ロールアップとは何ですか?

紹介

ロールアップは、最も人気があり効果的なイーサリアムスケーリングソリューションの1つです。 レイヤー2オフチェーンスケーリングソリューションとして、Rollupは何千ものオフチェーントランザクションをバッチにバンドルし、保存と検証のためにメインブロックチェーンに送信します。 イーサリアムメインネットのセキュリティを継承しながら、トランザクション量とトランザクション速度を大幅に向上させます。

紹介

現在、すべてのブロックチェーンは、分散化、スケーラビリティ、セキュリティという「不可能な三角形」の問題に苦しんでいます。 どのブロックチェーンも最大2つ持つことができます。 たとえば、イーサリアムが分散化とセキュリティを実現すると、スケーラビリティが犠牲になります。 ネットワーク上のユーザー数が増えるにつれて、イーサリアムは圧倒され、そのような膨大なトラフィックに耐えることができなくなります。 その結果、取引速度が遅く、手数料が高いなどの問題が発生します。

スケーラビリティの主な目標は、セキュリティや分散化を犠牲にすることなく、トランザクションの速度とスループット(毎秒のトランザクション、TPS)を向上させることです。
最近最も頻繁に言及されている用語であるロールアップは、イーサリアムをスケーリングするためのソリューションです。 これは、メインネットのシャーディングとスケーリングを完了する前のイーサリアムの最も実現可能なスケーリングソリューションです。

イーサリアムのスケーラビリティ

ブロックチェーンスケーリングには、オンチェーンスケーリングとオフチェーンスケーリングの2種類があります。

オンチェーンスケーリング

オンチェーンスケーリングには、トランザクション速度とトランザクションスループットを真に向上させるためのイーサリアムプロトコルの変更が含まれます。 現在、オンチェーンスケーリングの主な焦点はシャーディングです。 オンチェーンスケーリングは、オフチェーンスケーリングよりも困難です。

シャーディング

シャーディング技術は新しい概念ではありません。 これは、従来の商用データベースで長い間使用されてきました。 シャーディングは、データベースを複数のシャードに水平方向に分割して負荷を軽減するプロセスです。 シャード化されたデータは各ノードにランダムに割り当てられ、独立して同時に並列処理されます。
シャーディングは、ブロックチェーンのトランザクション速度とトランザクションスループットを効果的に改善します。 イーサリアムが「不可能な三角形」に対処するのにも役立つかもしれません。

オフチェーンスケーリング

オフチェーンスケーリングとは、メインネット外のイノベーションを通じてメインネットのスケーラビリティを向上させることを指し、イーサリアムプロトコルに変更はありません。 レイヤー2の他に、現在人気のあるオフチェーンスケーリングソリューションは、サイドチェーンやプラズマなどです。

レイヤ 2 スケーリング

分散化とセキュリティは、スケーラビリティを実現するために妥協してはなりません。 レイヤー2は独立したブロックチェーンです。 メインネットのセキュリティと分散化を継承しているため、レイヤー2はより高いスケーラビリティを実現する可能性があります。 現在、レイヤー 2 スケーリングには、ロールアップと状態チャネルの 2 種類があります。
ロールアップは現在、イーサリアムをスケーリングするための主流のソリューションです。 それらは、イーサリアムのロードマップを形作る上で重要な役割を果たします。 セキュリティ モデルに基づいて、ロールアップは、オプティミスティック ロールアップとゼロ知識ロールアップの 2 つのカテゴリに分類できます。
州チャネルを使用すると、ユーザーは安全、迅速、安価にオフチェーンで取引し、メインネットでファイナリティを決済できます。

サイドチェーン

サイドチェーンは、イーサリアムメインネットから独立して実行されるEVM互換ブロックチェーンです。 サイドチェーンは、クロスチェーンブリッジを介してイーサリアムメインネットと互換性があり、メインネットと並行して独自のコンセンサスアルゴリズムの下で実行されます。 イーサリアムとは異なり、サイドチェーンは、高いトランザクションスループットとより高速なトランザクション速度を実現するために、分散化またはセキュリティのある程度を犠牲にします。 最も人気のある2つのサイドチェーンは、ポリゴンとファントムです。

プラズマ

プラズマチェーンは、イーサリアムメインネットに固定された個別のブロックチェーンであり、詐欺の証拠を使用して紛争を仲裁します。 サイドチェーンとは異なり、プラズマチェーンはイーサリアムブロックチェーン上に構築されており、多くの「子」チェーンを拡張できます。 ある程度、プラズマチェーンはイーサリアムメインネットのセキュリティの恩恵を受けています。 プラズマはかつてイーサリアムをスケーリングするためのソリューションと見なされていましたが、その後レイヤー2に置き換えられました。よく知られているプラズマブロックチェーンはOMGネットワークです。

ロールアップが重要な理由

レイヤー2オフチェーンスケーリングが主流のスケーリングソリューションです

オンチェーンスケーリングは、イーサリアムプロトコルの変更を必要とするため、実装が困難です。 したがって、オフチェーンスケーリングは現在、スケーリングアップグレードの主な焦点です。
オフチェーンスケーリングとは、イーサリアムメインネット外のイノベーションを通じてイーサリアムメインネットのスケーラビリティを向上させることを指します。 この方法では、元のイーサリアムプロトコルを変更する必要はありません。 一般的なオフチェーンスケーリングソリューションには、レイヤー2、プラズマ、サイドチェーンなどがあります。
レイヤー2は現在、最も人気のあるオフチェーンスケーリングソリューションであり、次の機能の恩恵を受けています。

1. 高いトランザクションスループットを享受し、ユーザーエクスペリエンスを向上させ、イーサリアムネットワークの輻輳を軽減します。

2. レイヤ 2 ロールアップは、多数のトランザクションを圧縮し、ネットワークの使用コストを削減できます。

3. スケーラビリティを追求しながら分散化とセキュリティを実現し、他のオフチェーンスケーリングソリューションとは一線を画しています。

レイヤー2の最も人気があり、広く使用されているテクノロジーはロールアップであり、高いトランザクションスループット、低いトランザクション手数料、およびレイヤー1資産へのアクセス可能性を備えています。

ロールアップ中心のイーサリアムロードマップ

2020年、Vitalikはロールアップ中心のイーサリアムロードマップとマルチロールアップの概念を提案しました。
マルチロールアップはまだ揺籃期にありますが、将来的にイーサリアムにより多くの可能性を生み出す可能性があります。 高いトランザクションスループットを達成するロールアップの可能性と、オンチェーンスケーリング(データ可用性(DA)ストレージ用に組み合わせたシャーディング)を組み合わせることを考えると、将来的にはサービスとしてのロールアップ(RaaS)が提案され、誰でも自分のロールアップをすばやく開始できるようになります。
マルチロールアップの出現により、クロスロールアップブリッジングテクノロジーの需要も生まれます。 ロールアップが主流になると、イーサリアムの高額な取引手数料をなくしながら、ロールアップ間の便利で安全な資産移転を実現できる技術を構築する必要があります。

ロールアップとは

ロールアップは、現在、レイヤ 2 を実装するためのメイン オプションとして機能します。ロールアップ自体は独立したブロックチェーンであり、ユーザーはそこで取引し、データをイーサリアムに送信して保管します。 このようにして、ロールアップはメインネットのセキュリティの恩恵を受けることができます。 また、何百ものトランザクションデータを1つのバッチにバンドルすることにより、ロールアップは、手数料が全員で共有されるため、取引手数料を大幅に削減するのに役立ちます。
ロールアップは、独立したブロックチェーンでトランザクションを計算し、トランザクションデータをパッケージ化してイーサリアムに送信して保存することにより、イーサリアムのスケーラビリティを向上させることを目的としています。
現在、ロールアップには、楽観的ロールアップとゼロ知識ロールアップの 2 種類があります。 これらは、異なるセキュリティモデルで互いに異なります。

OP ロールアップとは

オプティミスティック ロールアップは、OP ロールアップ上のすべてのトランザクションが現実的で有効であると想定し、すべてのトランザクションをオプティミスティックな方法で扱うため、「オプティミスティック」と見なされます。

OPロールアップはトランザクションの正確性をどのように検証しますか?

OPロールアップは、バリデーターが正直に行動することを保証するために暗号経済的インセンティブを採用しています。 ブロックチェーン上の誰でもバリデーターになることができますが、プルーフオブステークに似た預金を支払う必要があります。 バリデーターが無効なトランザクションを提案したり、悪意を持ってフォークしようとしたりした場合、彼の預金は削減されます。
OPロールアップは、不正防止を使用してトランザクションの信頼性を検出します。 OPロールアップのトランザクションがバッチにバンドルされ、イーサリアムメインネットに送信された後、チャレンジ期間と呼ばれる時間枠があり、その間、誰でも不正証明を計算することでバッチを検証できます。

OP ロールアップの入力

OPロールアップを入力するには、ユーザーはETH、ERC-20トークン、またはその他の受け入れられた暗号通貨資産をクロスチェーンブリッジに預ける必要があります。 ブリッジ契約はトランザクションをレイヤー2(またはOPロールアップ)に中継し、そこで同等の量の資産が鋳造され、OPロールアップでユーザーが選択したアドレスに送信されます。

OP ロールアップの終了

ロールアップの終了はより複雑です。 ユーザーがOPロールアップを終了したい場合、誰でも取引結果に異議を唱えることができるチャレンジ期間後にのみ、イーサリアムメインネットでスクローされた資金を引き出すことができます。 このプロセスはユーザーにとって非常に簡単ですが、通常1〜2週間かかるため時間がかかります。

EVM との互換性 (EVM)

OPロールアップの利点はEVMとの互換性であり、開発チームはコードを変更することなくイーサリアム上の既存のスマートコントラクトをOPロールアップに移行できます。 時間を節約するだけでなく、プログラミング言語やテストツールなどのイーサリアムのインフラストラクチャを利用することで利便性をもたらします。
EVM(イーサリアム仮想マシン)の詳細については、 EVM on Gate Learnとはをご覧ください。

アービトラム

アービトラムは、OPロールアップを採用した主要なレイヤー2ブロックチェーンであり、レイヤー2時価総額全体のほぼ半分を占めています。

Uniswap、Yearn、Sushiswapなど、すでにアービトラムで実行されているいくつかの成功したプロジェクトに加えて、GMX、デリバティブプロトコル、巨大なNFTエコシステムの構築を意図したTreasureDAOなど、他のユニークなネイティブプロジェクトがあります。
Arbitrumにはまだネイティブトークンがありませんが、TVLによる最大のレイヤー2チェーンであり、投資家はその開発を注意深く見守っています。 アービトラムは、2022年4月にアービトラムオデッセイイベントを開始し、完全なアービトラムエコシステムの旅をユーザーに提供することを目的としています。 このイベントはプロジェクトギャラクシーと協力し、8週間続くように設計されました。 ユーザーは、毎週のタスクを完了することで、NFTエアドロップを受け取ることができます。 13以上のNFTを収集した後、ユーザーはアービトラムの旅の終わりを示す排他的なNFTで報われる可能性があります。
しかし、イベント開始からわずか1週間後、多数のユーザーが集まり、トランザクション量とネットワークの混雑が爆発的に増加し、ネットワーク料金が高騰しました。 このような状況を考慮して、アービトラムはオデッセイを一時停止し、ニトロのリリース後に再開することを決定しました。

アービトラムの日次取引量
(画像ソース:アルビスカン)

アービトラム固有アドレス
(画像ソース:アルビスカン)

楽天主義

OPと呼ばれるOPTIMISMは、OPロールアップを搭載したレイヤー2チェーンでもあります。 時価総額で2番目に大きいレイヤー2チェーンです。 アービトラムとは異なり、OPは2022年6月1日に最初のエアドロップを発表し、その後エコシステムインセンティブプログラムを発表しました。 高い報酬に動機付けられて、投資家はOPに群がり、TVLの大幅な増加につながりました。

OPは、UniswapやAaveなどの定評のあるプロジェクトからもサポートを受けました。 さらに、OPエコシステムの流動性基盤層であるベロドロームは、ve(3,3)モデルを採用した分散型取引所であり、かなりの成功を収めています。 TVLは、主要な分散型取引所であるUniswapを上回っていました。

ZKロールアップとは

OPロールアップとは少し異なり、ZKロールアップは多数のトランザクションをオフチェーンで実行されるバッチにバンドルし、メインネットに有効性の証明を提出することでスマートコントラクトの状態を更新します。 ZKロールアップは、検証のために最小限の要約データをメインネットに投稿するだけで済みます。

ZKロールアップがトランザクションの正確性を検証する方法

ZKロールアップの状態は、イーサリアムメインネットにデプロイされたスマートコントラクトによって維持されています。 有効性の証明により、ZKロールアップの状態はメインネットによって検証された後更新されます。 メインネットに提出された要約データには、イーサリアムのスマートコントラクトの変更と、それらの変更が正しいことの暗号化証明が含まれています

ZKロールアップは、プルーフオブステークを使用してオペレーターを選択します。 オペレーターは、事前に賭け金として契約に暗号通貨を預ける必要があります。 各ステークのサイズは、ステーカーが選ばれる可能性に影響を与えます。 オペレーターが悪意を持って行動した場合、彼の賭け金は削減される可能性があります。
ユーザーがZKロールアップを終了することを決定した場合、トランザクションをバンドルし、有効性の証明を通じてスマートコントラクトの状態を確認および更新する必要があります。 OPロールアップとは異なり、ZKロールアップにはチャレンジ期間がありません。

EVM との互換性 (EVM)

ZKロールアップがEVMと互換性を持つことは容易ではありません。 複雑なスマートコントラクトを実行することは、単純な計算を実行するよりもはるかに難しいため、ZKロールアップの開発はOPロールアップの開発よりもはるかに遅くなります。 しかし、近年のゼロ知識証明技術の改善により、zkEVMを実装することはもはや難しくありません。

妥当性の証明

ZKロールアップは、オンチェーントランザクションを有効性の証明であるバッチにバンドルします。 妥当性証明により、当事者は声明自体を明らかにすることなく、声明の正しさを証明することができます。 したがって、それらはゼロ知識証明とも呼ばれます。
現在、妥当性証明には以下の2種類があります。

1. ZK-SNARK (ゼロ知識簡潔な非対話型知識の議論)
   ZK-SNARKは、プルーフサイズが小さく、トランザクション速度とスループットが大幅に向上していることで人気があります。 公開パラメータの作成に使用された情報が悪意のあるアクターの所有に該当する場合、誤った有効性の証明が生成される可能性があります。 そのため、ZK-SNARKはセキュリティと信頼の問題に直面しています。

2. ZK-STARK (ゼロ知識スケーラブルで透明な知識の議論)
   ZK-STARKは、その透明性のためにZK-SNARKの改良であると考えられています。 公的に検証可能なランダム性に依存して、証明を生成および検証するためのパラメーターを設定します。 さらに、ZK-STARKはスケーラブルであり、大規模なデータセットの検証に必要な時間が短縮されます。
   ただし、ZK-STARKはより大きなプルーフサイズを生成するため、メインネットで検証するにはコストがかかります。

不変 X

2018年に設立されたImmutable Xは、ZKロールアップを使用する最も有名なブロックチェーンの1つです。 健全なNFT取引環境を提供することが特徴です。 Illuvium、Ember Worldなど、多くの大規模なブロックチェーンゲームがImmutable Xでリリースされる予定です。
早い段階で発売されたカードゲームであるゴッズアンチェインドも非常に人気があります。 Gods Unchainedでは、プレイヤーはデッキを構築して他のプレイヤーと戦うために使用できるカードを購入、構築、収集します。

ポリゴン zkEVM (エルメス)

最近、ポリゴンはZKロールアップで事業を拡大し続けています。 ミールプロトコルとエルメスネットワークの買収に続いて、ポリゴンは2022年7月にポリゴンヘルメスを立ち上げました。 これは、オープンソースのEVMと同等のzkEVMプロジェクトとしては初めての製品です。 ポリゴンの強力なブランドの恩恵を受けて、エルメスは発売されるとすぐに大きな注目を集めました。 テストネットが稼働した後、開発者はポリゴンエルメスにイーサリアムスマートコントラクトをシームレスに展開できます。

(画像ソース:ポリゴンzkEVM)

OP ロールアップと ZK ロールアップの比較

セキュリティ モデル

ZKロールアップはセキュリティを確保するために信頼できない暗号化メカニズムに依存していますが、OPロールアップは信頼を維持するために暗号経済的インセンティブに依存しています。
OPロールアップは、複数のトランザクションをバッチにまとめ、検証のためにメインネットに送信します。 彼らはこれらのトランザクションの信憑性を事前に検証するのではなく、すべてのトランザクションが正しいと楽観的に想定します。 OP-Rollupsには約1〜2週間の困難な期間があり、誰でも詐欺の証拠を計算することでトランザクションの信憑性に異議を唱え、それによってブロックチェーンの状態を保護することができます。 ユーザーが終了したい場合は、チャレンジ期間が終了するまで待って、トランザクションの正確性を判断する必要があります。
ZK-Rollupsは、バンドルされたトランザクションの有効性の証明を事前に作成し、メインネット上のスマートコントラクトに送信して、状態変更の正しさを証明します。 ブロックチェーンの状態を更新するための有効性の証明を提案できるため、ユーザーはいつでもZKロールアップを終了できます。

ブロック・スペース使用率

OPロールアップは、多数のトランザクションをバッチでバンドルし、検証のためにメインネットに送信します。 対照的に、ZKロールアップは小さなサイズの要約データをメインネットに送信します。 メインネットにデータを送信するコストがロールアップで発生する主なコストであるため、ZKロールアップは最小限の有効性証明を送信するだけでよいため、優れています。

EVM との互換性と将来の成長

EVMとの互換性が高いため、OPロールアップはレイヤ2の時価総額の大部分を占めています。 しかし、取引の正確性を確定することは、詐欺の証明のために遅れる可能性があります。
ZKロールアップには、低コスト、信頼性の欠如、およびトランザクション確認の高速化という利点があります。 欠点は、EVMとの互換性が難しいことと、完全にオープンソースではないコードやさまざまな開発方法など、解決すべき多くの既存の問題があることです。
包括的な観点から、OPロールアップはZKロールアップよりもオープンソースであり、開発プロセスを容易にします。 そのため、現在のレイヤー2市場はOPロールアップによって支配されています。 ただし、不正防止のため、OPロールアップは本質的にセキュリティの点でZKロールアップより劣っています。一方、ZKロールアップは、高い技術的障壁や未熟な開発などの問題によって制限されています。
ロールアップの将来に関しては、OPロールアップは短期的には理想的なソリューションとして一般の人々に支持されており、イーサリアムの負荷を効果的に軽減できます。 また、ZK-Rollupsは、中長期的により高いセキュリティとスケーラビリティを実現するためのはるかに有望なソリューションと見なされています。

ロールアップの課題

完全に分散化されていない

現在のロールアップは、2 つの側面から見ることができます。 ブロックは特定のオペレーターによって一元的に生成されますが、信頼できず、高度に分散化されたイーサリアムによって検証されます。

特定のオペレーターはデータ校正をレイヤー 1 に送信できますが、これにより単一障害点が発生する可能性があります。 実際、アービトゥルムはこの理由で何度かダウンしています。

セキュリティと開発の難しさ

イーサリアムへのデータの提出方法に基づいて、ロールアップは楽観的ロールアップとゼロ知識ロールアップの2つのタイプに分けられます。

OPロールアップは成熟したオープンソースコードを持っており、実装が簡単であるため急速に開発されています。 ただし、OP-Rollupsはすべてのトランザクションが正しいと想定しているため、チャレンジ期間中にメインネット外のバリデーターを刺激してトランザクションの正確性をチェックするには、不正証明とトークンインセンティブが必要です。 ユーザーが撤退したい場合は、チャレンジ期間が終了するまで待つ必要があります。 したがって、OPロールアップはセキュリティの点で劣っています。

これを踏まえて、OP-Rollupsのセキュリティ問題の解決策を提案する必要があります。 それ以外の場合は、最終的により安全なZKロールアップに置き換えられます。

ZKロールアップは、圧縮されたトランザクションの有効性証明を生成する必要があります。 トランザクションデータをイーサリアムに送信して保存し、ブロックチェーンの状態変更の正しさを証明する必要があります。 ZKロールアップコントラクトが有効性の証明を検証すると終了トランザクションが実行されるため、ユーザーはいつでもZKロールアップから撤退できます。

ZK-Rollupはより高いセキュリティを享受していますが、完全にオープンソースではないコード、異なるチームの開発方法、ゼロ知識証明(ZKP)の計算によるトランザクション速度の制限、EVMとの互換性の難しさなど、多くの問題が依然として存在します。 これらすべての要因により、ZKロールアップの短期的な実装が制限されています。

マルチロールアップを実現するには、クロスロールアップブリッジングが必要です。 クロスチェーンブリッジは安全性が低く、資産盗難の影響を受けやすいため、クロスチェーンブリッジの設計を採用することは避け、セキュリティと相互運用性に焦点を当てる必要があります。 基盤となるテクノロジーは非常に複雑で、まだ初期段階にあるため、この記事では詳しく説明しません。
マルチロールアップのビジョンは確かに魅力的ですが、現在のロールアップはまだ初期段階にあります。 ますます多くの専門家チームがロールアップに参加するにつれて、長い間存在していた多くの課題が対処される可能性があり、この分野の広範な教育とアプリケーションの数もそれに応じて増加します。 将来的には、オールラウンドなマルチロールアップエコシステムを確実に導入します。

結論

ロールアップ技術はまだ揺籃期にあるため、詳細な研究開発を行うにはより多くの時間が必要です。 現在、ロールアップには高い技術的障壁があり、EVMとの互換性を達成するのが難しいと広く見られています。 したがって、OPロールアップは短期的には理想的なソリューションと見なされ、ZKロールアップは中長期的には理想的なソリューションと見なされます。
ロールアップは、イーサリアムの負荷を軽減することを目的としています。 現在、レイヤー2の2つの主要なチェーンであるアービトラムとオプティミズムの1日あたりの取引量は10万前後であり、比較的少ない数字です。 対照的に、イーサリアムメインネットの毎日の取引量は100万に達します。 レイヤー2がメインネットからより多くのユーザーとプロジェクトを引き付けるには、より多くの時間が必要であることは明らかです。
マルチロールアップのコンセプトとオンチェーンスケーリング-データ可用性ストレージのためのシャーディングの組み合わせは、ブロックチェーンの「不可能な三角形」の問題の解決策となる可能性があり、その開発はまったく新しい章を開始します。

(画像ソース:エーテルスキャン)

イーサリアムスケーリングの目標は、「不可能な三角形」を解決するために、分散化やセキュリティを犠牲にすることなくスケーラビリティを向上させることです。 ロールアップは、巨大なスケーリング目標を達成するための多くの可能な方法の1つにすぎません。 ロールアップは、オンチェーンスケーリングを実現するためのシャーディングテクノロジーとともに、イーサリアムのスループットを真に向上させることができます。 その前にできることは、最新のテクノロジーと関連ニュースを継続的に更新し、さまざまな視点を受け取り、このセクターの将来の発展に関する独自の知識フレームワークを構築し、それによって私たち自身の潜在的な機会を生み出すことだけです。