフチェーンで処理され、zkWASMが結果を検証し、支払いは最小限のコストでチェーン上に記録されます。

源：https://bloxmove.com/

10. その他の潜在的な応用

投票とガバナンス：zkWASMは、ZKPに基づいた匿名投票システムを支えることができ、有権者のプライバシーを確保しながら、結果の透明性と検証可能性を維持します。

医療データ管理：zkWASMは、医療セクターにおいて患者のプライバシーを保護しながら安全なデータ共有と分析を可能にします。

教育と認定: zkWASMは、分散型のアカデミックおよびスキル認定の発行を容易にし、改ざん防止と検証が容易であることを保証します。

結論

zkWASMは、Web2アプリケーションをWeb3に移行する際に直面する技術上の障壁に取り組むよう設計されており、Web3テクノロジーのより広範な採用を推進します。従来のプログラミング言語とゼロ知識証明（ZKP）技術を組み合わせることで、zkWASMは強化されたセキュリティ、プライバシー保護、相互運用性を提供し、Web2アプリケーションがスムーズにWeb3プラットフォームに移行できるようにします。開発者は、Rust、C++、Goなどのよく知られたプログラミング言語を使用して分散型アプリケーション（dApps）を構築でき、複雑なブロックチェーンの概念を深く理解する必要がないため、開発の障壁が大幅に低下します。

zkWASMの潜在的な用途は、DeFi、GameFi、SocialFi、AI、Web2移行、プライバシー保護、サプライチェーンのトレーサビリティ、分散型クラウドコンピューティング、IoTなどの分野にまたがっています。zkWASMは、ZKPとRollupテクノロジーを活用することで、高いパフォーマンス、プライバシー保護、スケーラビリティを提供し、Web3の進歩に不可欠な技術サポートを提供します。

zkWASMは、計算オーバーヘッド、開発エコシステムの成熟度、および証明検証コストに関連する課題に直面していますが、継続的な技術改善とハードウェアアクセラレーションの採用により、そのポテンシャルが着実に開かれています。将来、zkWASMは分散型コンピューティングの重要な技術として位置付けられ、Web3エコシステムをより効率的、安全、包括的な方向に導くことが期待されています。