Arbitrum がイーサリアムのスケーラビリティをリードすることをどのように理解すればよいでしょうか?

編集：サウスウィンド

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上: 2015 年から 2021 年 11 月までイーサリアム ネットワークのガス料金が値上げ

最初のレベルのタイトル

01. スケーラビリティに関する議論を理解する

ブロックチェーンは、トランザクションを処理し、分散された方法でブロックに記録するモードとして作成され、二重支出の問題と信頼できる当局への依存を回避します。ビットコインやイーサリアムなどの初期のブロックチェーン ネットワークは、PoW (Proof of Work) コンセンサス モデルに基づいてこれらのトランザクションを処理し、記録しました。

PoW モードでは、トランザクションが開始されると、トランザクションはトランザクション プールに入れられ、処理されるのを待ってネットワーク内のすべてのノードにブロードキャストされます。これはすべてのノードにブロードキャストされますが、計算パズルを解くことに成功したノードは 1 つだけであり、このトランザクションを他のトランザクションとともにブロックに追加し、トランザクション手数料の報酬を受け取ります。

まず、トランザクションは検証の前後にネットワークにブロードキャストする必要があるため、処理に時間がかかります。第 2 に、数学パズルを解くために必要な計算能力は大量の電力を消費します。最後に、各ブロックには含まれるトランザクションの数に対応できるブロック スペースが限られているため、ユーザー間の競争が生じ、ガスコストが上昇し、場合によってはトランザクションの金額を超えることもあります。トランザクションの処理と保存にブロックチェーン技術を使用する dApps (分散型アプリケーション) がますます増えているため、この状況はますます問題になっています (現在約 3,000 dApps)。

したがって、これらの問題を解決するには、イーサリアムを拡張し、それによってネットワークが処理できるトランザクション数 (TPS (1 秒あたりのトランザクション数) で測定) とトランザクション速度を増やす必要があります。この目的を達成するために、主に次のような多くのスケーラビリティ ソリューションが開発されています。Ethereum 2.0、他の競合する L1 ブロックチェーン ネットワーク、サイドチェーン、および L2 ソリューション。 Ethereum 2.0、Polkadot、Solana などの L1 ネットワークは、現在の Ethereum ネットワークの基礎となるコンセンサスとブロック生成ルールを構造的に変更しましたが、L2 ソリューションは Ethereum のメイン ネットワークとそのプロトコルに基づいて構築されています。

この競争から生まれるいくつかのブロックチェーン/L2ネットワークは、DeFiスペース全体、NFTに電力を供給し、DAOと仮想世界を維持すると同時に、クリエイターエコノミーとメタバース全体をサポートします。以下に私たちが信じる理由を詳しく説明しますアービトラムのように(Marc Cuban、Polychain Capital、Pantera Capital等が出資)最初のレベルのタイトル

02. イーサリアムのスケーラビリティ ソリューションの概要

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上: @yasminekarimi_ が作成した 2021 年のスケーラビリティ ソリューションの展望

副題

L1ソリューション

L1 (レイヤー 1) ソリューションは、メインネット ブロックチェーン自体のコードであるブロックチェーンの基礎となるプロトコルを処理することにより、ブロックチェーンのトランザクション スループットを向上させます。それらはさらに次のように分類できます。

1) プロトコルの改善

プロトコルの改善とは、主に 1 つのブロックに含めることができるトランザクションの数を増やし (短期的にのみ持続可能)、ブロック作成間のタイムラグを削減することによって、トランザクションのスループットを拡大するために基礎となるプロトコルに加えられた変更を指します。 PoWコンセンサスモデルからPoSへの構造変換が実現します。 PoW モデルとは異なり、PoS は検証者が誓約したブロックチェーン ネイティブ トークンの数に基づいて検証者を選択します。バリデーターはこれに基づいて選択されるため、大量の計算能力は必要なく、天文学的なガス料金につながるマイナー間の競争もありません。 Solana (50,000 TPS) や Polkadot (1000 TPS) などの PoS ベースのブロックチェーンが示すように、個々のノードがそれほど多くの処理能力を投入する必要がないため、トランザクションの検証にかかる時間が大幅に短縮されます。比較すると、現在のイーサリアムは 16 TPS しか処理できません。

2) 断片化

シャーディングとは、ブロックチェーンのコンピューティング タスクとデータ空間を複数のチェーンに分割することを指します。たとえば、Eth2.0 では、多くのシャードチェーン副題

L2ソリューション

前述の L1 ソリューションは主にブロックチェーン プロトコルを変更するものですが、L2 (第 2 層) ソリューションはチェーン上にスマート コントラクトを構築することで L1 を拡張します。これにより、トランザクションの実行が L2 ネットワークにアウトソーシングされ、トランザクションの処理結果が L1 ネットワークに報告されるため、保留中のトランザクションに対する追加のヘッドルームが生まれます。現在、これを実現するには複数の方法があります。

1) サイドチェーン

より優れた取引手数料と速度で資産をサイドチェーンに転送できます。たとえば、xDai は委任されたプルーフ・オブ・ステーク・コンセンサス・メカニズムを使用して、高速な取引時間 (5 秒) と低い取引手数料 (0.000021 ドル) を実現します。クロスチェーン資産転送は、双方向ペグ プロトコル (2WP) を通じて実現されます。これは、最初に最初のブロックチェーン ネットワーク (イーサリアムなど) で資産をロックし、次に 2 番目のブロックチェーン ネットワーク (ポリゴンなど) で資産をロックします。このトランザクションの暗号化された証拠には、資産のロック操作が正しいことを示す暗号証拠が含まれています。サイドチェーンの優れた例の 1 つは Polygon です。

2) Plasma

Plasma はブロックチェーン内にブロックチェーンを構築しています。アセットは、プラズマ チェーンを管理するスマート コントラクトに送信されます。 Plasma チェーンはトランザクションを実行し、不正問題があるという不正証拠がない限り、ブロック ヘッダー ハッシュのみがルート チェーン (イーサリアムなど) に送信されます。不正行為の証拠がある場合、Plasma ブロックはロールバックされます。作成されたブロックは罰せられます。このメカニズムは、ルート チェーンの最小限の状態更新によりトランザクションをより高速に進めることができるため、優れたスケーラビリティをもたらします。

3) チャンネル

チャネルは、参加者が X 回のオフチェーン トランザクションを実行できるようにするオープンソース プロトコルおよびスマート コントラクトですが、イーサリアムに 2 つのオンチェーン トランザクションを送信するだけで済みます。ユーザーが最初にチャネルを開くときは、イーサリアム トランザクションを作成して支払う必要があり、チャネルを閉じる準備ができたら、イーサリアム チェーン上のトランザクションを処理するために再度支払う必要があります。これにより、処理および保存する必要があるトランザクションの数が減り、ガス料金がチャネルの開閉のみに減ります。イーサリアム上のステートチャネルを利用する主なプロジェクトは、State Channels、Celer、Perun、Raiden です。

4) Rollups

ロールアップは、データを L1 に保存する前に、圧縮ツールを使用してオフチェーンのトランザクションをバッチで検証することにより、L1 メインネット (イーサリアムなど) にスケーラビリティをもたらします。圧縮とバッチ処理によりスループットが向上し、トランザクションが高速化され、トランザクションあたりのコストが最小限に抑えられます。

この検証方法に依存するロールアップには 2 つの異なるタイプがあります。Optimistic RollupsZK ロールアップ。トランザクションの検証とは、ロールアップ バッチでトランザクションが実行された後の状態ルート (ロールアップ内の口座残高、契約コードなどを含む) が正しいかどうかを確認することを指します。ZK-Rollupszk-SNARK と呼ばれる有効性証明はトランザクション バッチごとに生成されますが、Arbitrum らはOptimistic Rollupsトランザクションの正当性を「楽観的に」仮定し、特定のノードが特定のトランザクションが不正であると疑う場合にのみ、計算証明を実行します（つまり、不正証明を提出します）。これにより、トランザクション速度とスループットが向上します。さらに改善されること。

ユーザーとして Arbitrum と対話するにはどうすればよいですか?

ユーザーとしては、上記の dApps (Uniswap や Aave など) のいずれかを使用するために Arbitrum と対話することになるでしょう。これらの dApps は通常イーサリアムでも利用できますが、より高い料金が必要です。具体的には、Arbitrum One ネットワークが最初です。メタマスクウォレットに追加する最初のレベルのタイトル

03. なぜ Arbitrum が近い将来イーサリアムのスケーラビリティをリードするのでしょうか?

1) Arbitrum は、スケーラビリティ、分散化、セキュリティというブロックチェーンのトリレンマを解決します。

スケーラビリティを備えているだけでは十分ではありません。ブロックチェーン ネットワークは、トランザクション スループットを向上させながら、ブロックチェーン テクノロジの 2 つの基本的な特性、つまり分散化とセキュリティを維持する必要があります。これを「ブロックチェーン」と呼びます。トリレンマ」。今まで、3 つの特性をすべて満たす唯一の Ethereum スケーラビリティ スキームは、Arbitrum のような Rollups ネットワークです。画像の説明

上: Arbitrum ネットワークにおける 1 日の総取引量 (青線) と 1 日のガス料金総額 (緑の線) の傾向

処理能力の点では、Arbitrum ネットワークはイーサリアムベースレイヤーを使用する場合よりも 5 倍低い平均コストで 40,000 TPS を達成できるはずです。画像の説明

上: Arbitrum ネットワークの 1 日あたりのガス総コスト (青線) と Ethereum ネットワークの 1 日あたりのガス総コスト (緑の線)

Arbitrum は、より高いスループットを達成しながら、イーサリアム L1 コンセンサスからセキュリティを獲得します。対照的に、初期の L1 ブロックチェーン ネットワーク (現在のイーサリアムやビットコイン ネットワークなど) は、現在のイーサリアム ネットワークのガスコストが高いことからわかるように、スケーラビリティを犠牲にして分散化とセキュリティを優先していました。同様に、他の競合する L1 ブロックチェーン(Solana や EOS など) は分散化を犠牲にしました。これは、これら 2 つのネットワークには、ネットワークを制御できるノードがそれぞれ 150 ノードと 21 ノードしかないためです。この集中化は、51% 攻撃の可能性を高めるため、ネットワークのセキュリティに影響を与えます。

同様に、サイドチェーンは独自のコンセンサスとブロック検証モデルに依存しているため、ネットワークに攻撃ベクトルを導入する可能性があります。セキュリティが制限されているもう 1 つの例は、プロトコルの改善です。これは、ブロック サイズが大きいブロックチェーンは本質的に検証が難しく、集中化が進むため安全性が低くなる可能性が高いためです。ただし、ほとんどの (すべてではないにしても) ロールアップ ネットワークは徐々に分散化されるように取り組んでいますが、すべてのロールアップ ネットワークが初期段階で分散化されているわけではないことに注意することが重要です。

2) EVM互換性からEVM等価性へ

今のところ、Arbitrum は、EVM (イーサリアム仮想マシン) と最も互換性のある L2 ソリューションの 1 つです。EVM 互換性により、開発者はコードの大部分を書き直す必要がないため、既存の Ethereum アプリケーションを Rollups ネットワークに簡単に移行できます。Arbitrum は現在最大のイーサリアム L2 ネットワークです。DeFiプロトコルのロックされた総額（TVL）は、本稿執筆時点で25億ドルを超えています。

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上: Arbitrum ネットワークで検証された毎日の契約数。出典: Arbiscan.io

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上: Arbitrum ネットワーク内の一意のアドレス数の増加。出典: Arbiscan.io

これらのアドレスのうち、Smart Money アドレスは Arbitrum に転送されたようです。以下のグラフが示すように、イーサリアム ネットワークを使用する ETH 億万長者の 50% が Arbitrum も使用しています。 (注: ETH ミリオネアアドレスとは、少なくとも 1,000,000 ドルの ETH 残高を持つアドレスです。)

3) Arbitrum はスマート コントラクトの王様 (つまりイーサリアム) の上に構築されています

Arbitrum のようなロールアップが今後何年にもわたってイーサリアムのスケーラビリティを支配すると私たちが考えるもう 1 つの理由は、それらがスマート コントラクトの王様であるイーサリアム上に構築されていることです。これにより、先行者利益が得られます。まず、イーサリアムは依然として世界で最も使用されているブロックチェーン プロトコルであり、3,000 を超える dApp が DeFi エコシステム全体、NFT プロジェクト、DAO、仮想世界を支えています。この点で匹敵するブロックチェーンはビットコインだけですが、ビットコインにはロールアップ ネットワークをホストする機能がありません。

ただし、イーサリアム 2.0 がロールアップを廃止するとほとんどの人が考えているのとは異なり、イーサリアム 2.0 が数年以内に完全に展開されないことを考えると、実際には Arbitrum などのロールアップが主要なスケーラビリティ ソリューションになります。イーサリアム 2.0 が実装するデータ シャーディングは、ロールアップの高速化に焦点を当てています。トランザクション履歴はシャーディングによって分割され、Rollups は特定のシャード チェーンに自身を登録します。Rollups のスケーラビリティ スループットは指数関数的な増加をもたらし、2030 年までに 1,400 万 TPS に達する可能性があります。

最初のレベルのタイトル

04. ロールアップの現在の課題

ロールアップに対する最初の批判は、オプティミスティック ロールアップの出金時間が非常に長い (最大 7 日かかる場合がある) ということです。出金には、観察者が不正の疑いがある場合に不正証明を発行し、出金をキャンセルする時間を確保するための遅延が必要です。

同時に、オプティミスティック ロールアップ ネットワークのセキュリティを確保するための条件は次のとおりです。少なくとも 1 つのノードが誠実であり、不正なトランザクションを識別します。

さらに、Rollups はまだ初期段階にあり、相互運用不可能ただし、ロールアップ間でのアセットやデータの移動はますます簡単になることが予想されます。そうは言っても、Hop Protocol、Connext、cBridge、Biconomy などの相互運用性ソリューションはすでにあります。

最後に、多くの人がイーサリアムの流動性が異なるロールアップ間で断片化されている最初のレベルのタイトル

05. 将来のスケーラビリティパラダイム

実際、ロールアップの可能性は長期的にはイーサリアムに限定されません。実際には、将来のスケーラビリティ ソリューションは、複数の L1 ブロックチェーン上の相互依存するスケーラビリティ プロジェクトで構成される、より複雑なシステムになるでしょう。それにもかかわらず、この複雑な未来において、私たちは次のことを期待できます。上記のように、

上記のように、短期的には、イーサリアムのロールアップ (Arbitrum など) がスケーラビリティ ソリューションの主流を占めることになり、イーサリアム 2.0 とそのシャーディング スキームの展開によってさらに強化されるでしょう。L2 ソリューション (ロールアップを含むがこれに限定されない) は、トランザクション実行において他の L1 ネットワークと競合するために進化し、パフォーマンスを向上させ続けます。

2つ目の傾向は、他の L1 ネットワークがフルキャパシティに達すると、メインネット上でロールアップの構築が開始されます。実際、ほとんどの人がまだ理解していないのは、すべての L1 ネットワークにはロールアップが必要です, イーサリアムは、長い間（2015 年以来）これに向けて準備を進めてきた最初の L1 ネットワークにすぎません。たとえば、Tezos はロールアップ中心のロードマップを採用しています。同じことは、NEAR、Celestia、および最近先進的な zk-STARKs ソリューション Polygon Maiden を発表した Polygon にも当てはまります。

実際、イーサリアムとブロックチェーン技術に対する需要の高まりを考慮すると、次のようなことも期待できます。06. 概要

06. 概要

つまり、ガス料金の高さは氷山の一角にすぎません。イーサリアムは当初からスケーラビリティの問題に直面しており、現在では多くのスケーラビリティ ソリューションがこの問題の解決に取り組んでいます。その中で、Arbitrum は現在最大のイーサリアム L2 ネットワークであり、今後数年間でスケーラビリティ ソリューションを最も支配する可能性が最も高いロールアップ ネットワークでもあります。

Arbitrum は、分散化とセキュリティを犠牲にすることなくイーサリアムを拡張できることが証明されています。ユーザーは可能な限り最高の価格を望むため、EVM と最も互換性のある L2 スキームの 1 つである Arbitrum をベースに構築する開発者がますます増えています。ロールアップは、イーサリアムに加えて、他の競合する L1 ネットワークでも採用され、ますます複雑になるスケーラビリティ ソリューションの状況に統合される予定です。