Web3ビギナーシリーズ:イーサリアムロールアップの紹介

イーサリアムは現在最も活発なブロックチェーンプラットフォームの一つであり、大量の分散型アプリケーションを支えています。DeFi（分散型金融）からNFT（非同質化代トークン）まで、エコシステムは非常に繁栄しています。しかし、オンチェーンの取引の繁栄にはいくつかの固有の課題も伴っており、例えばネットワークの混雑により取引手数料が狂ったように上昇したり、取引時間が長くなったり、失敗率が増加したりすることがあり、これはオンチェーンの参加者の熱意に非常に影響を与えています。

上記の問題を解決するために、主なブロックチェーンの分散型特性に影響を与えずに、コミュニティは主にL2スケーリングソリューションを採用しています。L2の核心原理は、計算と取引をメインネット（つまりL1）から第2層ネットワーク上で実行し、最終的な取引結果のみをメインネットに提出することです。これにより、取引自体がより効率的になり、コストが低くなり、同時にメインネットの安全性を引き継ぐことができます。

比較的有名な L2 ソリューションには Rollups やサイドチェーンなどがあります。

その中で、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ナレッジロールアップ(ZK-Rollups)に細分されます。

OP-ロールアップ

まずはOptimistics Rollupsを見てみましょう。これはすべての取引計算と状態更新をL2ネットワーク上で行います（これにより取引速度が向上し、取引手数料が削減されます）。その後、取引の原データをバッチ圧縮してメインネットに公開します（これは取引の有効性を保証するために使用されます）。提出時に、L2ノードはこれらの取引がすべて有効であり、悪意のある取引を含まないと仮定します。これは現実世界の法律を利用しています：誰もあなたの有罪を証明できない場合、あなたは無罪と見なされるべきです。このモデルは大量の無駄な検証を省き、取引確認速度を大幅に向上させ、取引効率を高めることができます。

取引がノードによって提出された後、バリデーターは特定の取引に問題があることを発見した場合、7日以内に詐欺証明書を提出することができます。この証明書はL1のスマートコントラクトによって検証され、提出者は問題のある取引を明示的に指摘する必要があるため、バリデーターは指定された取引のみを検証すればよく、取引が本当に問題があるかどうかを迅速に証明することができます。もし問題のある取引が本当に含まれている場合、その取引が存在するバッチおよびそれ以降のすべてのバッチはロールバックされなければならず、L2チェーンは不正取引が実行される前の状態に全体がロールバックされます。不正を行ったノードは罰を受け（質押された保証金が没収され）、バリデーターは報酬を受け取ることになります。

もし7日以内にノードから提出された詐欺証明が受け取られない場合、すべての取引はブロックチェーンネットワークによって合法として確認されます。

現時点では、「詐欺証明」は非常に実用的な設計であり、それは神話の物語におけるダモクレスの剣のようなもので、その存在自体がそれを用いて実際の罰を与えることよりもはるかに有用です。剣を持つ者は害虫に対して効果的な威嚇を行うことができ、その効果はその戦闘力がもたらすものをはるかに超えています。現状から見ると、ノードが詐欺証明を提出したことはほとんどなく、ノードが悪行を証明することは言うまでもありません。その理由は多面的であり、例えばOp-Rollupsを実装したプロジェクトはすでに十分にテストされており、厳しい罰則により悪行のコストが非常に高く、ノードが悪行を行った結果の経済的および信用的損失は、悪行がもたらす微々たる利益をはるかに上回るからです。

実際、ノードの悪用に比べて、人々がより頻繁に遭遇するのは、ネットワークの変動やソフトウェアのバグによるネットワークの変動や中断です。そして、Op-Rollups の欠点は、主に7日間のチャレンジ期間によって引き起こされる資金の流動性の問題や、中央集権的なリスクなどです。

ZKロールアップ

生まれつき楽天家のOp-Rollupsとは対照的に、ZK-Rollupsはデータをオンチェーンに提出する際に、圧縮されたデータ自体に加えて、有効性証明も添付する必要があります。つまり、ZK-Rollupsは同様にトランザクションをオフチェーンで行い、同様にトランザクションをパッケージ化してメインネットに提出しますが、正式に提出する前に、オフチェーンで有効性証明を計算する必要があります。

ZKの概念は実際にはブロックチェーンが誕生する前から存在していましたが、現実世界の複雑さがその応用シーンを非常に限られたものにしています。応用する際には、特定の二者のプライバシーの問題など、非常に狭い範囲に制限する必要があり、通常は中心化された検証者が必要です。これは、ある程度の信頼に基づく必要があることを決定づけます。一方で、ブロックチェーンがZK技術を応用する際の利点は、自然に複雑さをスマートコントラクトの中に収束させることができる点です。実際には、ブロックチェーン上のデータと計算を検証する必要があるだけで、スマートコントラクトができないことは、自然に検証できません。したがって、前者と比較して、人々は分散化されたスマートコントラクトを信じるだけで済み、その信頼は中心化された組織や個人に基づいていません。

ZK-Rollupsは、Op-Rollupsの複雑性に関してもこれに依存しています。取引実行時のデータと取引実行が通過する実際のロジックに基づいて、複雑な論理回路図にコンパイルする必要があります。その後、この回路図に基づいて、専用の証明器を使用して暗号計算を行い、迅速に検証可能な結果を生成します（ここではいくらかの時間がかかります）。数学運算は高性能なコンピュータに依存しているため、通常、これらの作業を行うための専用のコンパイラと検証器があります。

Layer 2 コスト

では、もう一つの質問があります。L2ネットワークの存在目的の一つは、ユーザーがL1上でのインタラクションコストを低下させることですが、それ自体のコストはどうなっていますか？

まずは Op-Rollups です。そのコストは主に2つあります：1つは圧縮された取引データを L1 に提出する際に支払う必要がある取引手数料で、もう1つは L2 ノードの運営コスト（それらのハードウェアや利益を含む）です。最終的にこれらのコストはすべてユーザーに転嫁されます。

良いニュースは、現在のイーサリアムのEIP-4844プランにより、L2とメインネットのインタラクション時の費用が大幅に削減されたことです。

その上、ノードを維持するためには大量の資金をロックする必要があり、この資金は他の目的に使用できないため、投資家が機会を逃し、間接的な損失を被る可能性があります。

ZK-Rollups のコストは主に計算コストに由来し、ゼロ知識証明を生成するためには大量の計算リソースを必要とし、専用のハードウェアの展開が必要です。また、Op-Rollups と同様に、データをオンチェーンに提出するための取引手数料も負担する必要があります。

そして、専門的なハードウェアは一般ユーザーを遠ざけ、これもネットワークのさらなる分散化を引き起こす可能性があります。

まとめ

オプティミスティックロールアップとZKロールアップのいずれも、イーサリアムエコシステムがスケーラビリティの課題に対応するための重要な答えです。現在、2つのソリューションはまだ進化中であり、イーサリアムEIP-4844などのアップグレードの実施に伴い、L2のデータ公開コストは大幅に低下しました。これにより、2つのソリューションの潜在能力がさらに解放されます。