ロールアップスタディガイド、イーサリアム拡張のための最も人気のある主要なソリューション
編集者注: この記事は以下から引用しましたチェーンニュース ChainNews (ID:chainnewscom)、著者：Lianwen 研究ディレクター、Pan Zhixiong、許可を得て掲載。
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チェーンニュース ChainNews (ID:chainnewscom)
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、著者：Lianwen 研究ディレクター、Pan Zhixiong、許可を得て掲載。
イーサリアムの誕生後、最も疑問視されたのはパフォーマンスの問題でしたが、2 層ネットワーク ソリューションであるプラズマがほぼ完全に敗北した後、フロンティア研究分野はロールアップ テクノロジーに焦点を当てました。
現在のイーサリアムチェーンのトランザクションスループット（TPS）は、1秒あたり30トランザクション未満しか実行できず、ビットコインの数倍に近いものの、大規模アプリケーションには程遠い。対照的に、Visa や Alipay のピーク時のトランザクション処理能力は、1 秒あたり少なくとも数万件のトランザクションです。
もう 1 つの人気のあるユーザー シナリオは、分散型金融 (DeFi) です。3 月 12 日の「暗黒の木曜」の間、オンチェーン決済とトランザクションの最初の大規模ストレス テストでは、イーサリアム ネットワークはかろうじて使用可能でしたが、トランザクション コストは数百倍に改善されました。 。トランザクションコストが従来の方法よりも低い場合にのみ、ブロックチェーンはより実用的になります。
トランザクションのパフォーマンスを向上させるために、イーサリアムは複数の研究方向性を設定していますが、かつては第 2 層ネットワーク (レイヤー 2) ソリューションのプラズマが最も重要でした。しかし、過去 2 年間の開発で、研究者らは、Plasma と Plasma Cash の改良版には、ユーザーが定期的にオンラインになる必要があることやデータの可用性の問題など、Plasma の開発を制限する多くの問題があることを徐々に発見しました。
Plasma が誕生してから 1 年後、Rollup と呼ばれるテクノロジーが登場しました。この概念に基づいていくつかのブランチが生まれましたが、最も主流なのは ZK Rollup と Optimistic Rollup です。
Rollup テクノロジーは、Plasma によって以前に明らかになった問題を解決し、Ethereum Layer 1 (つまり Ethereum 自体) と同じデータ可用性とセキュリティを提供し、単一トランザクションのコストを削減しながらネットワークのスループットを大幅に向上させることができます。このため、ロールアップを広義のレイヤー 2 テクノロジーと呼ぶ人が多いですが、実際にはレイヤー 1 とレイヤー 2 の間にあります。
副題
ロールアップとは何ですか?
もちろん、Rollup のさまざまなソリューションにはさまざまなトレードオフがあります。たとえば、ZK Rollup の欠点は、汎用スマート コントラクトのサポートがより難しく、データを「圧縮」するプロセス (ZK プルーフの作成) に時間がかかることですが、Optimistic Rollup の全体的なセキュリティはわずかに劣ります。 。ただし、各開発チームの具体的な実装計画では、上記のトレードオフをターゲットにして最適化されており、いくつかの問題は大幅に改善されています。
分散型取引所
ロールアップ テクノロジーは、特に高頻度の取引シナリオにおいて、オンチェーン アプリケーションの競争力の向上に役立ち、転送コストや取引コストの削減が期待されます。ただし、独自の仕組みの設計により、直接のオンチェーントランザクションと比較して、チェーン上のロールアップトランザクションの決済速度が遅くなる場合があります。このため、ロールアップの具体的な使用例には次のものが含まれます。
通常のお振込みまたはお支払い
匿名性を高めた送金または支払い
分散型アイデンティティシステム
分散型ソーシャルメディア
Rollupコンセプトが登場してから2年も経たないうちに、Matter LabsやFuel Labsのソリューションなど、さまざまなRollup実装ソリューションが次々とテストネットワーク上にローンチされ、アプリケーション層の製品も開発されてきています。メインネットワークで最初にローンチされるのは Loopring です Loopring によって開発された分散型取引所であり、Rollup の採用を発表している他のプロジェクトには Synthetix、Dharma、AZTEC などが含まれます。
次に、それについて詳しく見てみましょう。
副題
プラズマが故障したのか？
ブロックチェーンの拡張に関する議論はビットコイン ネットワークから始まりました。ビットコインが「世界的な決済ツール」になるというビジョンを目指して、コミュニティ、開発者、マイナーは最終的に高頻度トランザクションをビットコインの外に移行する計画について話し合いました。ビットコイン自体 (レイヤー 1) に依存する代わりに、仮想レイヤー、または「レイヤー 2」と呼ぶこともできますが、最終的な決済は依然としてレイヤー 1 に依存する必要があります。
これがビットコインの「ライトニングネットワーク」の起源です。プラズマは、かつてイーサリアムで最も注目を集めたレイヤー 2 ソリューションでした。それは、それがジョゼフ・プーンとイーサリアム創設者ヴィタリック・ブテリンによって共同で発表されたホワイトペーパーだったからだけでなく、多くのプロジェクトがプラズマ技術に基づくことを発表したからでもあります。そして開発。
Plasma は、高頻度トランザクションをイーサリアム ネットワークの外部のサイドチェーンに移行し、バッチ トランザクションのハッシュ値を定期的にイーサリアム メイン ネットワークに公開し、資金の安全性を確保するためにいくつかの悪意のある攻撃対策メカニズムをセットアップします。最終的な目標は、イーサリアムの容量を拡大し、トランザクションのスループットを向上させ、トランザクションのコストを削減することです。 Plasma Group、Matic、LeapDAO、OmiseGo などのチームは、かつては Plasma テクノロジーの最も重要な研究開発チームであり、一部のプロジェクトはイーサリアム財団やコンセンシスなどの機関から資金提供を受けています。
しかし、結局のところ、これは実験的なプロジェクトです。プロジェクトの開発中に、多くの実際的な問題が明らかになりました。最も重要な課題は次の 2 つです。
劣悪なユーザー エクスペリエンス: 悪意のある攻撃を避けるために、Plasma がチャレンジ期間のメカニズムを設計する際、ユーザーは定期的にオンラインにアクセスする必要があります。そうしないと、オンラインにアクセスできず、不必要な損失を被る可能性があります。
Plasma は標準の Plasma Cash の更新バージョンも発表しましたが、これらの問題は依然として存在しており、最終的に Plasma Group と LeapDAO の 2 つの研究開発チームは、今年初めに Plasma 技術を放棄し、別の技術の開発に切り替えることを決定しました。新技術: ロールアップ。
Matic は依然として Plasma テクノロジーの開発に固執しており、5 月 15 日から 5 月末までメインネットの立ち上げプロセスを開始し、徐々に分散化して 100 ノード以上に拡張する予定です。マティッチが上記の問題にうまく対処したかどうかは、もっと時間をかけて観察する価値がある。
いずれにせよ、イーサリアム拡張テクノロジーを研究している開発コミュニティは、より多くのエネルギーをロールアップの研究に切り替えています。
Plasma の誕生から 1 年後、匿名の人物 Barry Whitehat が Github で「Rollup」の概念を提案し、「SNARK」でイーサリアムの容量を拡張しようとしました。
SNARKはゼロ知識証明用の暗号技術の一種で、正式名称は「簡易非対話型ゼロ知識証明」（ゼロ知識簡潔な非対話型知識議論）です。
ゼロ知識証明の詳細については、以下を参照してください。
暗号の歴史、動作原理、ゼロ知識証明、および暗号化の潜在的な影響を説明する記事
Rollup という単語自体は「丸まった」または「巻き上げられた」という意味ですが、拡張して「要約」または「集約」することもできます。データベースの標準的なコンピューター言語 SQL の文法における「ロールアップ」は、Group by ステートメントによって一連の検索結果を集計データとして表示するのに役立ちますが、おそらくこれが彼がロールアップにちなんで名付けた技術の起源です。
Barry Whitehat がロールアップの概念を提案したとき、それは次のように定義されました。
トランザクションをパッケージ化してトランザクションを検証する方法は、zk-SNARK テクノロジーによって実現され、トランザクション コストを大幅に削減し、セキュリティを確保し、Plasma が以前に直面していた問題を解決できます。
Rollup をレイヤー 2 テクノロジーとして分類する人もいますが、Vitalik Buterin 氏はそうは考えません。
ロールアップの概念が提案された後、ヴィタリック・ブテリン氏は同月、イーサリアム研究フォーラムにこの技術を紹介する記事を掲載し、「『生存仮定』を使用せずにイーサリアム上での資産移転取引の規模をさらに拡大できる」と説明した。ステート チャネルやプラズマなどのレイヤー 2 テクノロジーで導入された活性仮定) では、多数のトランザクションを検証するために ZK-SNARK を使用するだけで済みます。
興味深いことに、「Rollup」という名前は最初は真剣に受け止められませんでした。 Matter Labsは2019年1月に「Plasma Ignis」という技術を発表しましたが、それまでレイヤー2の主流技術はPlasmaだったことから、「Plasmaのゼロ知識証明版」を研究の方向性として掲げました。しかし、技術的な観点から見ると、これは実際にはプラズマの一種ではなく、ロールアップに似ています。その後、チームは Plasma Ignis という名前を完全に放棄し、技術的方向性として ZK Rollup を採用し、その後、ZK Rollup、ZK Sync に基づいた独自の技術実装ソリューションを立ち上げ、より詳細なカスタマイズと最適化を実行しました。
画像の説明
Matter Labsの共同創設者Alex Gluchowski氏が2019年1月にツイートした。
ZK ロールアップの初期のコンセプトの主な欠点は、SNAKR プルーフの生成に時間がかかり、汎用スマート コントラクトもサポートできないことであるため、Fuel Labs の共同創設者で長期研究者である John Adler 氏は次のように述べています。イーサリアムの第 2 層拡張スキームの Optimistic Rollup と呼ばれる別のオプションが 2019 年 6 月に提案されました。このスキームは、ZK Rollup のデータ可用性と Plasma のペナルティ機構の利点を吸収し、ゼロ知識証明が削除されるため、より便利に汎用スマート コントラクトをサポートできます。
Optimistic は「楽観的」を意味するため、このスキームでは、SNARK 処理後にデータはチェーンに集約されませんが、デフォルトの「optimistic」では、ノードが最新かつ正確なデータをチェーンに公開すると信じています。そうでない場合は、他の検証後に、問題が見つかると、チャレンジを開始でき、成功後にノードが罰せられます。
全体として、Plasma と比較して、Rollup の技術はデータの可用性の問題を最も重要に解決しており、すべてのトランザクション データはイーサリアム チェーン上にあり、セキュリティはイーサリアム メイン チェーンと同じレベルにすることができます。
トランザクションもチェーン上で公開されるのに、なぜロールアップは通常の転送よりもスループットが高く、コストが低いのでしょうか?
Rollup トランザクションを構築する場合、通常の転送動作の多くはいくつかの手法で圧縮できるため、最後にゼロ知識証明を通じて SNARK を処理した後、SNARK 生成プロセスは長く、リソース消費 (Gas) は大きくなりますが、すべてのトランザクションで Insignificant に割り当てられます。 Vitalik Buterin の最初の提案には参考となる特定のデータがありますが、フォローアップではさまざまな実装と違いがあります。
彼のスキームでは、単一のトランザクションは次のように構造化されています。
通常のオンチェーントランザクションに必要な 21,000 ガスの手数料と比較して、上記の単一トランザクションのサイズは小さくなります (たとえば、イーサリアムのアドレスは 20 バイトで、上記のアドレスは 3 バイトのみ必要です)。そのため、合計でわずか 892 ガスです。 。
ただし、SNARK 証明はより多くのコンピューティング リソース (約 600,000 ガス) を消費し、コントラクトの実行には約 50,000 ガスが必要となるため、数百キロの間接コストを共有するには、多くのトランザクションをバッチで処理する必要があることを意味します。
イーサリアムの単一ブロック内のガスの上限が 8M で計算される場合、純粋な ETH トランザクションの場合、スループットは約次のとおりです。
8M / 21k / 15 秒 ≈ 25 tps
このシナリオのスループットは次のようになります。
(8M - 600k - 50k) / 892 / 15 秒 ≈ 550 tps
これが、ロールアップがレイヤー 1 データの可用性を保証できるだけでなく、データ要件を大幅に削減し、単一トランザクションのコストを削減できる主な理由です。
前述のロールアップ ソリューションの研究開発チームに加えて、多くのアプリケーション層プロジェクトもロールアップの利点を認識し、ロールアップ テクノロジを研究または統合することを発表しました。現在公開されているプロジェクトから判断すると、分散型取引所、DeFiプロトコル、匿名サービスなどを含め、Optimistic Rollupを選択するプロジェクトの方が多いのは、おそらくプロジェクト側が一般的なスマートコントラクトをサポートするOptimistic Rollupの利点を考慮しており、今後もOptimistic Rollupを選択することはないだろう。 ZK ロールアップのような SNARK プルーフを生成するには時間がかかり、結局のところ、最適化ソリューションがなければ、アプリケーションのエクスペリエンスに影響を与える可能性があります。
チェーン上の取引コストはどれくらい削減できるでしょうか? Loopring は重要な実戦データを提供しており、彼らが採用したスキームでは、4096 のトランザクションをバッチで処理する場合、1 つのトランザクションに必要なガスは 375 ガスだけです。つまり、通常のガス料金では、各トランザクションのコストは 0.09 セント (単位に注意)、つまり 100 万回のトランザクションのコストは約 900 元です。
しかし、かつて Plasma テクノロジーを開発したチームである LeapDAO は、Rollup テクノロジーは万能薬ではないと考えています。具体的なデータ分析を実施した後、参考に値する多くのデータを提供してくれました。彼らの推定によれば、Rollup は Plasma と比較して依然として多くのコストを犠牲にしているため、イーサリアム ネットワークのスループットを全体で 10 倍強増加させることができます。
Rollup の最も人気のある 2 つの派生バージョンに加えて、Rollup という名前を使用するイーサリアムのレイヤー 2 拡張ソリューションもいくつかあります。より一般的な 2 つは、SKALE Labs が提案した BLS-Rollup と Offchain Labs の Arbitrum Rollup です。
ただし、Optimistic Rollup の著者である John Adler は、BLS-Rollup は通常の意味でのロールアップではなく、バッチ処理テクノロジに近いと考えています。ただし、Arbitrum Rollup は、2018 年に論文を発表し、2019 年にホワイトペーパーを発表したときに Rollup について言及しませんでした。今年初めにテストネットを立ち上げたときにのみ、Arbitrum Rollup と呼んでいました。
副題
ZK ロールアップの進行状況
ZK Rollup テクノロジーの開発において最も重要な企業は Matter Labs と iden3 で、どちらもテストネットを立ち上げています。ただし、製品の位置付けは少し異なり、Matter Labs は汎用ソリューションに近いのに対し、iden3 は特殊用途のソリューションです。
一般的なスマート コントラクトのニーズを満たすために、Matter Labs はゼロ知識証明スマート プログラミング言語およびフレームワーク Zinc も立ち上げ、今年 2 月に最初のバージョン v0.1 Alpha をリリースしました。 Matter Labs は、「Zinc は安全なゼロ知識証明回路を作成し、それに基づいてプログラムを実行するためのインテリジェントなプログラミング言語および実行環境です。Zinc は Rust の原則に従い、簡素化された Rust 構文に基づいています。Rust の開発に精通しています。 C++、Solidity、その他の言語 読者は 1 日ですぐに使い始めることができます。
ZK Rollup を研究する iden3 の本来の目的は、元のプロジェクトのためです。 iden3 という名前はアイデンティティ 3.0 をイメージしていますが、感じてみると「Web3」に似ているでしょうか？したがって、iden3 チームは、デジタル世界向けのオープンソース ID 管理システムの提供に重点を置き、ゼロ知識証明 zk-SNARK を使用してプライバシー機能を向上させ、Rollup によって ID 認証システムとチェーン内のアプリケーション層のトランザクション スループットを向上させることができます。交流。
アプリケーション層の観点から見ると、Loopring と AZTEC はそれぞれ、ユーザーのオンチェーン トランザクションとプライバシーのニーズを解決します。 Loopring の分散型取引所は、現在のロールアップ プロジェクトの中で最も開発が進んでおり、2 月末にはイーサリアム メインネットを立ち上げ、公開テストを開始しました。
AZTEC はプライバシー テクノロジー ソリューションで、今年 2 月にイーサリアム メインネットを立ち上げましたが、イーサリアム ネットワークでのプライベート トランザクションのコストを大幅に削減するためにロールアップ テクノロジーの使用をまだ検討しています。彼らは当初、プライバシー テクノロジにゼロ知識証明 ZK を採用し、拡張ソリューションとして ZK ロールアップを選択したため、新しいソリューションを ZK ZK ロールアップ、または ZK² ロールアップと名付けました。最初の ZK は、SNARK テクノロジーの「簡潔さ」を利用してネットワークのスケーラビリティを向上させ、複数のトランザクションを 1 つに結合してトランザクション コストを削減することです。2 番目の ZK は、プライバシー テクノロジーとして SNARK を使用して、通常のトランザクションをすべて結合することです。プライベートトランザクションにアップグレードされます。
副題
楽観的なロールアップの進捗状況
Optimistic Rollup テクノロジーにおける最も重要な企業は、一般的な Optimistic Rollup ソリューションを開発している Fuel Labs、Optimism (旧 Plasma Group)、および NutBerry です。 ZK Rollupと比較すると、複雑なゼロ知識証明などの複雑な暗号技術が削除されているため、汎用スマートコントラクトのサポートが容易になります。
Optimistic Rollup には、Plasma と比較してデータの可用性が向上するという利点がありますが、Plasma の以前の成果も直接吸収されており、同じ一連のゲームと罰のメカニズムを使用することに加えて、Optimism チームは、2 つのソリューションは多くの点を共有できると述べています。インフラストラクチャとコード。さらに、成熟したレイヤー 2 エコシステムでは、ロールアップ、プラズマ、および状態チャネルが同じクライアント (スマート ウォレット) で連携できる必要があると考えています。
実際、2019 年末、Plasma Group が Plasma テクノロジーを公に放棄する前に、Optimistic Rollup の実装に重点を置く新会社 Optimism が設立され、シードラウンドで 10,000 ドルの資金調達が行われました。新たに調達した資金は主に、Optimistic Rollup ソリューションの実装と、それに基づくアプリケーションの構築に使用されます。同社は営利企業ではあるが、研究グループは今後もオープンソースプロジェクトに貢献し、その研究を一般の人々と共有していきたいと述べた。
イーサリアムでスマート コントラクトをサポートするために、Optimism は Optimistic Virtual Machine (OVM) のアルファ版をリリースしました。 OVM はイーサリアム仮想マシン (EVM) に埋め込まれたコピーであり、開発者はオプティミスティック ロールアップを使用するときに EVM と同じ開発者ツールセットとスマート コントラクト言語を使用できます。
当初、Optimistic Rollupは「Minimal Viable Merged Consensus」（実行可能最小限のマージド・コンセンサス）と呼ばれていたが、ジョン・アドラー氏が昨年6月にこのコンセプトを提案した後、拡張計画を実行するためにFuel Labsが設立された。
今年 1 月、Fuel Labs は、Optimistic Rollup に基づくイーサリアム サイドチェーンである Fuel のパブリック テストネットを立ち上げ、コードもオープンソース化されました。結局のところ、ERC-20 は一種のスマート コントラクトであるため、テスト ネットワークのコントラクトがすでにすべての ERC-20 トークンをサポートしていることは注目に値します。 3月後半、同社はYulへの実験的アップグレードとして、新しいイーサリアム基盤言語であるYul+の発売を発表し、Yul（イーサリアム仮想マシン用の低レベル中間言語）にさまざまなQoL機能を追加した。 Yul は、コンパイル ターゲットをさらに最適化するために Solidity 開発者によって書かれた低レベル中間言語です。シンプルで実用的な低レベル構文を備えているため、開発者は最適化しながら、Solidity よりもオリジナルのイーサリアム仮想マシン (EVM) に近づけることができます。ガス料金の可能性を効率化に活用します。
NutBerry は上記 2 つほど影響力はありませんが、彼らの目標は、Optimistic Rollup に基づいたレイヤー 2 ソリューションを開発し、ステートフル スマート コントラクトをサポートすることです。このプロジェクトは最初にイーサリアム研究フォーラムで公開され、そこではプロジェクトが 4 つのマイルストーン、つまり ERC-20 標準のサポート、ERC-721 標準のサポート、ステートレス スマート コントラクトのサポート、およびステートフル スマート コントラクトのサポートに分けられると説明されました。コントラクト (つまり、データを保存できるスマート コントラクト)。 NutBerry は今年 2 月に 2 番目のテスト ネットワークをリリースしました。このネットワークはすでに ERC-712 (イーサリアム型構造化データのハッシュと署名) をサポートしています。
Optimistic Rollup には比較的多くのアプリケーション層製品があり、これはおそらくスマート コントラクトのサポートが容易なためであり、スマート コントラクトの処理ロジックを必要とするこれらの DeFi、DEX、またはプライバシー サービスにとってはより便利です。
これらのアプリケーションは、次の四半期か 2 四半期以内に徐々にリリースされる予定であり、それらを体験するのにそれほど時間はかかりません。https://ethresear.ch/
BLS-Rollup では、SKALE Labs の紹介を参照できます。https://ethresear.ch/
未来
Arbitrum Rollup では、Offchain Labs の紹介を参照できます。
アカウントベースの匿名ロールアップ プロジェクトもあります。
副題
未来
