ZK-Rollups がイーサリアムのスケーラビリティ問題をどのように解決するかを理解するための記事
イーサリアムの高いガス料金は、スケーリングソリューションの切実な必要性を浮き彫りにしています。
今日のスケーリング ソリューションは成功していますが、構成可能性と断片化の問題に悩まされています。
ZK-Rollups は、強化された相互運用性とセキュリティを提供することで、既存のレイヤー 2 ネットワークを改善します。
副題
高いガス料金がイーサリアムにとって大きな問題となっている。
高いガス料金がイーサリアムにとって大きな問題となっている。
取引手数料はETHで支払われるため、資産の価格が上昇すると、ネットワークの使用コストも上昇します。 ETHは今年460％上昇しており、これは米ドルベースでの取引コストも460％上昇していることを意味します。
トランザクション手数料は、ネットワークの混雑度によっても異なります。現在、イーサリアムブロックスペースの需要が非常に高いため、ガス料金も高額になっています。
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イーサリアム: 中間トランザクション ガス価格 (出典: Glassnode)
過去数年間にわたり、イーサリアムの混雑を緩和し、トランザクションコストを削減するために、いくつかのスケーリングソリューションが開発されてきました。 2019 年に発売された Polygon は、おそらく大きな注目を集めた最初のイーサリアム スケーリング ソリューションです。このネットワークは、メインのイーサリアム ブロックチェーンから専用のサイドチェーンにトランザクションをオフロードする、Plasma と呼ばれるスケーリング ソリューションを使用しています。 Curve や Aave などの多くのイーサリアムネイティブ DeFi アプリケーションが今年 Polygon でローンチされました。
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ブロック別の上位 25 のポリゴンバリデータ (出典: Polygonscan)
過去 1 年間、ロールアップと呼ばれる別のスケーリング ソリューションがイーサリアム コミュニティで話題になりました。現在、イーサリアム上のすべてのトランザクションには、スマート コントラクトと対話するために必要なすべての計算データが含まれています。ブロックスペースが限られているため、イーサリアムは簡単に混雑し、トランザクションの確認に時間がかかり、ガス料金が高額になる可能性があります。
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ゼロ ナレッジ ロールアップとは何ですか?
ロールアップには、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 2 つの形式があります。楽観的なロールアップでは、ベース チェーンに送り返されたトランザクションが正当なものであると想定されます。誰かが詐欺の証拠を提出して詐欺であることを証明した場合にのみ、取引は拒否されます。言い換えれば、Optimistic Rollups は、トランザクションの検証に「有罪が証明されるまで無罪」のアプローチを採用しています。
代わりに、ZK ロールアップとも呼ばれるゼロナレッジ ロールアップは、メインネットに送り返されるときにトランザクションが正当であることを示す暗号学的証拠を生成します。イーサリアムは暗号証明を検証した後にのみトランザクションを受け入れます。楽観的ロールアップとは異なり、ZK ロールアップは検証に「無罪が証明されるまで有罪」アプローチを使用します。
現在、Optimistic Rollup はアプリケーションの開発が容易であることもあり、最も高い採用率を誇っています。 Optimistic Rollups は完全なスマート コントラクトを機能的に直接サポートでき、開発者はイーサリアムのネイティブ プログラミング言語 Solidity を使用してアプリケーションを作成できます。 L2beat のデータによると、今日最大のオプティミスティック ロールアップ アービトラムは、DeFi アプリケーションにロックされた総額 25 億ドル以上を集めています。イーサリアム上で最も人気のある DeFi アプリケーションの多くをホストしています。
ただし、オプティミスティック ロールアップにはいくつかの課題があります。イーサリアムメインネットに送り返された資金は、トランザクションを検証する方法により、1週間の紛争期間の対象となります。これはユーザーに不便を与え、構成可能性を損ないます。
オプティミスティック ロールアップは、ポリゴンなどのプラズマ ベースのソリューションよりも改善されていますが、一般に ZK ロールアップよりも劣ると考えられています。 Optimistic Rollup には、最大 77 倍のスケーラビリティ向上をもたらし、物議を醸した時期がありました。 ZK ロールアップには異議申し立て期間がなく、最大 500 倍の改善が得られます。
ただし、ZK-Rollups は、Optimistic の対応物と同じレベルの互換性には達していません。 ZK-Rollups には各トランザクションの有効性の証明があるため、そのテクノロジーの構築はより困難です。 ZK ロールアップは、直接送金やトランザクションなどの単純なタスクを処理するために開発されました。スマート コントラクト機能を統合することは可能ですが、それははるかに難しいことが判明しています。
ちょうど今年、イーサリアムの共同創設者ヴィタリック・ブテリン氏は、完全に構成可能な ZK ロールアップの開発には数年かかるだろうと予測しました。しかし、開発者は予定よりも早く進めました。一部の ZK ロールアップは、ロールアップ間であっても構成可能で相互運用可能なソリューションの展開を準備しています。
ZK-Rollupsの開発により、イーサリアムメインネットと複数のレイヤー2ネットワーク間の共有通信フレームワークが可能になり、流動性を共有し、レイヤー1ブロックチェーンが直面する最大の採用課題を克服できます。分散型取引所を通じて効率的な取引を提供するために流動性を競うのではなく、ZK-Rollup ベースのネットワークは協力してイーサリアムを拡張することができます。
ZK-Rollups にはもう 1 つのユニークな機能があります。トランザクションのバッチごとに手数料が計算されるため、より多くの人がトランザクションを使用するほど、トランザクションは安くなります。バッチ送信のコストはあまり変わらないため、より多くのトランザクションをバッチにバンドルすると、ガスコストをより多くのユーザーに分散できます。 ZK-Rollups はほぼ無制限の数のトランザクションをバンドルできるため、十分なユーザーがいればトランザクションのガスコストを 1 ペニーまで削減できます。この機能は、Proof of Validity Amortization と呼ばれます。
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ZK ロールアップの種類
現在、イーサリアムのスケーリング ソリューションでは 2 つの異なるタイプの ZK ロールアップが使用されています。最初で最も広く使用されているタイプの ZK-Rollup は、ZK-SNARK (知識の簡潔な非対話型引数) を使用します。 SNARK は最初に発見されたゼロ知識証明であり、初期のブロックチェーン プロジェクト Zcash は 2016 年に使用していました。 SNARK は ZK-Rollup 開発者ベースと公開コードの大部分を占めており、イーサリアム スケーリング プロジェクトの強力なオプションとみなされています。
SNARK の大きな欠点は、トランザクションに必要なプルーフを作成するために使用されるキーの初期作成イベントが必要なことです。信頼できるセットアップ イベントのキーが破棄されない場合、そのキーを使用して何もないところから新しいトークンを作成したり、トランザクションを偽造したりできます。
現在最もよく知られている SNARK ベースのスケーリング ソリューションは、Matter Labs の zkSync プロジェクトです。 2020 年 6 月に開始された zkSync は、現在の反復で 1 秒あたり 2,000 トランザクションを処理することを約束しており、将来的にはさらに高いスループットを達成することを期待しています。 5 月に、zkEVM テストネットの開始に伴い、プラットフォームは EVM 互換環境でのスマート コントラクトの展開に取り組み始めました。
zkSync の主な焦点は、イーサリアム メインネットからの移行をできるだけ簡単にすることです。 zkEVM で開発したい人は、イーサリアムのプログラミング言語である Solidity を使用してスマート コントラクトを作成できます。 Matter Labs は最近、zkSync の開発を支援するために、Andreessen Horowitz 氏が率いるシリーズ B ラウンドで 5,000 万ドルを調達しました。さらに、同社はCurve Finance、Aave、1inchなどのいくつかのイーサリアムDeFiブルーチップと提携しています。
別のタイプの ZK-Rollup は、スケーラブルで透明な知識パラメータである STARK を使用します。 STARK はハッシュ関数に完全に依存しており、信頼できるセットアップを必要としないため、SNARK よりも利点があります。これは、STARK が理論的には SNARK よりも安全であることを意味し、イーサリアム財団のお気に入りとなっています。
StarkWare は、STARK を使用してイーサリアムを拡張した最初の企業であり、現在は STARK ベースのテクノロジー開発の主な原動力となっています (StarkWare の共同創設者である Eli Ben-Sasson と Michael Riabzev が共同発明しました)。 StarkWare は、STARK ベースの ZK-Rollups 用に Cairo と呼ばれるチューリング完全プログラミング言語を作成しました。同社はカイロを使用して、最初の製品である StarkEx プロトコルを作成しました。
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StarkEx は惑星、StarkNet は星座 (出典: StarkWare)
ZK-Rollups は、暗号通貨コミュニティによるイーサリアムの使用方法を変えようとしています。 zkSync や StarkNet などの高速かつ低コストのネットワークの実現により、イーサリアムメインネット上のトランザクションはレイヤー 2 にアウトソーシングされることが増えます。これにより、イーサリアムはスケーラブルで安全な分散型ブロックチェーン ネットワークというビジョンに近づくことになります。
