ブロックチェーンロールアップとは？

By Ledger

2023年6月13日 | アップデート 2023年6月13日

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重要なポイント

—ネットワークの使用とアプリケーションが大幅に増加したため、イーサリアムは大量のトラフィックとネットワークの混雑に悩まされています。

—ブロックチェーンのロールアップは、オフチェーン（チェーン外）でトランザクションを処理することにより、イーサリアムのスケーラビリティ（拡張性）を改善するのに役立ちます。

—ブロックチェーンロールアップには、ZKロールアップとOptimisticロールアップの2つの主要なタイプがあります。

—ここでは、イーサリアムのスケーラビリティ（拡張性）を向上させるために、それぞれがどのように機能するかをご説明します。

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ブロックチェーンロールアップについて理解するのが難しい場合は、こちらの記事が役に立ちます。ここでは、ブロックチェーンロールアップについて知っておくべきことをすべてご説明します。

イーサリアムは、ユーザー、価値、およびネットワークによって管理されるデータの総量の点で、指数関数的な成長を遂げています。スマートコントラクトの実装と2021年の暗号資産使用の大幅な増加により、イーサリアムの成長がさらに促進されました。

State of the Dappsによると、現在存在する約4000dappsのうち、約3000の分散型アプリケーションがイーサリアム上に構築されています。また、イーサリアムはDeFi市場を支配しており、エコシステム内の合計216件のDeFiプロジェクトのうち、191件のDeFiプロジェクトがネットワークを利用しています。 2番目に大きい暗号資産は、NFTプロジェクトとNFT取引で最も使用されるネットワークでもあります。

しかし、イーサリアムの使用の増加はその能力の限界に達し、最終的にはネットワークの混雑につながりました。トランザクション処理の遅延により、イーサリアムが複数の競合プラットフォームを発展させることになりました。

イーサリアムやその他のブロックチェーンでのスケーラビリティ（拡張性）のニーズを満たすために、レイヤー2スケーリング（拡張）ソリューションが登場しました。ロールアップは、レイヤー1メインネットでのトランザクション処理の改善に役立つスケーリングソリューションの1つです。この記事では、ロールアップとは何か、およびそのしくみについてご説明します。

ブロックチェーンロールアップ

イーサリアムの通常ブロックは、限られた量のデータしか保管できません。イーサリアム上に構築されたユーザーとアプリケーション数が増えるため、ネットワークトラフィックが増加します。

各イーサリアムブロックのスペースは限られているため、ネットワークがトランザクションを処理するのにより多くの時間がかかります。メインネットは最高入札額の、選択されたいくつかのトランザクションを優先しますが、他のすべてのトランザクションは待機する必要があります。

イーサリアムメインネットには、トランザクションとデータの2種類の情報をポスト（送信）できます。トランザクション情報の保管とオンチェーン（チェーン上）の処理は、メインネットにとって重くなる可能性があります。一方、トランザクションから得られるデータはそれほど重くなく、トランザクション数に関係なく同じままです。これは、小切手の金額に関係なく、重さが同じであるのと似ています。

したがって、トランザクション全体を保管して処理する代わりに、一連のトランザクションを含むデータを保管できます。トランザクションをオフチェーンで処理し、結果のデータのみをメインネットに送信すると、ネットワークがより多くのトランザクションを処理するのに役立ちます。これには2つの利点があります。オフチェーン処理によりメインネットの負担が軽減され、1つのデータで複数のトランザクションを保持できます。

ブロックチェーンロールアップは、一連のトランザクションを「ロールアップ」またはコンパイルして（まとめて）、それらを1つのデータに変換し、イーサリアムメインネットに送信します。ロールアップは、トランザクションをメインネットから取り出してオフチェーンで処理し、それらを1つのデータに変換して、イーサリアムメインネットに送り返します。そのため、ロールアップは「オフチェーンスケーリングソリューション」とも呼ばれます。

単一のデータでより多くのトランザクションを処理および送信することにより、ロールアップはイーサリアムのスケーラビリティを向上させる上で重要な役割を果たします。ブロックチェーンロールアップには2種類あり、セキュリティモデルが異なります。それぞれについてご説明します。

ZKロールアップ

ZKまたはゼロナレッジ（知識）ロールアップは、計算と保管をオフチェーンに移動することで、イーサリアムメインネットのスケーリングを支援します。 ZKロールアップチェーンは、イーサリアムブロックチェーン上に構築されたオフチェーンプロトコルです。

ZKロールアップは、数千トランザクションを1つのバッチにまとめて、レイヤー2プロトコルで実行できます。 . ZKロールアップは、処理されたトランザクションの正確性を確認するために「有効性証明」を作成します。最後に、最小限の要約データをメインネットに送信します。では、2種類のZKロールアップについてご説明します。

ZK-SNARK

ZK-SNARKは、Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge（ゼロ知識の簡潔な非対話的知識論証）の略です。

ZK-SNARKでは、検証者と証明者が、特定のロールアップですべてのトランザクションを調べ、オフチェーンでトランザクションを検証します。検証者は、トランザクションの有効性を確認するために証明者に繰り返し挑戦します。検証者はトランザクションが正当であると判断すると、これらのトランザクションの「有効性の証明」をレイヤー1イーサリアムに送信します。

その作業の一部をZK-SNARKチェッカーにオフロード（負荷軽減）することで、イーサリアムはより多くのトランザクションを処理できます。 ZK-SNARKは、小さいプルーフ（証明）サイズと一定時間の検証で知られています。

では、ZK-SNARK頭字語の各用語を理解しましょう。

ZK －ゼロ知識。これは、トランザクションの有効性以外に追加情報が必要ないことを意味します。

S －簡潔、つまり短いことを意味します。これは、プルーフサイズが小さいため、トランザクションを迅速かつ簡単に処理できることを意味します。 ZK-SNARKのこの機能は、イーサリアムがより多くのトランザクションを処理するのに役立ちます。

N －非対話的。これは、作業やトランザクションを検証する人々とのやり取りが必要ないことを意味します。

ARK －知識の論証（Argument of Knowledge）。これは、チェッカーによって提供される有効性の証明（これらのトランザクションが正当であること）が正しいことを意味します。この部分は、ZK-SNARKの計算力の質を意味します。

ZK-SNARKは、トランザクションのセキュリティとプライバシーを保証します。ただし、量子コンピューティングハッキングと呼ばれる、特定の種類のハッキングの影響を受けやすくなっています。

ZK-STARK

ZK-STARKは、Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge（ゼロ知識のスケーラブル（拡張可能）で透明な知識の論証）の略です。これは現在、StarkWare Industriesによって開発されており、主にスケーラビリティ（拡張性）に関係しています。

ZK-STARKはZK-SNARKと同様に機能します。また、トランザクションをまとめ、オフチェーンでトランザクションを検証し、有効性の証明を作成して、イーサリアムメインネットに送信します。ただしこれは、主にスケーラビリティと透明性が向上しているため、ZK-SNARKの最新かつ改良版です。

では、ZK-STARK頭字語の各用語を理解しましょう。

S －スケーラブル（拡張可能）。これは、ZK-STARKが、ZK-SNARKよりもスケーラブルであることが強調されています。これは、ZK-SNARKよりも迅速にプルーフ（証明）を生成するのに役立つ高度なテクノロジーを利用しています。そのため、ZK-STARKはよりスケーラブルです。

T －透明。これは、ZK-SNARKとZK-STARKの最も大きな違いを意味します。これらのロールアップは信頼できる関係者にも依存しないため、ZK-SNARKよりも透明性が高くなります。

ARK －知識の論証（Argument of Knowledge）。これは、ZK-SNARKと同じことを意味しますが、異なる計算アプローチを使用し、信頼できるセットアップの必要性も排除します。

ZK-STARKはその高度な技術により迅速にプルーフ（証明）を生成しますが、ZK-SNARKよりも検証に時間がかかる大きなプルーフサイズを作成します。 ZK-SNARKと比較すると、ZK-STARKはよりスケーラブルで、より安全で、より透明です。

さらに、ZK-SNARKは、ガス代の24%しか消費しないと推定されています。このように、エンドユーザーにとってトランザクションの実行コストが低くなります。高度な技術を採用しているにもかかわらず、ZK-STARKはまだ初期段階にあり、その効率性を証明するには時間がかかる可能性があります。

オプティミスティックロールアップ

オプティミスティックロールアップもオフチェーンでトランザクションを処理し、「コールデータ」と呼ばれるトランザクションデータをメインチェーンに送信します。オプティミスティックロールアップでは、イーサリアムにポスト（送信）されるデータ量を減らすために、圧縮技術が採用されています。このように、より多くのトランザクションを処理して、スケーラビリティを向上させます。

これらのレイヤー 2スケーリングソリューションは、すべてのトランザクションがデフォルト（既定）で有効であることを前提としているため、オプティミスティック（Optimistic＝楽観的）と呼ばれます。そして、イーサリアムメインネットへのすべてのトランザクションを承認します。これにより、トランザクションの実行やメインチェーンへのデータ送信に必要だった多くの時間と労力が節約されます。

オプティミスティックロールアップバッチがイーサリアムに送信された後、「チャレンジ期間」と呼ばれる特定の時間枠内で、誰でもこれらのトランザクションにチャレンジできます。

ZKロールアップは有効性の証明を使用しますが、オプティミスティックロールアップには詐欺の証明が含まれます。また、不正を証明するメカニズムを使用して、違法なトランザクションを識別します。

トランザクションが無効であると思われ、違法であることが証明されると、ロールアッププロトコルはトランザクションを再実行し、ロールアップをアップデートします。また、トランザクションが無効な場合、そのブロックバリデーターはペナルティを受けます。

イーサリアムのスマートコントラクトは、オプティミスティックロールアップの操作を制御します。そのため、ZKロールアップは、セキュリティをイーサリアムのメインネットに依存しています。ただし、正直なバリデーターまたはノードが不足している場合、詐欺の可能性は依然として高くなります。

オプティミスティックロールアップは実装が簡単で、ZKロールアップに比べて安価です。この理由の1つは、ZK-SNARKは、処理されたトランザクションの「有効性の証明」を生成するのに、ハイエンドのハードウェアを必要とすることです。透明性に関して言うと、ZK-SNARKと比較すると、ZK-STARKとオプティミスティックロールアップはより透明です。

スケーラブルな未来

ブロックチェーンのロールアップは革新的で、イーサリアムネットワークのスケーラビリティを向上させるのに不可欠なソリューションです。複数のイテレーション（一連の工程を短期間で繰り返し、次第に完成度を高めていく開発アプローチ）があり、セキュリティと効率の要素のバランスに応じて、わずかに異なる方法で問題にアプローチします。

ブロックチェーンロールアップテクノロジーはまだ初期段階にあるため、このソリューションの可能性と影響はまだ完全には見えていません。しかし、ロールアップの存在そのもの、また、不安定な環境にさらされている現在のブロックチェーンに狙いを定めたその他のソリューションは、重要な声明を出しています。それは、ブロックチェーンのエコシステムは最終的な状態には程遠いということです。そして、非常に多くの利害関係者がテクノロジーを効率的かつスケーラブルにするために投資しているため、ブロックチェーンのさまざまな用途は、将来に向けて拡大するように設定されているようです。