著者: krane, lamby (Asula), sylve, lancelot (Hyle) ソース: bedlam research 翻訳: Shan Oba, Golden Finance

イントロダクション

過去1週間にわたり、ETHリウムコンセンサス層のロードマップに関する提案が数多く見られました。特筆すべきは、Justin DrakeがDevcon 2024でのプレゼンテーションで、彼がETHリウムZK時代に対するビジョンを説明したことです。これは、beamチェーンまたはbeamフォークと呼ばれ、スロット時間の短縮、最終確定の加速、ETHリウムコンセンサスの「snarkification」を含む多くの重要なアップグレードをETHリウムに一括実装するものです。この提案の野心とこれらの変更のスケジュールに対する反応はまちまちです。ただし、ETHリウムの経済規模を考慮すると、ETHリウムを慎重に扱うことの重要性を認識する必要があります。これを認識する一方で、rollupを中心としたエコシステムの基本層の大きな野心についても考えてみることは有益です。過去の重荷を引きずらない、未来に向けてのみ尽力するという精神に基づき、本稿ではZKとコンセンサスの研究進展を活かした未来の展望について紹介しています。

まず、基本原理の観点から基本層を研究し、次にコンセンサス研究の中心概念を探求します。最後に、この研究を新世代の基本層設計、特にZKメカニズム下でどのように適用するかについて詳しく調査します。

ベースレイヤー

現在、ほとんどのRollupは中央集権的なオーダラーを採用して取引を並べ替え、実行します。オーダラーはブロックを生成した後、他の人が検証するために実行証明を生成する責任もあります。実行を検証可能にするためには、第三者がRollupの状態データと実行証明が必要です。状態データと証明は通常、データ可用性（DA）レイヤーに公開され、状態の変化は**検証レイヤー*（一般的には誤って清算層と呼ばれる）で検証されます。

早期、ETH坊はrollupを中心にしたロードマップを策定し、最初の基盤層となり、DAと検証を実行しました。ETH坊の独自の状態（つまりETH坊上で発行された大量の有価証券）は、rollupの天然の検証または決済層となっています。rollupはETH坊を基盤として使用することで、そのセキュリティを継承するだけでなく、流動性も継承することができます。ただ当時市場には決済またはDAの専門オプションはありませんでした。

多くの特殊なレイヤーを持つ今日の世界でも、PoSバリデーターの最大のセットとBLOBサポートを備えたETHは、DAレイヤーとして非常に安全な選択です。 さらに、ETH取引所の資産ファミリーの数とタイミングは継続的に増加しています。 「決済」はアセット固有であるため、強制終了を許可するロールアップの場合は、発行アセットのオンチェーンで確認する必要があります。 ロールアップでETH銀行の資産の強制引き出しを許可する場合は、検証にETHファングを使用する必要があります。

今日のETH坊はこのように見えます：

しかし、DA層と決済層も、ETH坊と直接競争してこれらの操作を実行するために確かに存在しています。例えば、CelestiaとEigenDAは明らかにより高いDAスループットを提供しています（セキュリティモデルは異なりますが）。同様に、Initiaはオラクルマシン、統合されたウォレット体験、および組み込みの相互運用性を提供することで、生態系のユーザーによりシームレスな体験を提供することを目指しています（これはETH坊のロードマップで過去数ヶ月間の重要なポイントにもなっています）。

すべてのこれらのシステムは、すべてETH坊と同じ形式を採用しており、基礎層はデータの利用可能性と検証に分解され、それぞれのレイヤーがそれぞれの操作の専門の中心として機能しています：

新しい設計の主要な洞察は、DAレイヤーと検証レイヤーの最適化の分離が必要であることにあります。ブロックチェーンの最初の機能は、互いに信頼していない取引相手間で信頼できる第三者の分散化を実現することでした。ロールアップを中心としたシステムでは、基本層の役割は、ロールアップ間の分散化された信頼できる第三者として機能し、それらの間の相互運用性を実現することです。基本層がロールアップの状態を検証すると、他のすべてのロールアップは基本層を暗黙的に信頼することができます。ロールアップを中心とした設計のもう一つの核心的な特性は、アプリケーションが一般的な状況では（ある程度中央集権的なオーダラーを介して）ユーザーに高速かつ低コストな取引確認アクセス権を提供できることであり、最悪の状況では（基本層の強制退出を通じて）最終的なレビューの抵抗を損なうことなく、です。

データ可用性と検証の分離、そして基盤層が提供する最終的なレビュー抵抗、Rollup間の相互運用性、および資産発行の中核機能について理解したことから、より良い基盤層を構築する方法を推測できます。現在、Rollupは数時間ごとに状態データを基盤層に公開します。つまり、Rollupソータが提供するプレコンファームは、この時間範囲内に基盤層で完了します。基盤層のデータスループットがETH坊L1よりも高い場合、Rollupはデータをより頻繁に公開でき、Rollupプレコンファームから基盤層の確認までの時間を短縮し、Rollupのセキュリティを向上させることができます。同様に、より高速な検証を行うことで、Rollup間のより速い相互運用性を実現でき、流動性橋やメーカーを必要としません。基盤層が処理する必要があるワークロードの形状に関する具体的な洞察を活用して、より高いスループットとより速いRollup間通信を持つ基盤層を構築できます。

集成ブロックチェーンには、「ホットステート」領域があります。これは、攻撃を受けやすいDEXプールなどです。これにより、参加者のトランザクションの相対的な順序が非常に重要になります。一方、ロールアップは通常、大部分が独立したステートスペース上で動作し、ほとんどのトランザクションは自身のロールアップ内のステートにしか影響しません。ロールアップ間での相互作用は確かに発生します（例えば、ユーザーがアセットをロールアップ間で移動したり、ロールアップを組み合わせたりする場合など）、しかし、これらの相互作用は明確で定義され、事前に把握されています。各ロールアップ内のほとんどのトランザクションが非連続のステートで実行され、ロールアップ間のトランザクションは特定の相互運用性メカニズムを介して処理されるため、基礎層で全てのロールアップデータを厳密に完全に順序付ける必要性は比較的低いです。代わりに、ロールアップが明示的に相互作用する場合にのみ、選択的に順序付けを実行することができます。

2つのRollupはベースレイヤーに状態の差分リストとその状態の変換のZK証明を提出します

注意：私たちはここでロールアップが状態の違いリストを発行し、そのロールアップ状態の変換のZK証明を行うと仮定しています。

ここでの核心的な洞察は、トランザクション間の因果関係に焦点を当て、有向非巡回グラフ (DAG) コンセンサスモデルに関連する多くの作業をサポートしています。一般的に、DAGアルゴリズムは依存関係を明確にし、並列処理が可能なように計算/処理しようとします。これらの考えを参考にし、我々はロールアップ基盤層が現れることを予想しています。ここで、コンセンサスはかなり緩和され、より高いスループットとより低いレイテンシーをサポートするために。

Rollup状态の自然分割は、强制するすべなめな Rollup 交易運動適順では、強調するせいですが一部の場合には必要な赤稿です。deltaとHylé等システムはこの一涛光を利用して、Rollup状态の環境でのみ調達を許可することができます。しかし、このことは完全消除コンセンサスではないけど、相反にこは真実に必要な場所での改設です。创新の場では認識し到ってそこのソーディングは場限の実際に必要の場所で、うわちの交易で全局強制実行するという意見です。

このパーティションの最大の影響は、他のRollupとの組み合わせ可能性を犠牲にすることなく、専用の実行環境のスループットを増やすために優雅なRollupソリューションを作成することです。

因果関係の並べ替えと完全並べ替え

さらなる議論に入る前に、まず並べ替えを振り返りましょう。一般的には、コンセンサスはネットワーク内のすべてのノードが有効な取引を整理するための一致した見解です：

• 線形ブロックチェーンは、トランザクションの全順序に合意する必要があります。つまり、すべての参加ノードにとって、イベントが発生する完全な線形順序です。関係のないトランザクションは、依然としてグローバル順序に整理されます。
• 一方、因果順序は取引の順序付けに過ぎず、つまり、最初に発生した取引がその出力に依存する取引よりも前に配置されます。因果関係のない取引は互いに並べ替える必要はありません。これを偏序とも呼びます。DAG は取引の集まりで偏序を実現するデータ構造に過ぎません。偏序はまた、DAG の非交差部分間で並行取引の実行を可能にします。ここでは、全てのノードが同意する単一のグローバルな取引順序はありません。

全序はDAGの上に構築することができます。それは並行イベントの順序を合意するための追加のコンセンサスメカニズムが必要です。Narwhal And TuskプロトコルまたはSUIのMysticetiのより新しい進化がその例です。

DAG 内の取引は、他の関係のない取引と独立して確認できます。取引が大多数のバリデータに承認されると、それは有効と見なされます。取引を個別に確認できるため、ブロック内での取引確認ではなく、多くの取引を並行して提出および確認できるため、取引スループットを大幅に向上させることができます。これは、単一のリーダーコンセンサスの一般化と見なすことができます。ここでは、どのバリデータも新しい取引を提出できる（注意：これは、個別の取引を含むブロックを提出すると見なすこともできます）。

DAG中の取引検証の仕組みを要約すると、

• ユーザーは取引を検証ノードのサブセットにブロードキャストします。
• ノードがトランザクションを受信すると、まずローカルビューに基づいて、そのトランザクションが現在知っているいかなるトランザクションとも矛盾しているかどうかをチェックします。
• もし競合があった場合、例えば同じ資金を使おうとする場合、取引は拒否されます。
• もし衝突がない場合、受信ノードは他のノードとの間で取引の有効性について合意に達するために相互作用します。その中で一つの方法はサブサンプリングです。この方法では、ノードは他のノードのサブセットをサンプリングし、その取引が有効であると彼らが自身のローカルビューに基づいているかどうかを数回のクエリを開始します。サンプリングノードの閾値が肯定的な応答になると、クエリラウンドは成功と見なされ、法定数に達したことを示します。このサンプリングプロセスを繰り返し、ノードが取引の有効性について自信を持つまで続けます。このプロセスにより、ノードは全体的な合意が必要なく、迅速に取引の有効性について確率的なコンセンサスに達することができます。反復的なサンプリングは、全体のネットワークがコンセンサスに達することを保証し、衝突する取引が同時に受け入れられる可能性を極端に低くします。

交易検証にサブサンプリングを行う

必要なことは、任意のノードが任意の時点でこの対話型プロセスを実行して法定人数を達成することができ、さまざまなパスでコンセンサスを達成することができることです。ある意味では、各バリデータまたはレプリカは独自のブロックチェーンを実行し、定期的に他のノードと同期します。このような、調整の前に複数の異なるブロックチェーンを先に進める考え方は、非DAG設計でも探求されています。例えば、Autobahn（データ伝送とソートの分離に依存していますが）です。Autobahnでは、各バリデータが独自のトランザクションチャネルを維持し、同期プロセスで調整を行います。本文ではそれらを明示的にブロックチェーンとは呼んでいませんが、チャネルはブロックチェーンに非常に近く、同期プロセスは複数のブロックチェーンをマージするのと似ています。

ベースレイヤー内の因果関係

今、因果関係の概念を理解したので、この概念とベースレイヤーとの関係を組み立ててみましょう。前述の通り、ロールアップは通常、その自身の永続的なパーティション状態に対する状態の更新に対応する状態データまたは状態差分リストを公開します。2つのロールアップが公開されたデータは、一部の「ホットな状態」に競合を引き起こしません。なぜなら、データは完全に交差しないからです。これにより、ベースレイヤーはグローバルな順序付けの必要性を緩和できます。さらに、新しいロールアップの状態を検証するには、以前に公開されたロールアップの状態を検証するだけです。したがって、ベースレイヤーはこれらのロールアップトランザクションを自由に順序付けて、グローバルな順序付けを待つ必要はありません。

より広義には、ロールアップはデータと証明を基本層に自由に公開でき、費用の心配をする必要がありません。データがネットワーク内を伝播する際、基本層のバリデータがロールアップソーターが公開した証明を検証します。一定数のバリデータがその証明を検証した場合、トランザクションが確認されたと仮定されます。このようなシステムにより、ロールアップはデータが基本層を通過する速度で確認できるようになります。理論的には、これにより、ソーターの事前確認と基本層の確認の間の時間が短縮されるはずです。

上述系统は、将来の検証可能なアプリケーションとしての複製実行ではなく、ZKに基づく実行シャーディングに依存しています。

2つのロールアップ間でデータを移動するためには、シャード間取引が必要ですが、これは部分的なものです。例えば、アセットXをロールアップAからロールアップBに移動するには、ロールアップAの引き出し取引が法定人数に達する必要があり、その後、ロールアップBにデポジット取引を含めることができます。基礎層からの迅速な確認は、同じエコシステム内のロールアップ間の相互運用性に信頼性のある保証を提供し、基礎層にネットワーク効果を創出することができます。迅速な相互運用性と多数の貴重な資産があれば、基礎層が潜在的なロールアップに魅力を持つことも可能です。要するに、この専用の設計により、次のことが可能になります。

• Rollupトランザクションの確認時間は速いです。
• Rollup間の高速な相互運用性（流動性ブリッジやメーカーなしで）。
• Rollupの専用DAスループット。
• Rollup専用の検証ツール（さらに多くの証明システム）。

簡単な説明：ベースアセットの価値蓄積

上記の議論は、rollupに安価で迅速かつ安全な基盤を提供しています。ただし、現在、rollupを中心としたロードマップに関するほとんどの議論は、ETHおよびイーサリアムにおける価値の蓄積に焦点を当てています。L2（Baseなど）のユーザーリレーションシップを持つことで、ブロックスペースにプレミアムを課し、その収入の一部をイーサリアムに対するDA料金の形で返還するだけで済みます。

ロールアップが状態データをより頻繁に公開できることにより、ベース層は流動性プロバイダーや流動性ブリッジに失われる収益の一部を得ることができます。ただし、ベース層にとって、より優れた相互運用性システムの価値は、相互通信が必要なロールアップの数に完全に依存します。複数のアプリケーション要件を満たさないロールアップの場合、ベース層の価値蓄積はより明確になります。アプリケーションは基礎層との相互作用に基礎層を使用するだけで、組み合わせ可能性を実現できます。アプリケーションは高スループットと自己の領域の制御を犠牲にすることなく、組み合わせ可能性を維持できます。

さらに、いくつかの論点では、ネイティブトークンの価値蓄積を向上させるために、ベースレイヤーの実行を改善することが提案されています。これにより、ベースレイヤーがロールアップと競合することが可能になり、ロールアップを中心とした設計原則に反することになります。実行を含めるもう1つの方法（おそらくは私たちの優先方法です）は、エンシュラインドロールアップを構築することです。これにより、ベースレイヤーアセットはロールアップオーソライザを保護するために再ステークされます。必要に応じて、ベースレイヤーバリデータセットはロールアップオーソライザセットとして機能することもあります（ただし、バリデータセットが同じである必要はありません）。実際、Martin Köppelmann氏のDevcon 2024での講演後、エンシュラインドロールアップまたはネイティブロールアップの話題が盛り上がってきました。ETHなどのエコシステムでは、ETHが一部の損失価値を回収することができるだけでなく、開発者がロールアップで自由に実験することができるようになります。ロールアップのステークは、ETHのLayer-1よりもはるかに低くなる可能性があります。

まとめ

全体的に言えば、ZK 時代はイーサリアムおよび全体のブロックチェーンにとって本当にエキサイティングで前向きな未来を象徴していると考えています。この記事では、ZK と最先端のコンセンサスの融合が、ロールアップを中心としたシステムの基盤層における新たな方向性を示しています。ゼロ知識証明と DAG ベースのコンセンサスメカニズムからのアイデアを組み合わせることで、ロールアップに最適化された基盤層を再構築できます。コンセンサスは実際に共有される状態にのみ適用され、すべての操作に一元的に要求されるものではありません。エコシステムがモジュール化設計に向かう中、このより細やかな基盤層コンセンサスアプローチがモジュラーブロックチェーンの標準となると予想されます。

全体的に、私たちは、いくつかの新しいサポート技術がつい投入生産されたことを考慮して、基盤層が競争力を維持するためにこの技術を採用しなければならないと考えています。

私たちはより大きな夢を持つことを恐れてはいけません。