> 分散化を達成するには、暗号化に固有のトラストレス性、大量採用を促進する MEV の自然な経済的インセンティブ、ZK テクノロジーの可能性、および機械学習を含む分散型汎用コンピューティングの必要性を利用し、世界のスーパーコンピューターが必要になってきました。**原題：「****世界のスーパーコンピュータへ****」****執筆者: msfew、Kartin、Xiaohang Yu、Qi Zhou****コンピレーション: Deep Tide TechFlow**＃＃ 導入イーサリアムは最終的に世界のスーパーコンピューターになることにどのくらい近づいているのでしょうか?ビットコインのピアツーピアコンセンサスアルゴリズムからイーサリアムのEVM、そしてネットワーク国家の概念に至るまで、ブロックチェーンコミュニティの目標の1つは常に世界のスーパーコンピュータ、より具体的には分散型で止められないトラストレスでスケーラブルな統一国家を構築することであった。マシーン。これらすべてが理論的に非常に可能であることは長い間知られていましたが、現在まで進行中のほとんどの取り組みは非常に断片的であり、深刻なトレードオフと制限があります。この記事では、ワールド コンピューターを構築する既存の試みが直面するいくつかのトレードオフと制限を調査し、そのようなマシンに必要なコンポーネントを分析し、最後に新しいワールド スーパーコンピューター アーキテクチャを提案します。私たちの理解に値する新たな可能性。## 1. 現在の方法の制限### a) イーサリアムと L2 ロールアップイーサリアムは、世界のスーパーコンピューターを構築する最初の本格的な試みであり、おそらく最も成功したものです。ただし、イーサリアムは開発中に、スケーラビリティやパフォーマンスよりも分散化とセキュリティを非常に優先しました。したがって、信頼性は高いものの、通常のイーサリアムは世界のスーパーコンピューターには程遠く、単純に拡張性がありません。現在のソリューションは L2 ロールアップで、イーサリアムの世界でコンピュータのパフォーマンスを向上させるために最も広く採用されているスケーリング ソリューションとなっています。イーサリアム上に構築された追加レイヤーとして、L2 ロールアップは大きな利点を提供し、コミュニティによってサポートされています。L2 ロールアップには複数の定義が存在しますが、L2 ロールアップは、オンチェーン データの可用性と、イーサリアムまたはその他の基盤となるネットワークでのオフチェーン トランザクションの実行という 2 つの重要な特性を持つネットワークであることが一般に受け入れられています。基本的に、履歴状態または入力トランザクション データは公的にアクセスでき、イーサリアム上で検証が行われますが、個々のトランザクションと状態遷移はすべてメインネットから移動されます。L2 ロールアップは確かにこれらの「グローバル コンピューター」のパフォーマンスを大幅に向上させましたが、その多くは集中化によるシステム的なリスクを抱えており、分散型ネットワークとしてのブロックチェーンの原則を根本的に損ないます。これは、オフチェーン実行には個々の状態遷移だけでなく、これらのトランザクションの順序付けやバッチ処理も含まれるためです。ほとんどの場合、L2 オーダラーが順序付けを行い、L2 バリデーターが新しい状態を計算します。ただし、この注文機能を L2 注文者に提供すると、集中化のリスクが生じます。集中化された注文者がその権限を悪用して、トランザクションを恣意的に検閲し、ネットワークの稼働を妨害し、MEV キャプチャから利益を得る可能性があります。共有、アウトソーシング、発注者ベースのソリューション、分散型発注者ソリューション (PoA、PoS リーダーの選択、MEV オークション、PoE など) など、L2 集中化のリスクを軽減する方法については多くの議論が行われてきましたが、その中には多くの議論があります。試みはまだ概念的設計段階にあり、この問題の万能薬には程遠いです。さらに、多くの L2 プロジェクトは、分散型ソーター ソリューションの実装に消極的であるようです。たとえば、Arbitrum は分散型ソーターをオプション機能として提案しています。集中型のオーダラーの問題に加えて、L2 ロールアップには、フル ノードのハードウェア要件、ガバナンスのリスク、アプリケーション ロールアップの傾向による集中化の問題が発生する可能性があります。### b) L2 ロールアップとワールド コンピュータのトリレンマイーサリアムを拡張するために L2 ロールアップに依存することに伴うこれらすべての集中化の問題は、古典的なブロックチェーンの「トリレンマ」から派生した根本的な問題である「ワールド コンピューターのトリレンマ」を明らかにします。このトリレンマの優先順位が異なると、異なるトレードオフが生じます。※強力なコンセンサス台帳：基本的に保存と計算を繰り返す必要があるため、保存と計算の拡張には向きません。* 強力な計算能力: 大量の計算や証明タスクを実行する場合、コンセンサスを再利用する必要があるため、大規模なストレージには適していません。* 強力な記憶容量: ランダムサンプリング空間証明を頻繁に実行する場合、コンセンサスを再利用する必要があるため、コンピューティングには適していません。従来の L2 スキームは、実際にはモジュール方式でワールド コンピューターを構築するものです。ただし、さまざまな機能が前述の優先順位に基づいて分割されていないため、ワールド コンピューターはスケーリングがあってもイーサリアムの元のメインフレーム アーキテクチャを維持します。このアーキテクチャは、分散化やパフォーマンスなどの他の機能を満たすことができず、世界のコンピュータのトリレンマを解決することもできません。つまり、L2 ロールアップは実際には次の機能を実装します。* 世界コンピュータのモジュール化 (コンセンサス層でのさらなる実験と、集中注文者に対する外部の信頼)。* World Computer のスループット強化 (ただし、厳密には「拡張」されていません)。※世界のコンピュータのオープンイノベーション。ただし、L2 ロールアップでは次のものは提供されません。* 世界のコンピューターの分散化。* ワールド コンピューターのパフォーマンス強化 (Rollups の最大 TPS を組み合わせても実際には十分ではなく、L2 は L1 よりも速いファイナリティを持つことはできません)。* World Computer による計算 (これには、機械学習やオラクルなど、トランザクション処理を超えた計算が含まれます)。世界のコンピューター アーキテクチャには L2 ブロックチェーンとモジュラー ブロックチェーンを採用できますが、根本的な問題は解決されません。 L2 はブロックチェーンのトリレンマを解決できますが、世界のコンピューター自体のトリレンマは解決できません。したがって、これまで見てきたように、現在のアプローチは、イーサリアムが当初構想していた分散型世界スーパーコンピューターを真に実現するには十分ではありません。私たちが必要としているのは、パフォーマンスの拡大と段階的な分散化ではなく、パフォーマンスの拡大と分散化です。## 2. 世界のスーパーコンピューターの設計目標このためには、ベースレイヤーのブロックチェーンの完全な分散化を維持しながら、真に汎用的な集中計算 (特に機械学習とオラクル) を解決できるネットワークが必要です。さらに、ネットワーク上で直接実行でき、最終的にブロックチェーン上で検証できる機械学習 (ML) などの集中的な計算をネットワークがサポートできることを確認する必要があります。さらに、世界の既存のコンピューター実装に加えて、十分なストレージとコンピューティング能力を提供する必要があります。その目標と設計方法は次のとおりです。### a) 計算要件世界コンピュータのニーズと目的を満たすために、私たちはイーサリアムで説明される世界コンピュータの概念を拡張し、世界スーパーコンピュータの実現を目指します。世界のスーパーコンピューターは、まず、コンピューターが現在および将来実行できるタスクを分散型で実行する必要があります。大量導入に備えるために、開発者は、モデルの推論と検証を実行するための分散型機械学習の開発と導入を加速するために、世界中のスーパーコンピューターを必要としています。機械学習のようなリソースを大量に消費するタスクをコンピューティングする場合、そのような目標を達成するには、ゼロ知識証明などの信頼を最小化するコンピューティング技術だけでなく、分散型ネットワーク上のより大きなデータ容量も必要です。これらは単一の P2P ネットワーク (従来のブロックチェーンなど) では実現できません。### b) パフォーマンスのボトルネックに対する解決策コンピューティングの初期の頃、当社の先駆者たちは、コンピューティング能力とストレージ容量の間でトレードオフを行っていたため、同様のパフォーマンスのボトルネックに直面していました。回路の最小コンポーネントを例に挙げます。計算を電球/トランジスタに、ストレージをコンデンサに例えることができます。回路では、計算を必要とする計算タスクと同様に、電球が発光するには電流が必要です。一方、コンデンサは、ストレージがデータを保存する方法と同様に、電荷を保存します。同じ電圧と電流の場合、電球とコンデンサの間のエネルギー分配にはトレードオフが存在する可能性があります。一般に、より高度な計算では、計算タスクを実行するためにより多くの電流が必要となるため、コンデンサに蓄えられるエネルギーは少なくなります。コンデンサが大きいほど、より多くのエネルギーを蓄えることができますが、計算負荷が高くなると計算パフォーマンスが低下する可能性があります。このトレードオフにより、場合によってはコンピューティングとストレージを組み合わせることが不可能になります。ノイマン型コンピュータ アーキテクチャでは、記憶装置を中央処理装置から分離するという概念が生まれました。電球をコンデンサから分離するのと同じように、これにより、世界のスーパーコンピュータ システムのパフォーマンスのボトルネックが解決される可能性があります。さらに、従来の高性能分散データベースは、ストレージとコンピューティングを分離する設計スキームを採用しています。この方式が採用されたのは、世界のスーパーコンピュータの特性と完全に互換性があるためです。### c) 新しいアーキテクチャ トポロジモジュラー ブロックチェーン (L2 ロールアップを含む) とワールド コンピューター アーキテクチャの主な違いは、その目的です。※モジュラー型ブロックチェーン：モジュール（コンセンサス、データ可用性層DA、決済、実行）を選択し、それらを組み合わせてモジュール型ブロックチェーンとすることで、新たなブロックチェーンの創出を目指す。※ワールドスーパーコンピューター：世界のコンピューターにネットワーク（ベースレイヤーブロックチェーン、ストレージネットワーク、コンピューティングネットワーク）を組み合わせて、世界規模の分散型コンピューター・ネットワークの構築を目指す。私たちは、最終的に世界のスーパーコンピューターが、コンセンサス台帳、コンピューティング ネットワーク、ストレージ ネットワークという、ゼロ知識証明技術などのトラストレス バス (コネクタ) によって接続された、トポロジー的に異質な 3 つの P2P ネットワークで構成されるという代替案を提案します。この基本セットアップにより、世界中のスーパーコンピューターが世界のコンピューターのトリレンマを解決できるようになり、特定のアプリケーションの必要に応じて他のコンポーネントを追加できます。トポロジカルな異質性には、構造的および構造的な違いだけでなく、トポロジカルな形式の基本的な違いも含まれることは注目に値します。たとえば、イーサリアムとコスモスは、ネットワーク層と相互接続の点では異種ですが、トポロジー的な異種性 (ブロックチェーン) の点では依然として同等です。世界のスーパーコンピュータでは、コンセンサス台帳ブロックチェーンはブロックチェーンの形式を採用し、ノードは完全なグラフの形式を採用しますが、Hyper Oracle のような zkOracle ネットワークは台帳のないネットワークであり、ノードは循環グラフを形成します。 Rollup を格納するための構造は別のバリエーションで、サブネットを形成するパーティションです。ゼロ知識証明をデータ バスとして使用することで、3 つのトポロジー的に異質なピアツーピア ネットワークを接続することにより、完全に分散化され、停止不可能で、パーミッションレスでスケーラブルなワールド スーパーコンピューターを実現できます。## 3. 世界のスーパーコンピューターのアーキテクチャ物理コンピューターを構築するのと同様に、前述のコンセンサス ネットワーク、コンピューティング ネットワーク、ストレージ ネットワークを組み立ててワールド スーパーコンピューターを構築する必要があります。各コンポーネントを適切に選択して接続することで、コンセンサス台帳、コンピューティング能力、ストレージ容量のトリレンマのバランスを達成し、最終的には世界のスーパーコンピューターの分散化、高性能、セキュリティを確保することができます。世界のスーパーコンピュータのアーキテクチャは、その機能に応じて次のように説明されます。コンセンサス、計算、ストレージ ネットワークを備えた世界のスーパーコンピューター ネットワークのノード構造は次のようになります。ネットワークを立ち上げるために、世界のスーパーコンピューターのノードはイーサリアムの分散型インフラストラクチャに基づくことになります。高いコンピューティング性能を持つノードは、一般的なコンピューティングまたは機械学習の証明を生成するために zkOracle のコンピューティング ネットワークに参加でき、一方、高いストレージ容量を持つノードは EthStorage のストレージ ネットワークに参加できます。上記の例では、イーサリアムとコンピューティング/ストレージ ネットワークの両方を実行するノードについて説明しています。コンピューティング/ストレージ ネットワークのみを実行するノードの場合、イーサリアムの最新ブロックにアクセスしたり、信頼なしで zkPoS や zkNoSQL などのゼロ知識証明テクノロジーのバスを通じて保存されたデータの可用性を証明したりできます。### a) イーサリアムコンセンサス現在、世界中のスーパーコンピューターのコンセンサスネットワークはイーサリアムのみを使用しています。イーサリアムには強力な社会的コンセンサスとネットワークレベルのセキュリティがあり、分散型コンセンサスを確保します。世界のスーパーコンピューターは、コンセンサス台帳中心のアーキテクチャに基づいて構築されています。コンセンサス台帳は、次の 2 つの主な目的を果たします。* システム全体のコンセンサスを提供します。※CPUクロックサイクルはブロック間隔で定義します。コンピューティング ネットワークやストレージ ネットワークと比較すると、イーサリアムは同時に多数のコンピューティング タスクを処理できず、大量の汎用データを保存することもできません。世界のスーパーコンピューターの中でも、イーサリアムは、コンピューティングおよびストレージ ネットワークのコンセンサスに達し、コンピューティング ネットワークがさらにオフチェーン計算を実行できるように主要なデータをロードするために、L2 ロールアップなどのデータを保存するためのコンセンサス ネットワークです。### b) ストアロールアップイーサリアムのプロトダンクシャーディングとダンクシャーディングは、本質的にコンセンサスネットワークを拡張する方法です。世界中のスーパーコンピューターが必要とするストレージ容量を実現するには、イーサリアムにネイティブであり、大量のデータの永続的なストレージをサポートするソリューションが必要です。EthStorage のようなストレージ ロールアップは、基本的にイーサリアムを大規模なストレージに拡張します。また、機械学習などの計算リソースを大量に消費するアプリケーションは、物理コンピューターで実行するために大量のメモリを必要とするため、イーサリアムの「メモリ」を過剰に拡張できないことに注意することが重要です。ストレージ ロールアップは、世界中のスーパーコンピューターが計算負荷の高いタスクを実行できるようにする「スワッピング」に必要です。さらに、EthStorage は、世界中のスーパーコンピューターのネイティブ URI またはストレージ リソースのアドレス指定に似た web3:// アクセス プロトコル (ERC-4804) を提供します。### c) zkOracle コンピューティング ネットワークコンピューティング ネットワークは全体的なパフォーマンスを決定するため、世界のスーパーコンピューターの最も重要な要素です。オラクルや機械学習などの複雑な計算を処理できなければならず、データへのアクセスと処理の点でコンセンサス ネットワークやストレージ ネットワークよりも高速である必要があります。zkOracle ネットワークは、任意の計算を処理できる、分散型で信頼を最小限に抑えたコンピューティング ネットワークです。実行中のプログラムは ZK プルーフを生成します。これは、使用時にコンセンサス (イーサリアム) またはその他のコンポーネントによって簡単に検証できます。Hyper Oracle は、zkWASM と EZKL を利用した zkOracle のネットワークであり、実行証明トレースを使用してあらゆる計算を実行できます。zkOracle ネットワークは、元のブロックチェーン (イーサリアム) のチェーン構造に従いながら、台帳のないコンピューティング ネットワークとして動作する台帳のないブロックチェーン (グローバル状態なし) です。 zkOracle ネットワークは、従来のブロックチェーンのように再実行を通じて計算の妥当性を保証するのではなく、生成された証明を通じて計算の検証可能性を提供します。台帳のない設計とコンピューティング用の専用ノード設定により、zkOracle ネットワーク (Hyper Oracle など) は高性能で信頼を最小限に抑えたコンピューティングに集中できます。新たなコンセンサスを生成するのではなく、計算結果をコンセンサスネットワークに直接出力します。zkOracle のコンピューティング ネットワークでは、各コンピューティング ユニットまたは実行可能ファイルは zkGraph によって表されます。これらの zkGraph は、スマート コントラクトがコンセンサス ネットワークの計算を定義するのと同様に、計算と証明生成の動作を定義します。#### I. 一般的なオフチェーン コンピューティングzkOracle の計算における zkGraph プログラムは、次の 2 つの主な使用例で外部スタックなしで使用できます。* インデックス作成 (ブロックチェーン データへのアクセス);* 自動化 (自動化されたスマート コントラクト呼び出し);* その他のオフチェーン計算。これら 2 つのケースは、あらゆるスマート コントラクト開発者のミドルウェアとインフラストラクチャの要件を満たすことができます。これは、世界のスーパーコンピューターの開発者として、コンセンサス ネットワーク上のチェーン上のスマート コントラクトやコンピューティング ネットワーク上のチェーンを含む、完全な分散型アプリケーションを作成する際に、エンドツーエンドの分散型開発プロセス全体を実行できることを意味します。計算します。#### II. ML / AI 计算インターネット規模の導入を実現し、あらゆるアプリケーション シナリオをサポートするには、世界中のスーパーコンピューターが分散型の方法で機械学習コンピューティングをサポートする必要があります。ゼロ知識証明テクノロジーを通じて、機械学習と人工知能を世界中のスーパーコンピューターに統合し、イーサリアムのコンセンサスネットワーク上で検証して、実際のオンチェーンコンピューティングを実現できます。この場合、zkGraph は外部テクノロジー スタックに接続できるため、zkML 自体を世界中のスーパーコンピューターのコンピューティング ネットワークと組み合わせることができます。これにより、あらゆる種類の zkML アプリケーションで次のことが可能になります。* ユーザーのプライバシー保護のための ML/AI。* モデルのプライバシー保護のための ML/AI。* 計算効率を備えた ML/AI。世界のスーパーコンピューターの機械学習および人工知能のコンピューティング能力を実現するために、zkGraph は以下の高度な zkML テクノロジー スタックと結合され、コンセンサス ネットワークおよびストレージ ネットワークとの直接統合を提供します。* EZKL: 深層学習モデルやその他の計算グラフに対して zk-snark で推論を実行します。* 残り: Halo2 Prover の高速機械学習操作。※ circomlib-ml: 機械学習用のcircom回路ライブラリ。### e) データバスとしての zk世界のスーパーコンピューターの基本コンポーネントがすべて揃ったので、それらを接続するための最終コンポーネントが必要です。コンポーネント間の通信と調整には、検証可能で信頼を最小限に抑えたバスが必要です。Hyper Oracle zkPoS は、イーサリアムをコンセンサス ネットワークとして使用する世界のスーパーコンピューターの zk バスの適切な候補です。 zkPoS は zkOracle の重要なコンポーネントであり、ZK を通じてイーサリアムのコンセンサスを検証するため、イーサリアムのコンセンサスはどのような環境でも伝播および検証できます。zkPoS は、分散型で信頼を最小限に抑えたバスとして、検証計算のオーバーヘッドをほとんど発生させずに、ZK を介して世界中のスーパーコンピューターのすべてのコンポーネントを接続できます。 zkPoS のようなバスがある限り、世界中のスーパーコンピューター内でデータが自由に流れることができます。イーサリアムのコンセンサスを世界のスーパーコンピュータの初期コンセンサスデータとしてコンセンサス層からバスに渡すことができれば、zkPoS は状態/イベント/トランザクション証明を通じてそれを証明できます。生成されたデータは、zkOracle ネットワークのコンピューティング ネットワークに渡すことができます。さらに、ストレージ ネットワークのバスについては、EthStorage がデータの可用性の証明を可能にする zkNoSQL を開発しており、他のネットワークが BLOB に十分なレプリカがあることを迅速に検証できるようになります。### f) 別のケース: コンセンサスネットワークとしてのビットコイン多くの第 2 層ソブリン ロールアップと同様、ビットコインのような分散型ネットワークは、世界のスーパーコンピューターを支えるコンセンサス ネットワークとして機能します。このような世界のスーパーコンピューターをサポートするには、ビットコインが PoW メカニズムに基づいたブロックチェーン ネットワークであるため、zkPoS バスを置き換える必要があります。ZeroSync を使用して、ビットコイン世界のスーパーコンピューターのバスとして zk を実装できます。 ZeroSync は、ゼロ知識証明を通じてビットコインのコンセンサスを同期する「zkPoW」に似ており、あらゆるコンピューティング環境でミリ秒以内に最新のビットコインのステータスを検証して取得できるようにします。### g) ワークフロー以下は、イーサリアムに基づく世界のスーパーコンピューターのトランザクション プロセスの概要をいくつかのステップに分けて示したものです。* コンセンサス: イーサリアムを使用してトランザクションを処理し、トランザクションのコンセンサスに達します。* 計算: zkOracle ネットワークは、zkPoS によってバスとして配信された証明とコンセンサス データを迅速に検証することにより、関連するオフチェーン計算 (EthStorage からロードされた zkGraph によって定義) を実行します。* コンセンサス: 自動化や機械学習などの場合には、コンピューティング ネットワークはプルーフを通じてデータとトランザクションを Ethereum または EthStorage に返します。* ストレージ: イーサリアムからの大量のデータ (NFT メタデータなど) を保存するために、zkPoS はイーサリアム スマート コントラクトと EthStorage の間のメッセンジャーとして機能します。プロセス全体を通じて、バスは各ステップを接続する上で重要な役割を果たします。* コンセンサスデータがイーサリアムからzkOracleネットワークのコンピューティングまたはEthStorageのストレージに渡されるとき、zkPoSおよび状態/イベント/トランザクション証明は、受信者が対応するトランザクションなどの正確なデータを取得するために迅速に検証できる証明を生成します。* zkOracle ネットワークが計算のためにストレージからデータをロードする必要がある場合、zkPoS を使用してコンセンサス ネットワークからデータのアドレスにアクセスし、次に zkNoSQL を使用してストレージから実際のデータを取得します。* zkOracle ネットワークまたは Ethereum からのデータを最終出力形式で表示する必要がある場合、zkPoS は高速検証のためにクライアント (ブラウザなど) 用のプルーフを生成します。＃＃ 結論はビットコインは、ワールドコンピューターv0の作成のための強固な基盤を築き、「世界台帳」の構築に成功しました。その後、イーサリアムは、よりプログラム可能なスマート コントラクト メカニズムを導入することで、「ワールド コンピューター」パラダイムを効果的に実証しました。暗号化に固有のトラストレス性、大量導入を促進する MEV の自然な経済的インセンティブ、ZK テクノロジーの可能性、機械学習を含む分散型汎用コンピューティングの必要性を利用して分散化を達成するには、世界のスーパーコンピューターの出現が必要です。必要になってきた。私たちが提案するソリューションは、ゼロ知識証明を使用してトポロジー的に異種の P2P ネットワークを接続することにより、世界的なスーパーコンピューターを構築します。コンセンサス台帳として、イーサリアムは基本的なコンセンサスを提供し、ブロック間隔をシステム全体のクロック サイクルとして使用します。ストレージ ネットワークとして、ストレージ ロールアップは大量のデータを保存し、データにアクセスするための URI 標準を提供します。 zkOracle ネットワークは、コンピューティング ネットワークとして、リソースを大量に消費する計算を実行し、検証可能な計算の証明を生成します。データバスとして、ゼロ知識証明技術はさまざまなコンポーネントを接続し、データとコンセンサスのリンクと検証を可能にします。
世界のスーパーコンピューターに向けて: ハイパースケールでの分散実行の新しいパラダイム
原題：「世界のスーパーコンピュータへ」
執筆者: msfew、Kartin、Xiaohang Yu、Qi Zhou
コンピレーション: Deep Tide TechFlow
＃＃ 導入
イーサリアムは最終的に世界のスーパーコンピューターになることにどのくらい近づいているのでしょうか?
ビットコインのピアツーピアコンセンサスアルゴリズムからイーサリアムのEVM、そしてネットワーク国家の概念に至るまで、ブロックチェーンコミュニティの目標の1つは常に世界のスーパーコンピュータ、より具体的には分散型で止められないトラストレスでスケーラブルな統一国家を構築することであった。マシーン。
これらすべてが理論的に非常に可能であることは長い間知られていましたが、現在まで進行中のほとんどの取り組みは非常に断片的であり、深刻なトレードオフと制限があります。
この記事では、ワールド コンピューターを構築する既存の試みが直面するいくつかのトレードオフと制限を調査し、そのようなマシンに必要なコンポーネントを分析し、最後に新しいワールド スーパーコンピューター アーキテクチャを提案します。
私たちの理解に値する新たな可能性。
1. 現在の方法の制限
a) イーサリアムと L2 ロールアップ
イーサリアムは、世界のスーパーコンピューターを構築する最初の本格的な試みであり、おそらく最も成功したものです。ただし、イーサリアムは開発中に、スケーラビリティやパフォーマンスよりも分散化とセキュリティを非常に優先しました。したがって、信頼性は高いものの、通常のイーサリアムは世界のスーパーコンピューターには程遠く、単純に拡張性がありません。
現在のソリューションは L2 ロールアップで、イーサリアムの世界でコンピュータのパフォーマンスを向上させるために最も広く採用されているスケーリング ソリューションとなっています。イーサリアム上に構築された追加レイヤーとして、L2 ロールアップは大きな利点を提供し、コミュニティによってサポートされています。
L2 ロールアップには複数の定義が存在しますが、L2 ロールアップは、オンチェーン データの可用性と、イーサリアムまたはその他の基盤となるネットワークでのオフチェーン トランザクションの実行という 2 つの重要な特性を持つネットワークであることが一般に受け入れられています。基本的に、履歴状態または入力トランザクション データは公的にアクセスでき、イーサリアム上で検証が行われますが、個々のトランザクションと状態遷移はすべてメインネットから移動されます。
L2 ロールアップは確かにこれらの「グローバル コンピューター」のパフォーマンスを大幅に向上させましたが、その多くは集中化によるシステム的なリスクを抱えており、分散型ネットワークとしてのブロックチェーンの原則を根本的に損ないます。これは、オフチェーン実行には個々の状態遷移だけでなく、これらのトランザクションの順序付けやバッチ処理も含まれるためです。ほとんどの場合、L2 オーダラーが順序付けを行い、L2 バリデーターが新しい状態を計算します。ただし、この注文機能を L2 注文者に提供すると、集中化のリスクが生じます。集中化された注文者がその権限を悪用して、トランザクションを恣意的に検閲し、ネットワークの稼働を妨害し、MEV キャプチャから利益を得る可能性があります。
共有、アウトソーシング、発注者ベースのソリューション、分散型発注者ソリューション (PoA、PoS リーダーの選択、MEV オークション、PoE など) など、L2 集中化のリスクを軽減する方法については多くの議論が行われてきましたが、その中には多くの議論があります。試みはまだ概念的設計段階にあり、この問題の万能薬には程遠いです。さらに、多くの L2 プロジェクトは、分散型ソーター ソリューションの実装に消極的であるようです。たとえば、Arbitrum は分散型ソーターをオプション機能として提案しています。集中型のオーダラーの問題に加えて、L2 ロールアップには、フル ノードのハードウェア要件、ガバナンスのリスク、アプリケーション ロールアップの傾向による集中化の問題が発生する可能性があります。
b) L2 ロールアップとワールド コンピュータのトリレンマ
イーサリアムを拡張するために L2 ロールアップに依存することに伴うこれらすべての集中化の問題は、古典的なブロックチェーンの「トリレンマ」から派生した根本的な問題である「ワールド コンピューターのトリレンマ」を明らかにします。
このトリレンマの優先順位が異なると、異なるトレードオフが生じます。
※強力なコンセンサス台帳：基本的に保存と計算を繰り返す必要があるため、保存と計算の拡張には向きません。
従来の L2 スキームは、実際にはモジュール方式でワールド コンピューターを構築するものです。ただし、さまざまな機能が前述の優先順位に基づいて分割されていないため、ワールド コンピューターはスケーリングがあってもイーサリアムの元のメインフレーム アーキテクチャを維持します。このアーキテクチャは、分散化やパフォーマンスなどの他の機能を満たすことができず、世界のコンピュータのトリレンマを解決することもできません。
つまり、L2 ロールアップは実際には次の機能を実装します。
ただし、L2 ロールアップでは次のものは提供されません。
世界のコンピューター アーキテクチャには L2 ブロックチェーンとモジュラー ブロックチェーンを採用できますが、根本的な問題は解決されません。 L2 はブロックチェーンのトリレンマを解決できますが、世界のコンピューター自体のトリレンマは解決できません。したがって、これまで見てきたように、現在のアプローチは、イーサリアムが当初構想していた分散型世界スーパーコンピューターを真に実現するには十分ではありません。私たちが必要としているのは、パフォーマンスの拡大と段階的な分散化ではなく、パフォーマンスの拡大と分散化です。
2. 世界のスーパーコンピューターの設計目標
このためには、ベースレイヤーのブロックチェーンの完全な分散化を維持しながら、真に汎用的な集中計算 (特に機械学習とオラクル) を解決できるネットワークが必要です。さらに、ネットワーク上で直接実行でき、最終的にブロックチェーン上で検証できる機械学習 (ML) などの集中的な計算をネットワークがサポートできることを確認する必要があります。さらに、世界の既存のコンピューター実装に加えて、十分なストレージとコンピューティング能力を提供する必要があります。その目標と設計方法は次のとおりです。
a) 計算要件
世界コンピュータのニーズと目的を満たすために、私たちはイーサリアムで説明される世界コンピュータの概念を拡張し、世界スーパーコンピュータの実現を目指します。
世界のスーパーコンピューターは、まず、コンピューターが現在および将来実行できるタスクを分散型で実行する必要があります。大量導入に備えるために、開発者は、モデルの推論と検証を実行するための分散型機械学習の開発と導入を加速するために、世界中のスーパーコンピューターを必要としています。
機械学習のようなリソースを大量に消費するタスクをコンピューティングする場合、そのような目標を達成するには、ゼロ知識証明などの信頼を最小化するコンピューティング技術だけでなく、分散型ネットワーク上のより大きなデータ容量も必要です。これらは単一の P2P ネットワーク (従来のブロックチェーンなど) では実現できません。
b) パフォーマンスのボトルネックに対する解決策
コンピューティングの初期の頃、当社の先駆者たちは、コンピューティング能力とストレージ容量の間でトレードオフを行っていたため、同様のパフォーマンスのボトルネックに直面していました。回路の最小コンポーネントを例に挙げます。
計算を電球/トランジスタに、ストレージをコンデンサに例えることができます。回路では、計算を必要とする計算タスクと同様に、電球が発光するには電流が必要です。一方、コンデンサは、ストレージがデータを保存する方法と同様に、電荷を保存します。
同じ電圧と電流の場合、電球とコンデンサの間のエネルギー分配にはトレードオフが存在する可能性があります。一般に、より高度な計算では、計算タスクを実行するためにより多くの電流が必要となるため、コンデンサに蓄えられるエネルギーは少なくなります。コンデンサが大きいほど、より多くのエネルギーを蓄えることができますが、計算負荷が高くなると計算パフォーマンスが低下する可能性があります。このトレードオフにより、場合によってはコンピューティングとストレージを組み合わせることが不可能になります。
ノイマン型コンピュータ アーキテクチャでは、記憶装置を中央処理装置から分離するという概念が生まれました。電球をコンデンサから分離するのと同じように、これにより、世界のスーパーコンピュータ システムのパフォーマンスのボトルネックが解決される可能性があります。
さらに、従来の高性能分散データベースは、ストレージとコンピューティングを分離する設計スキームを採用しています。この方式が採用されたのは、世界のスーパーコンピュータの特性と完全に互換性があるためです。
c) 新しいアーキテクチャ トポロジ
モジュラー ブロックチェーン (L2 ロールアップを含む) とワールド コンピューター アーキテクチャの主な違いは、その目的です。
※モジュラー型ブロックチェーン：モジュール（コンセンサス、データ可用性層DA、決済、実行）を選択し、それらを組み合わせてモジュール型ブロックチェーンとすることで、新たなブロックチェーンの創出を目指す。 ※ワールドスーパーコンピューター：世界のコンピューターにネットワーク（ベースレイヤーブロックチェーン、ストレージネットワーク、コンピューティングネットワーク）を組み合わせて、世界規模の分散型コンピューター・ネットワークの構築を目指す。
私たちは、最終的に世界のスーパーコンピューターが、コンセンサス台帳、コンピューティング ネットワーク、ストレージ ネットワークという、ゼロ知識証明技術などのトラストレス バス (コネクタ) によって接続された、トポロジー的に異質な 3 つの P2P ネットワークで構成されるという代替案を提案します。この基本セットアップにより、世界中のスーパーコンピューターが世界のコンピューターのトリレンマを解決できるようになり、特定のアプリケーションの必要に応じて他のコンポーネントを追加できます。
トポロジカルな異質性には、構造的および構造的な違いだけでなく、トポロジカルな形式の基本的な違いも含まれることは注目に値します。たとえば、イーサリアムとコスモスは、ネットワーク層と相互接続の点では異種ですが、トポロジー的な異種性 (ブロックチェーン) の点では依然として同等です。
世界のスーパーコンピュータでは、コンセンサス台帳ブロックチェーンはブロックチェーンの形式を採用し、ノードは完全なグラフの形式を採用しますが、Hyper Oracle のような zkOracle ネットワークは台帳のないネットワークであり、ノードは循環グラフを形成します。 Rollup を格納するための構造は別のバリエーションで、サブネットを形成するパーティションです。
ゼロ知識証明をデータ バスとして使用することで、3 つのトポロジー的に異質なピアツーピア ネットワークを接続することにより、完全に分散化され、停止不可能で、パーミッションレスでスケーラブルなワールド スーパーコンピューターを実現できます。
3. 世界のスーパーコンピューターのアーキテクチャ
物理コンピューターを構築するのと同様に、前述のコンセンサス ネットワーク、コンピューティング ネットワーク、ストレージ ネットワークを組み立ててワールド スーパーコンピューターを構築する必要があります。
各コンポーネントを適切に選択して接続することで、コンセンサス台帳、コンピューティング能力、ストレージ容量のトリレンマのバランスを達成し、最終的には世界のスーパーコンピューターの分散化、高性能、セキュリティを確保することができます。
世界のスーパーコンピュータのアーキテクチャは、その機能に応じて次のように説明されます。
コンセンサス、計算、ストレージ ネットワークを備えた世界のスーパーコンピューター ネットワークのノード構造は次のようになります。
ネットワークを立ち上げるために、世界のスーパーコンピューターのノードはイーサリアムの分散型インフラストラクチャに基づくことになります。高いコンピューティング性能を持つノードは、一般的なコンピューティングまたは機械学習の証明を生成するために zkOracle のコンピューティング ネットワークに参加でき、一方、高いストレージ容量を持つノードは EthStorage のストレージ ネットワークに参加できます。
上記の例では、イーサリアムとコンピューティング/ストレージ ネットワークの両方を実行するノードについて説明しています。コンピューティング/ストレージ ネットワークのみを実行するノードの場合、イーサリアムの最新ブロックにアクセスしたり、信頼なしで zkPoS や zkNoSQL などのゼロ知識証明テクノロジーのバスを通じて保存されたデータの可用性を証明したりできます。
a) イーサリアムコンセンサス
現在、世界中のスーパーコンピューターのコンセンサスネットワークはイーサリアムのみを使用しています。イーサリアムには強力な社会的コンセンサスとネットワークレベルのセキュリティがあり、分散型コンセンサスを確保します。
世界のスーパーコンピューターは、コンセンサス台帳中心のアーキテクチャに基づいて構築されています。コンセンサス台帳は、次の 2 つの主な目的を果たします。
コンピューティング ネットワークやストレージ ネットワークと比較すると、イーサリアムは同時に多数のコンピューティング タスクを処理できず、大量の汎用データを保存することもできません。
世界のスーパーコンピューターの中でも、イーサリアムは、コンピューティングおよびストレージ ネットワークのコンセンサスに達し、コンピューティング ネットワークがさらにオフチェーン計算を実行できるように主要なデータをロードするために、L2 ロールアップなどのデータを保存するためのコンセンサス ネットワークです。
b) ストアロールアップ
イーサリアムのプロトダンクシャーディングとダンクシャーディングは、本質的にコンセンサスネットワークを拡張する方法です。世界中のスーパーコンピューターが必要とするストレージ容量を実現するには、イーサリアムにネイティブであり、大量のデータの永続的なストレージをサポートするソリューションが必要です。
EthStorage のようなストレージ ロールアップは、基本的にイーサリアムを大規模なストレージに拡張します。また、機械学習などの計算リソースを大量に消費するアプリケーションは、物理コンピューターで実行するために大量のメモリを必要とするため、イーサリアムの「メモリ」を過剰に拡張できないことに注意することが重要です。ストレージ ロールアップは、世界中のスーパーコンピューターが計算負荷の高いタスクを実行できるようにする「スワッピング」に必要です。
さらに、EthStorage は、世界中のスーパーコンピューターのネイティブ URI またはストレージ リソースのアドレス指定に似た web3:// アクセス プロトコル (ERC-4804) を提供します。
c) zkOracle コンピューティング ネットワーク
コンピューティング ネットワークは全体的なパフォーマンスを決定するため、世界のスーパーコンピューターの最も重要な要素です。オラクルや機械学習などの複雑な計算を処理できなければならず、データへのアクセスと処理の点でコンセンサス ネットワークやストレージ ネットワークよりも高速である必要があります。
zkOracle ネットワークは、任意の計算を処理できる、分散型で信頼を最小限に抑えたコンピューティング ネットワークです。実行中のプログラムは ZK プルーフを生成します。これは、使用時にコンセンサス (イーサリアム) またはその他のコンポーネントによって簡単に検証できます。
Hyper Oracle は、zkWASM と EZKL を利用した zkOracle のネットワークであり、実行証明トレースを使用してあらゆる計算を実行できます。
zkOracle ネットワークは、元のブロックチェーン (イーサリアム) のチェーン構造に従いながら、台帳のないコンピューティング ネットワークとして動作する台帳のないブロックチェーン (グローバル状態なし) です。 zkOracle ネットワークは、従来のブロックチェーンのように再実行を通じて計算の妥当性を保証するのではなく、生成された証明を通じて計算の検証可能性を提供します。台帳のない設計とコンピューティング用の専用ノード設定により、zkOracle ネットワーク (Hyper Oracle など) は高性能で信頼を最小限に抑えたコンピューティングに集中できます。新たなコンセンサスを生成するのではなく、計算結果をコンセンサスネットワークに直接出力します。
zkOracle のコンピューティング ネットワークでは、各コンピューティング ユニットまたは実行可能ファイルは zkGraph によって表されます。これらの zkGraph は、スマート コントラクトがコンセンサス ネットワークの計算を定義するのと同様に、計算と証明生成の動作を定義します。
I. 一般的なオフチェーン コンピューティング
zkOracle の計算における zkGraph プログラムは、次の 2 つの主な使用例で外部スタックなしで使用できます。
これら 2 つのケースは、あらゆるスマート コントラクト開発者のミドルウェアとインフラストラクチャの要件を満たすことができます。これは、世界のスーパーコンピューターの開発者として、コンセンサス ネットワーク上のチェーン上のスマート コントラクトやコンピューティング ネットワーク上のチェーンを含む、完全な分散型アプリケーションを作成する際に、エンドツーエンドの分散型開発プロセス全体を実行できることを意味します。計算します。
II. ML / AI 计算
インターネット規模の導入を実現し、あらゆるアプリケーション シナリオをサポートするには、世界中のスーパーコンピューターが分散型の方法で機械学習コンピューティングをサポートする必要があります。
ゼロ知識証明テクノロジーを通じて、機械学習と人工知能を世界中のスーパーコンピューターに統合し、イーサリアムのコンセンサスネットワーク上で検証して、実際のオンチェーンコンピューティングを実現できます。
この場合、zkGraph は外部テクノロジー スタックに接続できるため、zkML 自体を世界中のスーパーコンピューターのコンピューティング ネットワークと組み合わせることができます。これにより、あらゆる種類の zkML アプリケーションで次のことが可能になります。
世界のスーパーコンピューターの機械学習および人工知能のコンピューティング能力を実現するために、zkGraph は以下の高度な zkML テクノロジー スタックと結合され、コンセンサス ネットワークおよびストレージ ネットワークとの直接統合を提供します。
e) データバスとしての zk
世界のスーパーコンピューターの基本コンポーネントがすべて揃ったので、それらを接続するための最終コンポーネントが必要です。コンポーネント間の通信と調整には、検証可能で信頼を最小限に抑えたバスが必要です。
Hyper Oracle zkPoS は、イーサリアムをコンセンサス ネットワークとして使用する世界のスーパーコンピューターの zk バスの適切な候補です。 zkPoS は zkOracle の重要なコンポーネントであり、ZK を通じてイーサリアムのコンセンサスを検証するため、イーサリアムのコンセンサスはどのような環境でも伝播および検証できます。
zkPoS は、分散型で信頼を最小限に抑えたバスとして、検証計算のオーバーヘッドをほとんど発生させずに、ZK を介して世界中のスーパーコンピューターのすべてのコンポーネントを接続できます。 zkPoS のようなバスがある限り、世界中のスーパーコンピューター内でデータが自由に流れることができます。
イーサリアムのコンセンサスを世界のスーパーコンピュータの初期コンセンサスデータとしてコンセンサス層からバスに渡すことができれば、zkPoS は状態/イベント/トランザクション証明を通じてそれを証明できます。生成されたデータは、zkOracle ネットワークのコンピューティング ネットワークに渡すことができます。
さらに、ストレージ ネットワークのバスについては、EthStorage がデータの可用性の証明を可能にする zkNoSQL を開発しており、他のネットワークが BLOB に十分なレプリカがあることを迅速に検証できるようになります。
f) 別のケース: コンセンサスネットワークとしてのビットコイン
多くの第 2 層ソブリン ロールアップと同様、ビットコインのような分散型ネットワークは、世界のスーパーコンピューターを支えるコンセンサス ネットワークとして機能します。
このような世界のスーパーコンピューターをサポートするには、ビットコインが PoW メカニズムに基づいたブロックチェーン ネットワークであるため、zkPoS バスを置き換える必要があります。
ZeroSync を使用して、ビットコイン世界のスーパーコンピューターのバスとして zk を実装できます。 ZeroSync は、ゼロ知識証明を通じてビットコインのコンセンサスを同期する「zkPoW」に似ており、あらゆるコンピューティング環境でミリ秒以内に最新のビットコインのステータスを検証して取得できるようにします。
g) ワークフロー
以下は、イーサリアムに基づく世界のスーパーコンピューターのトランザクション プロセスの概要をいくつかのステップに分けて示したものです。
プロセス全体を通じて、バスは各ステップを接続する上で重要な役割を果たします。
＃＃ 結論は
ビットコインは、ワールドコンピューターv0の作成のための強固な基盤を築き、「世界台帳」の構築に成功しました。その後、イーサリアムは、よりプログラム可能なスマート コントラクト メカニズムを導入することで、「ワールド コンピューター」パラダイムを効果的に実証しました。暗号化に固有のトラストレス性、大量導入を促進する MEV の自然な経済的インセンティブ、ZK テクノロジーの可能性、機械学習を含む分散型汎用コンピューティングの必要性を利用して分散化を達成するには、世界のスーパーコンピューターの出現が必要です。必要になってきた。
私たちが提案するソリューションは、ゼロ知識証明を使用してトポロジー的に異種の P2P ネットワークを接続することにより、世界的なスーパーコンピューターを構築します。コンセンサス台帳として、イーサリアムは基本的なコンセンサスを提供し、ブロック間隔をシステム全体のクロック サイクルとして使用します。ストレージ ネットワークとして、ストレージ ロールアップは大量のデータを保存し、データにアクセスするための URI 標準を提供します。 zkOracle ネットワークは、コンピューティング ネットワークとして、リソースを大量に消費する計算を実行し、検証可能な計算の証明を生成します。データバスとして、ゼロ知識証明技術はさまざまなコンポーネントを接続し、データとコンセンサスのリンクと検証を可能にします。