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オフチェーン拡張ソリューションのデプス解析: 状態チャネルからロールアップまで
オフチェーン拡張デプス解析
1. スケーラビリティの必要性
ブロックチェーンの未来のビジョンは、分散化、安全性、およびスケーラビリティを実現することですが、通常はそのうちの2つしか同時に満たすことができません。これはブロックチェーンの不可能な三角問題と呼ばれています。何年もの間、人々は分散化と安全性を保証しながら、ブロックチェーンのスループットと取引速度を向上させる方法、つまりスケーリング問題を解決する方法を模索してきました。
ブロックチェーンの非中央集権、安全性、スケーラビリティは次のように定義されます:
ビットコインとイーサリアムのネットワークは、ネットワークのセキュリティと非中央集権を保障するために、一部の可用性を犠牲にすることを選択しました。しかし、オンチェーンアプリケーションの台頭に伴い、市場のスループットに対する需要が増加し、取引コストが上昇し、決済時間が延び、大部分のDAppは運営コストを負担することが困難になっています。理想的なスケーリングソリューションは、非中央集権とセキュリティを犠牲にせずに、ブロックチェーンネットワークの取引速度とスループットを向上させることです。
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2. スケーラビリティソリューションの種類
拡張ソリューションは「1層メインネットを変更するかどうか」によってオンチェーン拡張とオフチェーン拡張の2つの大きなカテゴリーに分けることができます。
2.1 オンチェーン拡張
コアコンセプト:主ネットプロトコルの一層を変更することでスケーリング効果を達成するソリューション、現在の主要なソリューションはシャーディングです。
オンチェーンのスケーリングの主なソリューションには次のものがあります:
ブロックスペースを拡大し、各ブロックにパッケージ化されるトランザクションの数を増やしますが、ノードの要件が高まり、非中央集権の程度が低下します。
シャーディングは、ブロックチェーンの帳簿をいくつかの部分に分割し、異なるノードが異なる記録を担当することで、ノードの負担を軽減し、取引処理速度と分散化の程度を向上させるが、ネットワーク全体の安全性は低下する。
メインネットプロトコルの変更は予測できない悪影響を引き起こす可能性があり、基盤となるわずかなセキュリティの脆弱性がネットワーク全体の安全性を深刻に脅かすことになります。
2.2 オフチェーン拡張
コアコンセプト:既存のレイヤー1メインネットプロトコルを変更せずに拡張するソリューション。
オフチェーン拡容ソリューションはLayer2とその他のソリューションに細分化できます:
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3. オフチェーン拡張の方案
3.1 ステートチャネル
3.1.1 まとめ
ステートチャネルは、チャネルがオープン、クローズ、または紛争が解決されたときにのみ、ユーザーがメインネットと相互作用する必要があることを規定し、ユーザー間の相互作用をオフチェーンで行うことで、取引時間とコストを削減し、取引回数に制限を設けないことを実現します。
状態チャネルはシンプルなP2Pプロトコルであり、"ターンベースのアプリケーション"、例えば二人用のチェスゲームに適しています。各チャネルは、メインネット上で動作するマルチシグスマートコントラクトによって管理されており、このコントラクトはチャネルに預けられた資産を制御し、状態の更新を検証し、参加者間の争いを仲裁します。
3.1.2 タイムライン
3.1.3 技術原則
ステートチャンネルのワークフローは以下の通りです:
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####3.1.4長所と短所
価値：
短所：
3.1.5 アプリケーション
主なアプリケーションには:
ビットコイン・ライトニングネットワーク: ビットコインネットワークの小額決済チャネルで、迅速かつ低コストの取引を実現します。
イーサリアムライトニングネットワーク: イーサリアムに基づく小額決済チャネルで、即時、低コスト、かつスケーラブルなERC20トークンの決済を実現することを目指しています。
Celer Network:インセンティブ層を追加したフラッシュネットワークで、高頻度インタラクションタイプのDAppsに適しています。
3.1.6 アプリケーション比較
ビットコインのライトニングネットワーク、イーサリアムのライトニングネットワーク、およびCeler Networkは、技術的な実現、アプリケーションシーン、エコシステムの発展において一定の違いがあります。ビットコインのライトニングネットワークは主にビットコインの支払いに使用され、ライトニングネットワークはイーサリアムトークンの支払いに使用され、Celer Networkは適用範囲が広いです。
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3.2 サイドチェーン
3.2.1 まとめ
サイドチェーンは、メインチェーンの取引を加速するために出現したブロックチェーンの形態であり、より複雑な契約やコンセンサスメカニズムの改善を使用できます。サイドチェーンの取引結果は最終的にメインチェーンのバリデーター側に記録されます。
3.2.2 タイムライン
3.2.3 技術原則
サイドチェーンには、メインチェーンと通信する主に2つの方法があります。
双方向アンカリング(対称ペッグ): メインチェーンとサイドチェーンのバリデーターがリアルタイムで相手のブロックヘッダー情報を記録します。
不整合アンカー(非対称ペッグ):サイドチェーンのバリデーターはメインチェーンのアクティビティを監視しますが、メインチェーンはサイドチェーンの情報を記録しません。サイドチェーンから返送された取引を検証するために、認証機構を導入する必要があります。
サイドチェーンメカニズムのまとめ:
サイドチェーンの資産の安全性は、サイドチェーンのコンセンサスメカニズムに依存します。
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####3.2.4長所と短所
価値：
短所：
3.2.5 アプリケーション
主なアプリケーションには:
xDai(はGnosis Chain)で、$xDaiを取引手数料として使用し、PoSDAOコンセンサスメカニズムを採用しています。
Polygon: イーサリアムのスケーリングソリューションアグリゲーターで、PoSサイドチェーンとPlasmaチェーンを提供します。
Ronin: Axie Infinityゲームのために開発されたサイドチェーンで、PoAコンセンサス機構を採用しています。
3.2.6 アプリ比較
xDai、Polygon、Roninは、コンセンサスメカニズム、アプリケーションシーン、エコシステムの発展において違いがあります。xDaiは主に支払いに使用され、Polygonは多機能スケーリングソリューションであり、Roninはゲームアプリケーションに特化しています。
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3.3 プラズマ
3.3.1まとめ
Plasmaは、ユーザーがサイドチェーンオペレーターに対する信頼を最小限に抑えることを目的とした、スケーラブルなDAppを構築するためのフレームワークです。オペレーターが不正を行った場合でも、Plasmaはユーザーの資金が盗まれるのを防ぐことができます。
3.3.2 タイムライン
3.3.3 技術原則
プラズマの核となる考え方:
Plasmaの主なプロセス:
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3.3.4 長所と短所
価値：
短所：
3.3.5 アプリケーション
主要アプリケーションには、
1.プラズマグループ:後にオプティミズムに変わり、オプティミスティックロールアップ研究に焦点を当てています
OMG Network:後にBoba Networkに改名され、Optimistic Rollupソリューションに切り替えられました
ポリゴン: Plasmaチェーンを提供し、その後重心をRollup技術に移行する
3.3.6 サマリー
Plasmaは、技術的制約により広く採用されていない移行技術ソリューションです。多くのプロジェクトはその後、Rollupソリューションに移行しました。
3.4 ロールアップ
3.4.1 まとめ
Rollupsの核心的な考え方は、計算と状態の保存をオフチェーンに置き、オンチェーンでは状態のコミットと圧縮された取引データを保存することです。主にOptimistic RollupsとZK Rollupsの2つのカテゴリに分かれます。
3.4.2 技術原則
ロールアップの主な技術的特徴:
Rollups取引コスト = L1データストレージコスト + L2計算処理コスト
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3.4.3 長所と短所
価値：
短所：