D1 Ventures: イーサリアム レイヤー 2 ソリューションと DeFi 拡張オプションの簡単な分析
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)、許可を得て掲載しています。
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チェーンニュース ChainNews (ID:chainnewscom)
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著者: D1 Ventures は、ネイティブ ブロックチェーン分野に焦点を当てたベンチャー キャピタル機関であり、世界市場の洞察を提供し、市場間の流動性を構築し、戦略的なコンサルティングとミーム コミュニケーション戦略を提供することで、暗号化経済の将来の発展をサポートしています。主要な投資プロジェクトには、NEAR、Polkadot、Ethereum、Handshake、およびエコロジカル ネイティブ シーン アプリケーションが含まれます。
DeFiブームでイーサリアムのパフォーマンス問題が改めて浮き彫りに
十分な冗長性は、Proof-of-Workメカニズムによるネットワークのセキュリティの保証となりますが、ノード間の同期速度はネットワークの通信帯域によって制限されるため、一定時間内にネットワーク全体が合意に達することができる状態遷移が必要となります。制限されています。トランザクションの開始者と契約オペレーターは、入札を通じてこれらのリソースを入手する必要があります。
式では、Ethereum ブロックの Gas 制限は 12,500,000、平均ブロック間隔は 13.2 秒となり、以下の表が得られます。
表から、Compound への ETH の入金などの複雑な契約相互作用のガスコストは、数十回の Ether 送金よりも高く、複雑なトランザクションの送金手数料は数十ドルにもなる可能性があることがわかります。イーサリアムがDeFiなどのアプリケーションからますます複雑なトランザクションを受け取ると、1秒あたりに処理できるトランザクションの数は急速に減少します。そして、これはまさに現在イーサリアムで起こっていることであり、下の図は主要な DeFi プロジェクトにおけるアカウント数の変化傾向を示しています。
DeFi アプリケーションとやり取りしたアカウントの総数、出典: @richardchen39
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ブロックガス制限と使用ガス、出典: @alex_kroeger
6 月 19 日のマイナー投票後、ブロックガスの制限は 25% 増加しましたが、ブロックの使用率は依然として高いままです。ユーザーは、レイヤー 1 の厳しい処理能力を争うために、より高価なガス価格を受動的に支払います。ガス価格は、DeFi アプリケーションの爆発的な成長によって同時に上昇しています。
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ガス価格中央値週間線、単位: GWei、出典: @alex_kroeger
入札とパッケージングのメカニズムはマイナーの収入を増加させ、イーサリアムの安定した運営を維持しましたが、コストの増加により、DeFiアプリケーションの開発とユーザーのさらなる成長が大幅に制限されました。現在のイーサリアムガス価格（85GWei）によると、Uniswap V2で1ETHをLENDに交換するのに必要なガス手数料は0.04544ETHで、流動性プロバイダーへの支払い比率は0.3%で、その合計は通常、中央集権型取引所によって24.22倍請求されます。手数料0.2％（DEXで取引されるガス手数料は固定額ですが、取引金額が増加すると割合は急激に低下しますが、AMM取引所の流動性によりスリッページも大幅に増加し、DEXで取引する際の追加コストがさらに増加します）分散型取引所）。
高額な取引手数料はユーザーの意欲を削ぎ、DeFiアプリケーションの開発者や投資家は適切な拡張ソリューションを熱心に探しています。
不正行為の証明か、それとも正当性の証明か?
つまり、Layer2 拡張のアイデアは、Layer1 のリソースを節約するために、多くのトランザクションを 1 つの証明に置き換えることであり、これに対応して、対応する複数のトランザクションの正当性を証明できるはずです。当然のことながら、証明方法は次の 2 種類に分類できます。
詐欺の証拠。オンチェーンの状態遷移が間違っていたという証拠を提示します。
有効性の証明。チェーン上の状態遷移が正しいことを証明する証拠を提示します。
不正行為の証明に対応するレイヤー 2 拡張スキームは、当事者がエラーがあることを証明する証拠を提示するまで、オフチェーン トランザクションが真実で有効であると楽観的に仮定します。私たちがよく知っている拡張スキームのほとんどは、ステート チャネル (ステート チャネル)、プラズマ、オプティミスティック ロールアップなどを含む不正防止スキームです。これらのトランザクションが本物で有効であると考えられる場合、これらのトランザクションが本物で有効であることを証明するために必要なオーバーヘッドは次のとおりです。保存されました。
しかし、悪意のあるトランザクションがネットをすり抜けるのを防ぐために、不正証明を使用するシステムでは、一部のトランザクションが実際には有効ではないことを証明してキャンセルするために、不正証明を受け取るのに十分な「フォールトトレランス時間」または「チャレンジタイム」を確保する必要があります。チャレンジ時間中、レイヤー 2 のトランザクションは依然として変更される可能性があり、関連付けられたアカウントの残高はレイヤー 1 でロックされたままであり、引き出すことはできません。同時に、このメカニズムの有効性は、被害者がシステムエラーを認識し、「チャレンジタイム」内に修正のために不正証拠を提出する能力を持っているという「生存仮定」（生存仮定）に基づいています。この仮定では、エラーについて沈黙することは、エラーを黙認することと同じです。攻撃者は多くの場合、攻撃を完了するためのチャレンジ時間内に関係者が不正証拠を提出するのを防ぐためにさまざまな手段を使用します。不正防止スキームでは、尋問時間の長さをトレードオフする必要があります。
ZK Rollup や Validium などの妥当性証明スキームは、不正証明よりもはるかに安定しており、システムが Layer1 で状態遷移を実行するたびに、その遷移が真であり、Layer1 ノードの検証に有効であることを証明するのに十分な証明を送信します。したがって、有効性の証明にはチャレンジタイムは必要なく、Layer2 を終了する際に追加の遅延は発生しません。生成証明のコストを節約する方法は、有効性証明クラス拡張スキームの技術です。
データ可用性 (Data Availability) ソリューション
D1 Ventures がデータの可用性に重点を置くことは、イーサリアムのメインチェーンに固定されたサイドチェーンを構築することによってスケーリングする方法であるプラズマについての議論から始まりました。 Plasma は、イーサリアムのメインチェーンの外側に 1 つ以上のサイドチェーンを開き、メインチェーン上のサイドチェーンのすべてのブロックヘッダーのスナップショット (特定のトランザクション情報を除く) を定期的に記録し、サイドチェーンのステータスをメインチェーンに組み込みます。 . セキュリティの傘の下にあります。ただし、スナップショットには特定のトランザクション情報が含まれていないため、メインチェーンはレイヤー 2 のユーザーのステータスを知ることができません。サイドチェーンオペレーターがメインチェーンとの情報の同期を停止する権利、または特定のトランザクションのパッケージ化を拒否する権利をまだ留保している場合チェーン上のすべてのデータをメインチェーンに送信することによってのみ、自身の財産の絶対的なセキュリティを保護できますが、この量のデータはメインチェーンの処理能力にとって現実的ではありません。鎖。Scalable blockchains as data layers, Vitalik Buterin
ロールアップは、レイヤー 2 トランザクションとサイドチェーン全体の状態をイーサリアム メイン チェーンに固定することでこの問題を改善し、それによってデータの可用性を実現します。この改善により、ユーザーは Layer1 の検証ノードに対して、Layer2 のすべてのトランザクションが本物で有効であることを簡単に証明できるため、いつでも Layer2 を終了できます。
データの可用性を実現するには、Layer1 領域の過度の占有を避ける必要があります。ロールアップは、チェーン上の 1 つのトランザクションのストレージ領域を柔軟かつ実質的に 11 バイト (チェーン上に Nonce と Signature は存在しません)、748Gas に圧縮します。転送の Layer1 1/28 の共通層。ここで、
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ロールアップ トランザクションの各フィールドのバイト数、ソース:
アカウント空間を 23*8 (1,677 万以上) に削減し、圧縮アドレスとしてプリセットされたマークル ツリーに従って、イーサリアム メイン チェーン上の 20 バイトのアカウント アドレスを 3 バイトのリーフ ノード インデックスに変換します。
アカウントの送金回数が 20,000 回を超えないと仮定すると、Nonce は 2 バイトで表されます。
主流の Layer2 拡張ソリューション マトリックス
D1 Ventures では、現在の主流の拡張ソリューションと代表的なアプリケーションを、前述の不正証明/正当性証明とオンチェーン/オフチェーン データの有効性に従って 4 つの象限に分けています。
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拡張ソリューションプロバイダー（オープンネットワーク）
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アプリケーション（カスタマイズされたネットワーク）
zkSync は、ZK Rollup に基づいて Matter Labs によって開発された Ethereum Layer 2 オープン ネットワークです。 ZK ロールアップの高い TPS と低い手数料という基本的な指標を実現することに加えて、zkSync はより実用的で独立したネットワークを確立しました。
ゼロ知識スマートコントラクトフレームワーク。 zkSync は、ゼロ知識証明に基づくスマート コントラクト用に設計された、安全で効率的なプログラミング フレームワークと仮想マシン ベースのオペレーティング環境 Zinc を立ち上げました。レイヤー 1 のスマート コントラクトを、ゼロ知識証明アルゴリズムが適したプログラムに迅速にコンパイルできます。処理時に、レイヤー 1 上の DeFi などのリソースを大量に消費するアプリケーションをレイヤー 2 に転送するためのブリッジとして。しかし、ゼロ知識証明自体が複雑すぎるため、セキュリティを確保するには依然として多くの試用検証が必要です。
zkSync は現在最も成熟した ZK Rollup オープン ネットワークであり、通常のトランザクションに加えて、zkSync はその上で実行されるより複雑な DeFi アプリケーションのサポートにも熱心に取り組んでいます。将来的には、zkSync は、分散化をより効果的に達成するためにレイヤー 2 にトークン ガバナンスを導入する予定であり、Matter Labs は、異なるロジック タイプを持つアプリケーションのスマート コントラクトを異なるシャードでより適切にサポートできるように、ネットワークをシャード化するための zk Porter を起動することも計画しています。成熟したレイヤー 2 オープン ネットワークは、ますます独立したブロックチェーンに似てきます。
Optimistic Rollup は、Optimism (旧 Plasma Group) によって最初に開発された、不正証明とゼロ知識証明のないロールアップを組み合わせたものです。 OVM (Optimistic Virtual Machine) は、レイヤー 2 上に構築された実行環境であり、Optimism によって開始された EVM と完全な互換性があります。これにより、ユーザーは、Solidity スマート コントラクトの作成や Web3 API を介した対話など、Layer2 のロールアップ ネットワーク内のイーサリアム メイン チェーンですべての操作を実行できるようになります。 Dapp を OVM に移植するには、コントラクトをデプロイする以外に追加の操作は必要ありません。 Optimism は Synthetix と提携して、Synthetix アプリケーション全体を OVM 上に展開してテストしています。次の予備テストデータは、OVM がメインチェーン上の DeFi アプリケーションのパフォーマンスを大幅に向上させたことを示しています。
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Optimism に加えて、Fuel Labs によって開発された Fuel も、もう 1 つの注目すべき Optimistic Rollup 拡張ネットワークです。 Fuel のサイドチェーンは UTXO や HTLC などの設計を採用しており、任意の 2 つの ERC-20 トークンの非保管スワップをサポートしています。
Optimistic Rollup はゼロ知識証明を必要とせず、EVM をレイヤー 2 で直接実行してレイヤー 1 のさまざまな論理スマート コントラクトを簡単にサポートでき、Dapp の移行コストは少額です。その代償として、レイヤー 2 から撤退するには依然として約 1 週間の質問期間を待つ必要がありますが、特定のプロジェクトでは、資金プールの確立やその他の利便性を提供する不適切な方法により、少額の引き出しの遅延を排除することは可能です。ユーザーにとって。
この象限の左下隅にある Validium は、オフチェーン データの可用性と有効性証明を組み合わせたもので、Starkware によって分散型交換エンジン製品 StarkEx に統合されています。実際、StarkEx は柔軟なデータ ストレージ構造 (このソリューションは Volition と呼ばれます) を設計しており、ユーザーは取引するたびにデータ ストレージの場所を自由に選択でき、DAC のサポートにより、StarkEx 内のデータはオンチェーンに関係なく保存されます。またはオフチェーンのデータ可用性サポートが利用可能であり、ユーザーは許可なく自由にレイヤー 2 を終了できます。
上記のレイヤー 2 拡張ソリューションのいくつかの重要な指標を検討し、次の表でそれらを水平に比較しました。
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3 つの主要なレイヤー 2 拡張ソリューションは、TPS とトランザクション手数料に関するアプリケーションの要件を完全に満たすことができます。 Optimistic Rollup はスマート コントラクトと最も互換性があります。Dapp を OVM に移植するために追加の変更は必要なく、Synthetix がテスト用にデプロイされています。ZK Rollup が 2 番目です。Zinc はテストを開始していますが、ゼロ知識によってもたらされる複雑さリスクと開発の障壁により、多くの開発者が試すのが依然として困難になっています。Validium は依然として StarkEx 取引エンジンに統合されたソリューションであり、オープン ネットワークに拡張する計画はありません。 ZK Rollup は、トランザクション集約型アプリケーションに最適なサポートを備えており、データの可用性によってもたらされる迅速な終了は、不正防止スキームの毎週の終了期間と比較して明らかな利点があります。
構成可能性の制約と機能分割
レイヤ 2 拡張ソリューションは、構成可能性を犠牲にして、TPS とトランザクション コストを簡単に数十倍最適化できます。 Layer2 ネットワークは法定通貨システムにおける大規模なショッピング モールに似ており、Layer2 ネットワークの DeFi プロジェクトはショッピング モール内の店舗に似ています。買い物が必要なユーザーは、カードを申請し (レイヤー 2 アカウントの開設)、資金をチャージし、消費し、最後に残高を引き出す必要があります。ユーザーは、あるショッピング モールのショッピング カードを別のショッピング モールの店舗で使うことはできず、構成可能性の問題がショッピング モール間の越えられない壁となっています。
一部のアプリケーション シナリオでは、構成可能性が分散アプリケーションが集中アプリケーションをリードする主要な要素の 1 つとなります。 DeFiアプリケーションを例にとると、分散型取引所は流動性を容易に集約してアグリゲーション効果を形成することができ、エコシステム全体の流動性がますます大きくなり、集中型取引所の熾烈なインボリューション競争と比較すると、明らかに効率的です。
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