Ethereumロールアップは、Ethereumブロックチェーンネットワークのスケーラビリティとスループット（またはトランザクション速度）を向上させるために設計されたLayer-2スケーリングソリューションです。

イーサリアムのブロックチェーンは非常に安全であるとされていますが、自然にスケーラブルではありません。しかし、成長を続ける中、そのスケーラビリティとトランザクション処理能力を向上させる必要がありました。これを実現するために、イーサリアムのロールアップが開発されました。

複数のトランザクションをまとめて、後で単一のトランザクションとしてEthereumブロックチェーンに提出することにより、EthereumロールアップはEthereumメインチェーンを緩和し、Ethereumブロックチェーンネットワークのトランザクション処理速度またはスループットを向上させます。

イーサリアムのロールアップの種類：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

オプティミスティック・イーサリアム・ロールアップ

オプティミスティックロールアップは、L2上のトランザクションの有効性を前提とするロールアップです。その名前の通り、ロールアップトランザクションの有効性を検証しません。それらは、証明されない限り、トランザクションが有効であると仮定します。

間違った取引が計算されてEthereumメインチェーンに送信されないようにするために、Optimistic rollupsはユーザーに7から14日間のチャレンジ期間を与え、その間にrollup取引の有効性をチャレンジすることができます。

エラーが発生した場合、すでに計算された取引が再実行され、正しいロールアップ状態がEthereumメインチェーンで更新されます。そこで止まらず、誤った取引を計算し含めるシーケンサーはスラッシュペナルティを受けます。

アービトラムは、オプティミスティック・イーサリアムのロールアップの一例です。これは、イーサリアムブロックチェーンネットワークの高速スマートコントラクトトランザクションを強化するレイヤー2スケーリングソリューションです。

それはイーサリアムブロックチェーントランザクションの処理とバッチ処理を処理し、イーサリアムブロックチェーンの混雑緩和とトランザクションコストを削減します。

トランザクションを圧縮するという独自の機能により、ガス料金を削減するのに役立つArbitrumは、SushiswapやAaveなどのDeFiプロジェクトで効率的かつ低コストのDeFiスワッピングに使用されています。

ゼロ知識 (ZK) ロールアップ

ゼロ知識イーサリアムロールアップはトランザクションの有効性を検証します。楽観的ロールアップとは異なり、ロールアップトランザクションが有効であると仮定しないゼロ知識ロールアップは、代わりにトランザクションの有効性を検証するために時間をかけます。

ロールアップトランザクションが検証され、承認された後、ゼロ知識ロールアップは暗号証明をイーサリアムメインチェーンに送信して、その正当性を認証します。スマートコントラクトにより、ロールアップトランザクションの検証が可能になります。

ZK syncは、主にEthereumブロックチェーンネットワークのスケーラビリティを向上させ、スループットまたはトランザクション処理速度を向上させるために構築されたL2ソリューションです。ZK-rollupsを使用して、ZKSyncはEthereumメインチェーン上でトランザクションを処理し、バッチ処理して完了したらそれらをEthereumブロックチェーンに戻します。ScrollとStarkwareは、他の有名なゼロ知識ロールアップの2つです。

イーサリアムロールアップはどのように機能しますか？オフチェーン取引とトランザクションのバッチ処理

オフチェーン取引

ロールアップはLayer 2のブロックチェーンソリューションであるため、メインのイーサリアムブロックチェーンネットワーク上でトランザクションを処理しません。イーサリアムネットワーク外でトランザクションを処理します。

ロールアップエンティティまたはコンポーネントであるシーケンサーは、ロールアップトランザクションを確認し、L2ブロックを構築し、暗号証明をメインのイーサリアムチェーンに提出する責任があります。

トランザクションのバッチ処理

トランザクションのバッチ処理は、シーケンサーによって複数のトランザクションをグループ化するプロセスで構成されます。シーケンサーは、イーサリアムのメインチェーンからいくつかのトランザクションを削除し、それらを1つのトランザクションにグループ化することで、イーサリアムのメインチェーンを容易にします。

トランザクションがバッチ処理された後、ロールアップはスマートコントラクトを使用してトランザクションデータをL1チェーンに投稿します。Ethereum L1チェーンに追加された後、シングルロールアップトランザクションは変更できません。

さらに、一部のゼロ知識のロールアップは、イーサリアムメインチェーンに要約または暗号証明を投稿し、提出された取引の有効性を認証します。

ブロックチェーンの証明メカニズム：詐欺証明と有効性証明

詐欺証明

フロードプルーフ、またはフォルトプルーフとも呼ばれる詐欺証明は、オプティミスティックロールアップによって公開されたデータの真正性を検証するために使用されるブロックチェーン証明メカニズムです。

Optimistic rollupsが誤ったデータをEthereum L1チェーンに提出するのを防ぐために、詐欺証明メカニズムはEthereumブロックチェーン上のユーザーがまとめてロールアップされた取引に異議を唱えることを許可します。

一度、バッチ処理された取引の中で誤った取引が見つかった場合、それは削除され、再実行され、その後、再検証された取引がバッチに再提出されます。誤った取引を含めたシーケンサーも罰せられます。

ただし、チャレンジ期間中に誤ったトランザクションが見つからない場合、状態変化は楽観的に正しいものと見なされます。

詐欺証明の種類：単一ラウンドインタラクティブとマルチラウンドインタラクティブ

単一ラウンドインタラクティブ詐欺証明

シングルラウンドインタラクティブプルーフは、オペレーターとの定期的なやり取りや通信なしに、チャレンジャーがロールアップトランザクションの真正性や有効性に異議を唱えることができる詐欺証明メカニズムです。トランザクションは一度に検証できます。

OP Stackは、シングルラウンドインタラクティブな詐欺証明メカニズムを利用するブロックチェーンソリューションの例です。 OP Stackは、高度にスケーラブルかつ相互運用可能なブロックチェーンを構築するために使用されるモジュラーでオープンソースの設計図です。

Optimism foundationによって開発されたOPスタックは、開発者がOptimismスーパーチェーンと相互運用可能なブロックチェーンを作成できるようにします。シングルラウンドインタラクティブな詐欺証明システムを使用することで、OPスタックはブロックチェーンでの詐欺を防ぐことを容易にします。

マルチラウンドインタラクティブ詐欺証明

マルチラウンドのインタラクティブ証明は、チャレンジャーがオペレーターと常に、または繰り返し対話する必要がある詐欺証明メカニズムです。

オペレーターはしばしば挑戦されたロールアップブロックを等しい半分に分割し、その後、チャレンジャーがエラーを見つけるまで、はるかに小さなビットに分割します。このプロセス中、オペレーターとチャレンジャーの間で一貫したコミュニケーションが行われます。

単一ラウンドのインタラクティブな証明はトランザクションの有効性を検証するためのはるかに高速な方法ですが、費用がかかります。逆に、はるかに長いマルチラウンドのインタラクティブな証明は、複雑なスマートコントラクト契約の紛争解決において、より費用対効果が高く効率的です。

Arbitrum、L2スケーリングソリューションは、マルチラウンドインタラクティブな詐欺証明システムを利用しています。前述のように、ArbitrumはEthereumブロックチェーンのスループットを向上させ、トランザクションを圧縮しガス手数料を削減しています。

詐欺証明はどのように機能しますか？Merkle Rootの検証

Merkle Rootの検証

詐欺証明はMerkleルートを検証することで機能します。Merkleルートはブロックチェーンを保護するために使用されるデータ構造です。これにより、ブロックチェーンネットワークのデータを圧縮し、ユーザーは完全なブロックチェーンをダウンロードする必要がありません。

ロールアップトランザクションの有効性を検証するために、詐欺証明メカニズムは、シングルラウンドまたはマルチラウンドのインタラクティブ証明を通じて、トランザクション前後のMerkleルートの開始状態と終了状態を比較する必要があります。

もしマークルルートの両方の状態が一致すれば、それはトランザクションを意味します。そうでない場合、トランザクションは無効となり、再実行されます。

したがって、検証者がロールアップトランザクションの有効性に対して異議を申し立てる場合、現在のポストステートルートとメルクルツリーの特定の部分を提出するだけでよく、これらは正しいポストステートルートを計算するために使用されます。

不正防止の利点:低い計算コスト、シンプルさ、低いガス料金

• 低い計算コスト：楽観的なロールアップ取引を検証するために使用される詐欺証明は、通常、低い計算労力を必要とします。取引の有効性を仮定することで、計算負荷が軽減されます。
• シンプリシティ：詐欺証明システムは複雑な暗号システムを必要としないため、シンプルで柔軟性があります。
• 低いガス手数料：低いガス手数料は、楽観的なロールアップの有効性を検証するための有効性証明の暗号的要件が少ないためです。

有効性の証明

有効性証明、またはゼロ知識証明とも呼ばれるものは、ゼロ知識ロールアップによって公開されたデータの真正性や有効性を検証するために使用されるブロックチェーン証明のメカニズムです。

この有効性は、証明者、検証者、および証人の3つのエンティティで構成されています。

• プルーバーは、証明を作成するエンティティです。
• 検証者は、証明者によって証明されたロールアップ取引データの有効性または正確性を検証するエンティティです。
• 証人は、証明者と検証者の間で共有されるデータです。

証明者と検証者が通信する間、注意点として、証人の内容（または共有されている情報）は開示されないことに注意する必要があります。

有効性の証明はどのように機能しますか？多項式コミットメント

多項式コミットメント

有効性の証明は、ロールアップ トランザクションの有効性を検証するための多項式コミットメントに依存します。多項式コミットメントでは、検証されるトランザクション情報は、数式である多項式にエンコードされます。

このロールアップトランザクションの検証と正当性を確認するプロセスは、詐欺を防ぐためにははるかに安全で破るのが難しく、したがってイーサリアムブロックチェーンネットワークにおいて効率的です。

有効性の証明の利点：強力なセキュリティ、より速い完了時間、高いスケーラビリティ

• 強力なセキュリティ：有効性の証明は、しばしば複雑な暗号技術に依存しており、不正な取引をバッチ取引に含めることは非常に困難です。
• より迅速な完了時間：詐欺証明システムのような挑戦期間がないため、取引は時間通りに完了することができます。
• 高いスケーラビリティ:イーサリアムのメインチェーンからトランザクションを削除し、その後のバッチ処理を行うことで、イーサリアムのブロックチェーンネットワークは非常にスケーラブルになります。

結論

詐欺証明と有効性の証明をイーサリアムのロールアップに統合することで、ネットワークの効率とセキュリティが大幅に向上しました。開発者やユーザーは、ロールアップの利点を享受しながら、イーサリアムエコシステムの完全性を維持することができます。

イーサリアムブロックチェーンが進化するにつれて、スケーラブルで安全なソリューションの重要性は高まる一方です。Fraud Proof and Validity Proofを搭載したイーサリアムのロールアップは、ブロックチェーン技術の未来を形作る上で極めて重要な役割を果たす可能性があります。