元のソース: Delphi Digital

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コンピレーションの著者: Free and Easy-The Way of the Metaverse

レポートのハイライト:

• レポートのハイライト:

• モノリシック チェーンは、単一ノードで処理できるコンテンツによって制限されますが、モジュラー エコロジーはこの制限を克服し、より持続可能な形式の拡張を提供します。

• モジュール化の背後にある主な動機は、効率的なリソースの価格設定です。モジュラーチェーンは、アプリケーションを異なるリソースプール（つまり、料金市場）に分割することで、より予測可能な料金を提供できます。<>ただし、モジュール化により、データ可用性 (DA) と呼ばれる新しい問題が発生しますが、これはいくつかの方法で解決できます。たとえば、Rollup はオフチェーン データをバッチで処理し、チェーンに送信できます。チェーン上で「データの可用性」を提供することで、この問題を克服し、ベース レイヤの基礎となるセキュリティを継承し、トラストレス L1 を確立します。

• L2通信。

• 専用データ可用性 (DA) レイヤーと呼ばれるモジュラー チェーンの最新形式は、ロールアップの共有セキュリティ レイヤーとして機能するように設計されています。 DA チェーンのスケーラビリティの利点を考慮すると、DA チェーンはブロックチェーン拡張の最終目標となる可能性があり、Celestia はこの点で先駆的なプロジェクトです。

実際に観察したところ、ZK ロールアップはオプティミスティック ロールアップよりも優れたスケーラビリティを提供できます。たとえば、dYdX のスループットは Optimism の約 10 倍ですが、L1 スペースの消費量はわずか 1/5 です。

本質的に、これはスケーラビリティ戦争であり、パラチェーン、サイドチェーン、クロスチェーンブリッジ、ゾーン、シャーディング、ロールアップ、データ可用性 (DA) などの専門用語が関係します。この投稿では、そのノイズを打ち破り、このスケーラビリティ戦争について詳しく説明します。長距離の乗車となるため、シートベルトを締める前にコーヒーか紅茶を飲んでください。

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スケーラビリティを求めて

さまざまなデザインを見ていきながら、その例をいくつか紹介します。ただし、始める前に、スケーラビリティが何を意味するかを定義することが重要です。簡単に言えば、スケーラビリティとは、検証コストを増加させることなく、より多くのトランザクションを処理できる能力です。これを念頭に置いて、主要なブロックチェーンの現在の tps データを見てみましょう。この記事では、これらのさまざまなレベルのスループットを達成するための設計プロパティについて説明します。重要なのは、以下に示す数値は考えられる最大値ではなく、これらのプロトコルの過去の使用状況の実際の値であるということです。

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モノリシックチェーン VS モジュラーチェーン

モノリシックブロックチェーン

まず、モノリシック チェーンを見てみましょう。このキャンプでは、Polygon PoS と BSC はスケーラビリティの定義に適合しません。なぜなら、それらはより大きなブロックでスループットを向上させるだけだからです (ノード リソース要件が増加し、パフォーマンスを向上させるために分散化が犠牲になるトレードオフ)。このようなトレードオフには市場適合性がありますが、長期的な解決策ではないため、それほど魅力的ではありません。 Polygon はこれを認識し、より持続可能なロールアップ中心のソリューションに移行しています。

一方、Solana は、完全に構成可能なモノリシックなブロックチェーンのフロンティアへの真剣な試みです。Solana の秘密のソースは履歴証明 (PoH) 台帳と呼ばれ、PoH のアイデアは世界的な時間の概念を作成することです (グローバル クロック）、コンセンサス投票を含むすべてのトランザクションには、発行者によって付加された信頼性の高いタイムスタンプが付けられます。これらのタイムスタンプにより、ノードは各ブロックで相互に同期するのを待たずに処理を進めることができます。 Solana は、EVM のように一度に 1 つの TX を処理するのではなく、実行環境を最適化することで TX を並列処理し、より良い拡張を実現します。

Solana はスループットの向上を達成しましたが、それでもなお主に、より集中的なハードウェアとネットワーク帯域幅の使用によるものです。これによりユーザーの料金は削減されますが、ノードの運用が限られた数のデータセンターに制限されます。これは、イーサリアムとは対照的です。イーサリアムは、手数料が高いため多くの人がアクセスできませんが、最終的には自宅からノードを実行できるアクティブなユーザーによって管理されます。

モノリシックなブロックチェーンはどのようにして失敗するのでしょうか?

モノリシック ブロックチェーンのスケーラビリティは、最終的には単一の強力なノードの処理能力によって制限されます。分散化に対する主観的な見方に関係なく、そのような能力は、ガバナンスを比較的少数の主体に限定する前に、徹底的に推進するしかありません。対照的に、モジュラー チェーンは合計ワークロードを異なるノード間で分割するため、単一ノードが処理できるよりも多くのスループットを生み出すことができます。

重要なことは、分散化はモジュール化の全体像の半分にすぎません。分散化と同じくらい重要なのは、モジュール性の背後にあるもう 1 つの動機、効率的なリソースの価格設定 (つまり料金) です。モノリシック チェーンでは、すべての tx が同じブロック スペースをめぐって競合し、同じリソースを消費します。したがって、混雑したブロックチェーンでは、単一のアプリケーションに対する市場の過剰な需要が、すべてのユーザーの手数料が上昇するため、チェーン上のすべてのアプリケーションに悪影響を与える可能性があります。この問題は、2017 年に CryptoKitties がイーサリアム ネットワークで輻輳を引き起こして以来存在していました。重要なのは、追加のスループットは実際には問題を解決するものではなく、問題を遅らせることです。インターネットの歴史は、容量が増加するたびに、追加されたばかりの余分な容量をすぐに消費する傾向にある、実行不可能な新しいアプリケーションのためのスペースを作ることを教えています。

将来的には、単一のリソース プールがさまざまな暗号アプリケーション (メタバースやゲームから DeFi や決済まで) を確実にサポートすると期待するのは単純です。完全にコンポーザブルなチェーンのスループットを向上させることは有益ですが、主流の採用にはより広い設計スペースとより適切なリソース価格設定が必要です。ここでモジュール式のアプローチが登場します。

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ブロックチェーンの進化

スケーリングという神聖な使命において、私たちは「組み合わせ可能性」から「モジュール性」へのトレンドの変化を目の当たりにしてきました。まず、これらの用語を定義しましょう。コンポーザビリティとは、摩擦を最小限に抑えた方法でアプリケーションが相互にシームレスに対話できる能力を指します。一方、モジュール性とは、システムを個別の部分 (モジュール) に分解し、取り外して再組み立てできるツールです。意思。

Ethereum Rollup、ETH 2.0 Fragmentation、Cosmos Zone、Polkadot Parallel Chain、Avalanche Subnet、Near’s Chunk、および Algorand の Parachain はすべてモジュールとみなすことができます。各モジュールは、それぞれのエコシステム内の通信能力を維持しながら、合計ワークロードのサブセットを処理します。これらのエコシステムを深く掘り下げると、モジュール設計は、モジュール間でセキュリティを実装する方法が大きく異なることに気づきます。

Avalanche (Avalanche)、Cosmos、Algorand などのマルチチェーン ハブは、独立したセキュリティ モジュールに最適ですが、Ethereum、Polkadot、Near、および Celestia (比較的新しい L1 設計) は、最終的には互いのセキュリティ セクシュアル モジュールを共有または継承することを想定しています。

マルチチェーン/マルチネットワークハブ

• 最も単純なモジュール設計は相互運用性ハブと呼ばれ、標準プロトコルを通じて相互に通信する複数のチェーン/ネットワークを指します。ハブはより広い設計スペースを提供するため、仮想マシン (VM)、ノード要件、料金モデル、ガバナンスなど、さまざまなレベルでアプリケーション固有のブロックチェーンをカスタマイズできます。 AppChain の柔軟性は、Universal Chain のスマート コントラクトに匹敵しません。いくつかの例を簡単に確認してみましょう。

• 80 億ドル相当の分散型ステーブルコインを運用している Terra には、ステーブルコインの採用と安定性を最適化する特別な手数料とインフレ モデルがあります。

• 現在、最大の IBC 処理量を持つクロスチェーン DEX である Osmosis は、フロントランニングのフロントランニングトランザクションを防ぐために、トランザクションが完了するまで TX を暗号化します。

Algorand と Avalanche は、カスタム ネットワーク上でエンタープライズ ユースケースをホストするように設計されています。これらは、政府機関が運営する CBDC からゲーム会社の役員会が運営するゲーム ネットワークまで多岐にわたります。重要なのは、このようなネットワークのスループットは、他のネットワーク/チェーンの分散化レベルを損なうことなく、より強力なマシンを使用して向上させることができるということです。

ハブはリソースをより効率的に使用するため、スケーラビリティの利点も提供します。 Avalancheを例に挙げると、C-ChainはEVM互換のスマートコントラクトに使用され、X-ChainはP2P決済に使用されます。通常、支払いは互いに独立できるため (ボブがチャーリーに支払うことは、アリスがデーナに支払うことに依存しません)、X-Chain は一部の TX を同時に処理できます。 VM をコア ユーティリティから分離することで、Avalanche はより多くの TX を処理できるようになります。

これらのエコシステムは、根本的なイノベーションを通じて垂直方向に拡張することもできます。 Avalanche と Algorand は、コンセンサスの通信オーバーヘッドを削減することでより優れたスケーリングを実現するため、ここで特に際立っています。Avalanche は「サブサンプリング投票」プロセスを通じてこれを実現し、一方、Algorand は安価な VRF ノードを使用して、各ブロックでコンセンサスを形成する一意の委員会をランダムに選択します。 。

上記では、ハブ アプローチの利点を列挙しました。ただし、このアプローチにはいくつかの重要な制限もあります。最も明白な制限は、ブロックチェーンは相互のセキュリティを共有または継承できないため、独自のセキュリティをブートストラップする必要があることです。安全なクロスチェーン通信には、信頼できる第三者または同期の前提が必要であることはよく知られています。ハブアプローチの場合、信頼できる第三者がカウンターパーティチェーンの主要な検証者になります。

たとえば、IBC を介してあるチェーンから別のチェーンにリンクされたトークンは、悪意のある大多数のソース チェーン バリデーターによっていつでも引き換えられる (盗まれる) 可能性があります。この大多数の信頼の仮定は、少数のチェーンのみが共存する現在ではうまく機能するかもしれませんが、チェーン/ネットワークのロングテールが存在する可能性のある将来では、これらのチェーン/ネットワークはモビリティの通信または共有のために互いのバリデーターを信頼することが予想されます。理想とは程遠い。これにより、クロスチェーン通信を提供し、大多数の信頼の想定を超える強力な保証を提供するロールアップとシャードが得られます。

(Cosmos はゾーン間で共有ステーキングを導入し、Avalanche は同じネットワーク上で複数のチェーンを検証できるようにしますが、これらのソリューションはバリデーターに対する要求が高いため、スケーラビリティが低くなります。実際には、ほとんどのアクティブなチェーンで採用される可能性が高く、尾鎖は長くありません）

データ可用性 (DA)

長年の研究の結果、すべての安全な共有の取り組みは結局、データ可用性 (DA) と呼ばれる非常に微妙な問題に帰着することが一般的に受け入れられており、一般的なブロックチェーンでノードがどのように動作するかを簡単に調べる必要がある理由を理解することができます。

一般的なブロックチェーン (イーサリアム) では、フル ノードはすべての TX をダウンロードして検証しますが、ライト ノードはブロック ヘッダー (大多数のバリデーターによって送信されたブロック ダイジェスト) のみをチェックします。したがって、フル ノードは無効なトランザクション (無制限のトークンの印刷など) を個別に検出して拒否できますが、ライト ノードは過半数によって送信されたものをすべて有効な TX として扱います。

これを改善するには、理想的には、単一のフル ノードが小さなプルーフを公開することですべてのライト ノードを保護できるようになります。このような設計により、ライト ノードは、多くのリソースを消費することなく、フル ノードと同様のセキュリティ保証で動作できます。ただし、これにより、データ可用性 (DA) と呼ばれる新たな問題が発生します。

悪意のあるバリデーターがブロックヘッダーを公開しても、ブロック内のトランザクションの一部またはすべてを保留した場合、欠落しているトランザクションが無効であるか二重支出を引き起こす可能性があるため、フルノードはブロックが有効かどうかを判断できなくなります。この知識がなければ、フル ノードはライト ノードを保護するための無効な不正証明を生成できません。要約すると、保護メカニズムが機能するには、まずライトノードがバリデーターがすべてのトランザクションの完全なリストを提供していることを確認する必要があります。

Rollup

DA 問題は、クロスチェーン通信に関して大多数の信頼の仮定を無効にするモジュラー設計の不可欠な部分です。 L2 では、この問題を回避したくないため、ロールアップは特別です。

ロールアップの環境では、メインチェーン (イーサリアム) をロールアップ (Arbitrum) のライトノードとみなすことができ、ロールアップはすべてのトランザクション データを L1 上で公開するため、リソースをまとめたい任意の L1 ノードがそれらを実行できます。ロールアップ状態を最初から構築します。完全な状態があれば、誰でもロールアップを新しい状態に移行し、有効性または不正行為の証明を発行して移行の正当性を証明できます。メイン チェーン上でデータを利用できるようにすることで、ロールアップは、正直な多数派ではなく、ごくわずかな単一の正直なノードを想定して動作できるようになります。

• この設計でロールアップがどのように優れたスケーラビリティを実現するかを理解するには、次の点を考慮してください。

• 現在のロールアップ状態を持つ単一のノードは、その状態を持たない他のすべてのノードを保護できるため、ロールアップ ノードの集中化リスクが少なくなり、ロールアップ ブロックを合理的に大きくできます。

• すべての L1 ノードがトランザクションに関連するロールアップ データをダウンロードしても、少数のノードだけがこれらの TX を実行してロールアップ状態を構築するため、全体的なリソース消費が削減されます。

• ロールアップ データは、L1 にリリースされる前に、巧妙な技術を使用して圧縮されます。

Appchain と同様に、ロールアップでは特定のユースケースに合わせて VM を調整できます。これは、リソースのより効率的な使用を意味します。

現時点では、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 つの主要なタイプがあることは誰もが知っています。スケーラビリティの観点から見ると、ZK ロールアップはより効率的な方法でデータを圧縮するため、オプティミスティック ロールアップよりも多くの利点があります。一部のユースケースでは、L1 フットプリントの削減が実現されます。このニュアンスは実際にすでに観察可能です。 Optimism は各 tx を反映するためにデータを L1 に公開し、dYdX は各アカウント残高を反映するためにデータを公開します。したがって、dYdX の L1 フットプリントは Optimism の 1/5 であり、推定処理スループットは約 10 倍異なります。この利点は当然、ZK ロールアップ レイヤ 2 ネットワークの料金の低下につながります。

Optimistic ロールアップの不正証明とは異なり、ZK ロールアップの有効性証明は、Volition と呼ばれる新しいスケーラビリティ ソリューションもサポートしています。 Volitions の完全な影響はまだわかりませんが、データをオンチェーンまたはオフチェーンのどちらで公開するかをユーザーに決定する自由を与えるため、非常に有望であると思われます。これにより、ユーザーはトランザクションの種類に基づいてセキュリティ レベルを決定できます。 zkSync と Starkware はどちらも、今後数週間または数か月以内に Volition ソリューションを開始する予定です。

ロールアップではデータを圧縮するために賢い技術が適用されますが、すべてのデータはすべての L1 ノードに公開される必要があります。その結果、ロールアップは線形スケーリングの利点しか提供できず、料金削減にも限界があり、またイーサリアムガス価格の変動の影響を非常に受けやすくなります。持続的に拡張するには、イーサリアムのデータ容量を拡張する必要があり、これがイーサリアム シャーディングの必要性を説明しています。

シャーディングとデータ可用性 (DA) の証明

シャーディングでは、すべてのメインチェーン ノードがすべてのデータをダウンロードするという要件がさらに緩和され、代わりに DA プルーフと呼ばれる新しいプリミティブを活用して、より高いスケーラビリティを実現します。 DA プルーフを使用すると、各ノードはシャード チェーン データのごく一部をダウンロードするだけで済み、その一部を知ることですべてのシャード チェーン ブロックを共同で再構築できます。これにより、単一のシャード チェーン ノードから紛争が発生し、要求に応じてすべてのノードによって解決されることが保証されるため、シャード間でセキュリティを共有することが可能になります。 Polkadot と Near はシャーディング設計に DA プルーフを実装しており、これは ETH 2.0 でも採用される予定です。

この時点で、ETH 2.0 シャーディングのロードマップが他のロードマップとどのように異なるかについて言及する価値があります。イーサリアムの当初のロードマップはPolkadotのようなものになる予定だったが、最近ではシャーディングのみのデータに移行しているようだ。言い換えれば、イーサリアム上のシャードはロールアップの DA 層として機能します。これは、イーサリアムが現在と同様に単一国家であり続けることを意味します。対照的に、Polkadot はシャードごとに異なる状態を持つベースレイヤーですべての実行を実行します。

純粋なデータ層としてシャードを使用する主な利点は、ロールアップが完全に構成可能な状態を保ちながら、複数のシャードにデータをダンプできる柔軟性があることです。したがって、ロールアップのスループットとコストは、単一シャードのデータ容量によって制限されません。シャードが 64 個ある場合、ロールアップの最大合計スループットは 5,000 TPS から 100,000 TPS に増加すると予想されます。対照的に、Polkadot が全体としてどれだけのスループットを生成しても、料金は単一のパラチェーンの限られたスループット (1000 ～ 1500 TPS) によって制限されます。

専用の DA レイヤー

専用の DA レイヤーは、モジュラー ブロックチェーン設計の最新形式です。彼らはETH 2.0 DAレイヤーの基本的なアイデアを使用していますが、それを異なる方向に向けています。この点における先駆的なプロジェクトは Celestia ですが、Polygon Avail などの新しいソリューションもこの方向に進んでいます。

• ETH 2.0 の DA シャードと同様に、Celestia は、他のチェーン (ロールアップ) をプラグインしてセキュリティを継承できるベース レイヤとして機能します。 Celestia のソリューションは、次の 2 つの基本的な点でイーサリアムとは異なります。

• 基本層では意味のある状態強制は実行されません (ETH 2.0 は実行します)。これにより、ステートフルな環境では、トークンセール、NFTエアドロップ、または高利回りファーミングの機会が発生したときに急増する可能性がある、非常に信頼性の低いベースレイヤー料金からロールアップが隔離されます。ロールアップは、セキュリティの場合と同じリソース (つまり、ベース レイヤのバイト) をセキュリティの場合にのみ消費します。この効率性により、ロールアップ料金を基本レイヤの使用量ではなく、主に特定のロールアップに関連付けることができます。

すべての設計と同様、専用 DA レイヤーにはいくつかの欠点があります。直接的な欠点は、デフォルトの決済レイヤーがないことです。したがって、資産を相互に共有するには、ロールアップは互いの不正行為の証拠を説明するメソッドを実装する必要があります。

要約する

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