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ZKsync Airbender zkVM

· 約 14 分
Dora Noda
Dora Noda
Software Engineer

もし、 Ethereum のブロックの証明に、 GPU の倉庫のような大規模な設備ではなく、わずか 35 秒しかかからなかったとしたらどうでしょうか？これは仮定の話ではありません。 ZKsync の Airbender が今日、実際に提供しているものです。

ゼロ知識証明をメインストリームのブロックチェーン・インフラストラクチャとして実用化するための競争において、新たなベンチマークが登場しました。 ZKsync のオープンソース RISC-V zkVM である Airbender は、単一の H100 GPU で毎秒 2,180 万サイクルを達成しました。これは競合システムの 6 倍以上の速度です。 Airbender を使用すれば、競合他社が必要とするコストの数分の一のハードウェアで、 Ethereum のブロックを 35 秒以内に証明できます。

証明の問題（The Proving Problem）​

ゼロ知識証明は、基盤となるデータを公開することなく計算を検証できるという、暗号技術の革命を長らく約束してきました。ブロックチェーンにおいて、これは数千のトランザクションを、どのノードでも安価に検証できる単一の証明に圧縮することを意味します。この技術により、セキュリティを犠牲にすることなくスケーリングが可能になります。

常にネックとなっていたのは、計算のオーバーヘッドでした。 ZK 証明の生成には、時間とハードウェアの両面で多大なコストがかかります。最近まで、単一の Ethereum ブロックを証明するには、 50 〜 160 枚の GPU を並列稼働させる必要があり、証明の生成時間は秒単位ではなく分単位で計測されていました。このようなコストのため、 ZK 技術は普遍的なインフラになるのではなく、特定のレイヤー 2 ロールアップに限定されてきました。

zkVM の競争環境は急速に激化しています。 Succinct の SP1 、 RISC Zero 、 a16z の Jolt 、そして今回の Airbender は、 Ethereum Foundation が「リアルタイム・プルービング（リアルタイム証明）」と呼ぶ、ブロック生成そのもののペースに合わせた高速な証明生成の実現を競っています。 Ethereum Foundation の研究者である Justin Drake 氏は、「リアルタイム・プルービングは Ethereum にとって大きな開放（アンロック）である」と述べています。なぜなら、「 ZK バリデータと ZK 実行クライアントを使用してレイヤー 1 をスケールさせることが可能になるから」です。

Airbender の技術アーキテクチャ​

Airbender は、 zkVM 設計において主流になりつつあるオープン標準、 RISC-V 32I+M 命令セットを実装しています。このアーキテクチャは、標準的なフェッチ・デコード・実行（fetch-decode-execute）ループで動作し、 ROM 経由でロードされたバイトコードを約 400 万サイクルのチャンクで処理します。プルーバーのパフォーマンスは、メモリ引数を介してこれらのチャンクを「つなぎ合わせる（stitching）」ことで、水平方向に拡張可能です。

このシステムは、以下の 3 つの証明構成をサポートしています：

  • CPU のみ: 開発およびテストに十分
  • 単一 GPU: ほとんどのユースケースで実運用可能
  • マルチ GPU: 大規模アプリケーション向けの最大スループット

GPU 構成の場合、 CPU が RISC-V のシミュレーションとトレースを処理し、 GPU がウィットネス生成とその後の証明ステップを計算します。この役割分担により、各プロセッサタイプの計算特性が最適化されます。

主な技術的差別化要因は以下の通りです：

Mersenne31（メルセンヌ 31）フィールド演算: Airbender は、 STARK のパフォーマンスに特化して最適化された高速演算を使用しており、これが速度の優位性に寄与しています。

STARK ベースの証明: SNARK ベースのシステムとは異なり、 Airbender の STARK 基盤は、追加の暗号オーバーヘッドなしに耐量子性を備えています。モジュール設計により、新しい暗号標準が登場した際にもアップグレードが可能です。

リニアな GPU スケーリング: 単一の RTX 4090 において、 Airbender は毎秒 970 万サイクルを証明します。パフォーマンスは複数の GPU にわたって直線的にスケールし、オペレーターは必要に応じてハードウェアを投入して速度を向上させることができます。

ベンチマーク対決：Airbender vs. 競合他社​

zkVM の分野には、主に 3 つの競合が存在します： Succinct の SP1 、 RISC Zero 、そして a16z の Jolt です。それぞれが証明の問題に対して異なるアプローチをとっており、実際のベンチマークは顕著な違いを明らかにしています。

単一 GPU パフォーマンス（H100）​

システムサイクル / 秒相対速度
Airbender21.8 MHz1x（基準）
SP1 Turbo3.45 MHz6.3 倍低速
RISC Zero1.1 MHz19.8 倍低速

Ethereum ブロックの証明​

Ethereum ブロック検証という極めて重要なユースケースにおいて：

  • Airbender: 単一の H100 GPU で約 35 秒。再帰なしの場合は 17 秒。
  • SP1 Hypercube: 約 12 秒だが、 50 〜 160 枚の GPU （H100 相当）が必要。
  • Brevis Pico: 64 枚の RTX 5090 GPU を使用して平均 6.9 秒。

真実を物語っているのはハードウェア要件です。 Airbender は、市販の単一 GPU を使用して、マルチ GPU セットアップに匹敵するパフォーマンスを達成しています。現在のクラウド価格に換算すると、これは 1 回の送金あたりの証明コストが約 0.0001 ドルであることを意味し、 ZKsync の以前の Boojum プルーバーよりも 10 倍以上安価です。

エンドツーエンドのパフォーマンス​

再帰を含む完全な証明生成を測定した場合：

  • Airbender は SP1 Turbo よりも 2.5 〜 4 倍高速
  • Airbender は RISC Zero よりも 8.5 〜 11 倍高速

Ethproofs のデータによると、単一の RTX 4090 を使用した場合、 Airbender は平均検証時間 51 秒、コスト 1 セント未満を達成しており、どちらの指標も zkVM の中で最高の結果を示しています。

zkVM の競争環境​

最速の zkVM を構築するための競争は、単なる学術的なものではありません。これらのシステムは、クロスチェーンブリッジ、ロールアップ、そして最終的には Ethereum のベースレイヤー自体といった、次世代のブロックチェーン・インフラストラクチャを支える基盤となります。

SP1 (Succinct)​

SP1 の強みは、GPU 加速とブロックチェーンのワークロードに最適化された暗号プリコンパイルにあります。2025 年後半に発表された SP1 Hypercube は、12 秒未満でのリアルタイム Ethereum 証明を実証しましたが、大規模な並列化が必要でした。SP1 は特定の暗号化操作に優れ、強力な開発者ツールを備えていますが、本番環境のワークロードには 24GB 以上の VRAM を搭載した GPU が必要です。

RISC Zero​

RISC Zero は、実用的な zkVM カテゴリを切り開き、依然として高い競争力を維持しています。同システムは、クラウドデプロイにおいて SP1 よりも少なくとも 7 倍安価であり、小規模なワークロードでは最大 60 倍安価であると主張しています。RISC Zero の zkVM 1.0 は、Ethereum、Base、Optimism、Arbitrum、World Chain、Starknet にわたる dApp の相互運用性をサポートしています。

Jolt (a16z)​

Jolt は zkVM 設計への斬新なアプローチを象徴しており、初期のベンチマークでは RISC Zero に対して 6 倍、SP1 に対して 2 倍の改善を示しています。しかし、Jolt は依然としてベータ版（v0.1）であり、本番環境へのデプロイにおける課題に直面しています。

Airbender の位置付け​

Airbender のオープンソースで MIT ライセンスのアプローチは、競合他社との差別化要因となっています。企業はプローバーを自社で、または任意のホスティングプロバイダーで実行でき、ベンダーロックインがありません。STARK ベースのアーキテクチャは、SNARK システムのようなトラステッドセットアップを必要とせずに、耐量子性を提供します。

Fenbushi Capital による独立した分析では、zkVM 市場を 3 つの戦略的方向に分類しています：

  • パフォーマンス重視: Brevis Pico、SP1、Jolt、Zisk は、低レイテンシとリアルタイム証明に焦点を当てています。
  • モジュール性と拡張性: OpenVM、Pico、SP1 は、プラグイン可能性を重視しています。
  • エコシステムと一般的な開発: RISC Zero、SP1、ZiSK は、SDK と言語の互換性に焦点を当てています。

Airbender は、主に生（raw）のパフォーマンスで競合しながら、オープンソースのアクセシビリティを維持しています。

本番環境へのデプロイ：すでに稼働中​

多くの zkVM の発表とは異なり、Airbender はベイパーウェアではありません。このシステムはメインネットで稼働しており、ZKsync Atlas アップグレードを活用するチェーンを支えています。すべての新しい ZKsync チェーンは、Boojum プローバーに代わって Airbender を証明システムとして使用します。

現在および今後のデプロイ先には以下が含まれます：

  • Abstract: ZK Stack で構築されたコンシューマー向けチェーン
  • Sophon: ゲームおよびエンターテインメント向けチェーン
  • GRVT: ハイブリッドデリバティブ取引所
  • Lens: 分散型ソーシャルプロトコル
  • Memento: NFT およびメディアチェーン

開発者にとって、ハードウェア要件は手頃なものです：

  • 開発時: ノートパソコンの CPU で十分
  • 本番環境: 22GB 以上の RAM を搭載した任意の GPU（RTX 4090、RTX 5090、L4、または H100）

コードは GitHub の matter-labs/zksync-airbender で公開されており、RISC-V サーキット、シミュレーター、およびウィットネス生成、証明作成、検証のためのユーティリティが含まれています。

2026 年のロードマップ：最速からユニバーサルへ​

ZKsync の 2026 年のロードマップでは、Airbender を単なるパフォーマンスリーダー以上のもの、つまりゼロ知識証明の「ユニバーサルスタンダード」にすることを目指しています。主な取り組みは以下の通りです：

より詳細な監査と形式手法による検証: 機関レベルのデプロイメントにおける本番環境グレードのセキュリティには、パフォーマンスベンチマークを超えた厳格な検証が必要です。

開発者エクスペリエンスの向上: 暗号学の専門家ではない開発者でも Airbender を利用できるようにすることで、潜在的なユーザー層を大幅に拡大します。

クロスエコシステムの拡大: Airbender の野心は ZKsync や Ethereum に留まらず、ZK 検証を必要とするあらゆるブロックチェーンのインフラストラクチャになることにまで及びます。

広範な市場背景がこの野心を後押ししています。世界のゼロ知識証明市場は 2033 年までに 75 億 9,000 万ドルに達し、年平均成長率（CAGR）22.1% で成長すると予測されています。現在、280 億ドル以上の TVL（預かり資産）が ZK ベースのロールアップに存在しています。

ベンチマークを超えた重要性​

Airbender の真の意義は、高速で安価な証明が何を可能にするかにあります：

ネイティブロールアップ: セキュリティをマルチシグやガバナンスに依存するのではなく、ZK ロールアップは暗号学的検証を通じて「ネイティブ」なセキュリティを実現できます。これにより、現在多くのロールアップを実質的に中央集権化させている信頼の前提が排除されます。

ZK バリデーターと実行クライアント: リアルタイム証明により、Ethereum のベースレイヤー自体が ZK 検証を活用できるようになり、分散化を損なうことなくスループットを向上させる可能性があります。

クロスチェーンセキュリティ: zkVM はチェーン間での検証可能な計算を可能にします。あるネットワークで生成された証明を別のネットワークで検証できるため、クロスチェーンプロトコルを悩ませてきたオラクルの脆弱性のない、トラストレスなブリッジングの基盤が構築されます。

AI 検証: AI システムが重大な意思決定を行う機会が増える中、ZK 証明は独自のモデルの重みを明らかにすることなく AI 計算を検証できます。Airbender のパフォーマンスにより、このような検証が現実世界のアプリケーションで実用的になります。

「研究対象としての ZK」から「本番インフラとしての ZK」への移行が今、起きています。Brevis は最近、同社の Pico zkVM が Ethereum 財団のリアルタイム証明指標（10 秒未満の証明が 96% 以上、コストは 10 万ドル未満）を満たしたと発表しました。Succinct の SP1 Hypercube も同様の能力を実証しました。Airbender は、ハードウェア効率とオープンソースのアクセシビリティに焦点を当て、この先駆者たちに加わります。

結論​

Airbender の 6x の速度向上と 10x のコスト削減は、これまでのシステムと比較して単なる漸進的な改善ではありません。それらは経済的に実行可能なものの基準を根本から変える一歩を象徴しています。1 トランザクションあたりの証明コストが 0.0001 ドルを下回ると、これまでコストが高すぎると見送られてきたユースケースにおいても ZK 検証が実用的になります。

ZKsync は 2018 年以来、ZK テクノロジーの最前線で活動してきました。Airbender により、チームはゼロ知識証明をメインストリームへの導入に対して実用的なものにするインフラストラクチャを提供しました。急速に進化を続ける競合他社に対して、そのパフォーマンスの優位性を維持できるかどうかはまだわかりませんが、ベンチマークは確立されました。

実用的で安価、かつ高速な ZK 証明の時代が到来しました。

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出典​

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