ロールアップ - DePINユーティリティの大量採用への足がかり

Author: Arkreen ; Translator: Vernacular Blockchain

Bitcoin は、ブロックチェーン技術の革新を通じて、分散化された空間でコンセンサスを達成するという課題の解決に成功した。その後、エンジニアたちはスケーラビリティを高めるという複雑な課題に取り組み始めました。スケーラビリティ、セキュリティ、分散化の間には本質的な対立があり、しばしばブロックチェーンのトリレンマと呼ばれるジレンマがあるため、困難な課題でした。スケーラビリティのジレンマは、ブロックチェーンの普及を阻む大きな障害となっている。ブロックチェーンの完全性にとって重要な2つの側面であるセキュリティの確保と分散化のバランスを取ることは、継続的な課題となっている。この微妙なバランスが保たれないと、ブロックチェーンは中央集権型システムと同じようになってしまう危険性がある。さらに、スケーラビリティが低いため、ブロックチェーンの利用コストが増大する。その結果、その可能性にもかかわらず、ブロックチェーンの大規模な導入は近年妨げられている。 

1. モジュラー・ブロックチェーンとは何ですか？

近年、エンジニアたちはブロックチェーンのトリレンマがもたらす課題に取り組んできましたが、現在、実行可能な解決策を見つけました。この革新的なアプローチでは、ブロックチェーンをさまざまなモジュールやレイヤーに分割し、各レイヤーが特定の要件に特化する。一般的に、セキュリティと分散化は第1層（L1）で優先され、スケーラビリティは第2層（L2）で対処されます。

概念的には、L1とL2は相互に接続されているが、別個のブロックチェーンと考えることができます。L1はL2におけるセキュリティと分散化を保証する責任があるため、ノードの状態はL1で対処されます。L1は主にトランザクションを実行し、状態を保存し、基本的にバックボーンとして動作します。注目すべきは、L2のノードがすべてオフラインになった場合でも、コミュニティはL1に保存された情報でL2を復旧させることができ、このモジュール式ブロックチェーン・ソリューションの耐障害性を高めていることだ。

典型的なモジュール式ブロックチェーンでは、主要なモジュールが機能を駆動します。

1) コンセンサス(Consensus): このモジュールは、ブロックチェーンに含めるトランザクションを決定し、その順序を確立するのに重要です。

2) 実行: トランザクションを実行し、事後状態を取得する役割を担います。

3) 決済： コンセンサス状態を決定します。このモジュールは、コンセンサス状態を決定するために設計され、状態が乖離したときに介入し、決済を促進する。

4) データ可用性（DA）： コミュニティ内の取引履歴への普遍的なアクセスを保証するこのモジュールは、決済プロセスとブロックチェーン回復の取り組みに不可欠です。

2.レイヤー2（L2）とは何か、なぜイーサネットに必要なのか？

レイヤー2（L2）とは、ブロックチェーン技術における概念で、スケーラビリティと効率を向上させるために、メインのブロックチェーン（通常はレイヤー1、つまりL1）の上に構築されたプロトコルやソリューションを指します。主要なブロックチェーンプラットフォームの1つであるイーサは、そのスケーラビリティの限界と高い取引コストに対処するため、レイヤー2のソリューションを必要としています。

イーサがレイヤー2を必要とする理由は以下の通りです:

1) 課題1: トランザクションの詳細と順序を明確にする

イーサネットワークが成長するにつれ、トランザクションの数が増え、混雑と手数料の上昇につながります。 レイヤー2ソリューションは、メインのイーサネットチェーンの外側でトランザクションを処理することで、この問題を軽減することができます。これらのトランザクションはバンドルされ、一定の間隔でメインチェーン上で決済されるため、セキュリティを維持しながら輻輳とガス料金を減らすことができます。

2) 課題2：トランザクションが実行された後の最新の状態を通信し、その正確さを検証する方法はあるか

レイヤー2でトランザクションを実行した後、イーサは最新の状態をメインチェーン（レイヤー1）に戻って通信するメカニズムが必要です。これには通常、状態遷移が有効で検証可能であることを保証するための暗号証明や約束が使われます。不正の証明やzkロールアップのような検証メカニズムは、セキュリティを損なうことなくトランザクションの正確性を確認するのに役立ちます。

3) 課題3：クロスチェーン呼び出しを促進する指定メカニズムがあるか

イーサが他のブロックチェーンやレイヤー2ソリューションとシームレスに相互作用するためには、クロスチェーン呼び出しを促進する指定メカニズムが必要です。ブリッジやクロスチェーン通信標準などの相互運用性プロトコルは、資産やデータを異なるチェーン間で安全かつ効率的にフローできるようにすることで、イーサの機能とエコシステムを拡張します。

要約すると、レイヤー2のソリューションは、他のブロックチェーンとの相互運用性とセキュリティを維持しながら、イーサがスケーラビリティの課題に対処し、トランザクションのスループットを高め、手数料を削減するために不可欠です。

3.ロールアップがこれら3つのタスクを達成する方法を探る

ロールアップはL2と呼ばれます。上記の3つのタスクを達成するために、ロールアップがどのように機能するか見てみましょう。

1) タスク1：データ可用性（DA）

まず、指定された量のETHをレイヤー2（L2）ネットワークに送信し、ガス代を支払うことでプロセスが開始されます。このステップは、「デポジット」と呼ばれるL1->L2クロスチェーンブリッジを介して実行されます。通常、L2ネットワークはL1ノードも実行します。L2ネットワークは、デポジットトランザクションを含むL1ブロックの最終確認を待つだけです。

次に、トランザクションはL2シーケンサーに送られます。L2シーケンサーノードはこれらのトランザクションを効率的に管理します。シーケンサーはトランザクションを含むブロックを構築し、それらのブロックを実行し、チェーンの最新の状態を維持します。通常、2分ごと、または十分な数のトランザクションが収集されると、L2シーケンサーはトランザクションを圧縮し、L1チェーンに安全にコミットする。この戦略的アプローチは、L1がL2トランザクションとその特定のシーケンスを完全に認識することを保証する。タスク1が完了すると、プロセス全体を「データ可用性（DA）」と呼びます。

2）タスク2：楽観的（OP）およびゼロ知識（ZK）ロールアップ

現在、L1とL2の両方のノードは、L2シーケンサーによって実行されたトランザクションを見ることができます。これらのトランザクションは大幅に圧縮され、calldataにのみ保存されるため、ガスコストは最小限に抑えられます。他のL2ノードは、L2ピアツーピアネットワークに依存するよりも、信頼できるソースとしてL1からDA（Data Availability）データを取得することを好む。通常、例えば1時間ごとに、L2 シーケンサー・ノードは L2 状態の Merkle ルートを L1 RollUp 契約に提出する。この操作により、L1はL2の最新の状態と同期される。しかしこの時点では、L1はこの情報を自動的に信用しない。L2はOPとZKという2つの方法を用いて、L1にその正確さを確信させる。タスク2が完了したら、喜びましょう！

3) タスク3：レイヤー2から撤退する

L2での活動を終え、ETHをL1に持ち帰ることを決めたら、このプロセスは「撤退」と呼ばれます。これは他のシナリオにおけるクロスチェーン操作と似ているかもしれませんが、重要な違いは、引き出しがL2上で行われることで、他のクロスチェーン操作とは異なる安全性が確保されています。L1側では、引き出しは慎重に扱わなければならない。この操作は L1 の外側の世界で発生するため、この操作を開始すると L1 トランザクションがトリガーされます（例：トークンの転送）。このトランザクションが誤って実行されると、L1の状態が変更される可能性があります。

引き出しプロセスは以下のステップで構成されます：

1) 他のクロスチェーンシナリオと同様に、L2上で引き出しトランザクションを開始する。

2) トランザクションがL1にロールオーバーされるのを待ちます。OPまたはZKメソッドを使用してステータスの正確性を検証する。

3) 他のクロスチェーンシナリオと同様に、L1で引き出しトランザクションを実行する。

4.OPとZKのロールアップ

OPとZKを詳しく見て、L2がL1に提出されたステータスの正確性をどのように保証するかを理解しましょう。

OPはoptimisticの略です。L1はL2シーケンサーノードが実在すると楽観的に仮定しますが、盲目的に信頼するわけではありません。通常7日間続くチャレンジウィンドウを開始します。チャレンジウィンドウの間、どのL2ノードも当該ルートの正しさに挑戦できる。チャレンジされたトランザクションはL1で再生され、シーケンサー・ノードとチャレンジ・ノード間の正しさを決定する。チャレンジに成功すると、シーケンサー・ノードにペナルティが課せられ、チャレンジャーはL1で担保された資金を受け取る。状態は正しい値に基づいて調整されるが、状態ルートだけが変更され、トランザクションのリストは変更されないことに注意する。

典型的なセットアップでは、L2 DAppオペレーターは自身のL2ノードを管理し、潜在的な挑戦者に門戸を開きます。チャレンジの観点からは、シーケンサー・ノードが不正確な情報を提供した場合、チャレンジに成功すると、L1上のシーケンサー・ノードが担保する資金から多額の報酬が得られる可能性があります。したがって、不正確な状態が発生したときにチャレンジを開始することは非常に重要である。反対に、シーケンサー・ノードから見ると、不正確なステート・ルートを提出した場合、チャレンジは避けられず、ペナルティを受け、L1上の担保資金を失い、不正確なステート・ルートが復元されます。これにより、不正確なステートルートの提出を回避し、楽観的ソリューションの安全な運用を保証します。

しかし、楽観的解決策には欠点があります。つまり、公式OPブリッジ経由でL1にトークンを抽出する場合、L2で抽出操作を開始してから7日間待たなければなりません。しかし、可換トークン（ERC20Tokenなど）を抽出するユーザーにとっては、サードパーティのDAppを使用することで、最小限のコストでプロセスを加速できます。

一方、ZK（Zero Knowledge）は、Zero Knowledge Proofとして知られる暗号アルゴリズムに依存しています。シーケンサーノードはL2上でzk-EVMを実行し、一連のトランザクションを適用した後のL2状態のプリステートからポストステートへの遷移を検証するZK証明を生成します。この証明はL1コントラクトで検証され、L1が状態遷移の正しさを信頼できることを保証する。ZK証明の生成は難しく、数時間かかることもある。しかし、検証プロセスは単純であり、EVM上で実行される単純なトランザクションを含むだけである。OPと比較して、ZKを使用した抽出の遅延は通常数時間で測定され、より効率的な代替手段を提供します。さらに、より強力なコンピュータを使用すれば、待ち時間はさらに短縮できる。

OPとZKを詳しく見てみると、どちらもL1のトランザクションを信頼するだけで、L2を信頼する必要性をなくすことで、L1を拡張できることがわかります。L1とL2で構成されるRollUpシステムを考える場合、セキュリティと分散化はL1と密接に連携し、スケーラビリティはL1とL2の組み合わせの可能性にまで及ぶ。複数のL2を同じL1にロールアップすることで、スケーラビリティは大幅に拡張される。

ZK-Rollups packages transactions into batches, Chainlink

多くの場合、ロールアップを利用することで、イーサで数千のTPSが可能になります。しかし、現在のボトルネックはデータの可用性（DA）です。L1にコミットする前にL2トランザクションを効果的に圧縮するにもかかわらず、トランザクション数が増えるにつれてガスのコストは上昇します。別のアプローチとしては、トランザクションをサードパーティの分散型ストレージサービスにコミットすることで、L1ブロックで大幅なガス削減を実現する方法がある。これを他のソリューションと組み合わせることで、無限に近いスケーラビリティを実現できるかもしれない。しかし、サードパーティの分散ストレージサービスがシステム・セキュリティに与える影響を考慮しなければならないため、これにはいくつかのトレードオフが伴う。結局のところ、ブロックチェーンは安全性と分散性を保ちながら、驚異的なスケーラビリティを実現できる。ブロックチェーンのトリレンマは解決された。このブレークスルーは、大量導入の可能性を開くものだ。その結果、RollupはDePINユーティリティの普及における重要なマイルストーンとなった。

DePIN（分散型物理インフラネットワーク）は、ブロックチェーンの報酬を活用して物理インフラネットワークの開発を促進します。Arkreenを例にとると、ブロックチェーン報酬を利用して、クリーンエネルギー・ネットワークの構築に貢献する個人にインセンティブを与えている。この場合、採掘者はソーラーシステムを構築し、発電データを収集し、それをArkreenネットワークに提出します。Arkreenネットワークは、誠実で価値のあるデータを識別してフィルタリングし、そのデータに基づいて採掘者にトークン報酬を提供します。Arkreenネットワークは分散型で運営されており、現在12,000人以上のマイナーがおり、近い将来数百万人にまで増加すると予想されています。そのため、この大規模なマイナーのコミュニティに対応するためには、高度にスケーラブルなブロックチェーンインフラストラクチャが必要です。これまで、このレベルのスケーラビリティを実現することは技術的にも経済的にも困難でした。しかし、Rollupsのようなモジュール型ブロックチェーンによって導入されたスケーラビリティのサポートにより、実現可能になります。

Rollupのようなモジュラー型ブロックチェーン上に構築されたDePINプロジェクトは、Etherのような基礎となるブロックチェーンのセキュリティと分散化の恩恵を受けながら、最小限のコストで高度なスケーラビリティを実現できると想定されています。DePINプロジェクトは、RWA（Real World Assets）として知られるトークンを発行し、実際の資産からその価値を引き出します。オンチェーン流動性を持つこれらの資産はマイナーに資金を生み出し、DePINネットワークの成長に貢献するインセンティブを与え、価値の輪を生み出します。複数のDePINプロジェクトが現実世界で協力し、チェーン上でDePINエコシステムを形成することで、DePINにさらなる価値を付加することができます。現実世界における複数のDePINプロジェクト間の協力は、チェーン上にDePINエコシステムを確立し、全体の価値を高める。この協力的なアプローチにより、ブロックチェーンが現実世界の経済に貢献することが可能になり、ブロックチェーン分野の新たな成長が促進される。

6.結論

モジュール型ブロックチェーン（Rollupなど）は、ブロックチェーンのトリレンマを効果的に解決し、拡張性を強化し、広範な採用への道を開きます。DePINプロジェクトの文脈では、高性能で費用対効果の高いブロックチェーンサービスの必要性が、モジュラー型ブロックチェーンに適切な解決策を見出している。モジュール型ブロックチェーンのサポートにより、DePINプロジェクトは大きな価値を得ることが期待されている。