ロールアップ エコシステムの概要: Optimistic Rollup と zk Rollup 以外にどのような新しい設計がありますか?

ロールアップ エコロジーは、多くの想像力豊かなデザイン理論とハイブリッド進化を導き出しました。

著：アレックス・ベケット 編纂：アンバー

Rollup は、2019 年初めの構想以来、長い道のりを歩んできました。現在、市場には 2 つの主要な競合他社が存在しており、これに基づいて、多くの想像力豊かな設計理論とハイブリッドの進化が導き出されています。この記事では、2022 年時点のロールアップ エコシステムの開発状況を概観します。

楽観的なロールアップ

汎用の Optimistic Rollup には先行者利益があるため、Rollup アプリケーションの大多数を獲得しており、その中でも Arbitrum と Optimism は「Rollup ベンチマーク」とも言えます。

TVL によってランク付けされた Arbitrum は現在、ロールアップ アプリで 1 位にランクされており、ロックアップ額は 24 億ドルです。メインネット上で 1 年以上稼働しているにもかかわらず、システムにはまだテストされていない部分がたくさんあります。現在 Arbitrum を開発している主体である Offchain Labs は単一の中央発注者を運営しており、インタラクティブな不正証明は柔軟ですが、中央発注者は不正証明を生成するための異議申し立てを提出できる唯一のホワイトリストに登録されたエンティティです。ユーザーの視点から見ると、システム全体の分散化が徐々に進んでいくことが予想されますが、それでもシステムに対して多大な信頼を与える必要があります。

プロトコルの次世代アップグレードである Nitro が Devnet で開始されました。Nitro は既存のアーキテクチャを完全に変更し、カスタマイズされた Arbitrum 仮想マシンを WASM と Geth の組み合わせに置き換えます。 Arbitrum のインタラクティブな不正行為証明は WASM 上で実行され、ノードには Geth と同等のコードベースと、いくつかのロールアップ固有の最適化が追加されます。全体として、Nitro は大幅な最適化を実現し、パフォーマンスを向上させながら EVM の互換性を向上させます。

オプティミズムは 2 番目に大きいオプティミスティック ロールアップであり、TVL によるすべてのロールアップの中で 3 位にランクされており、ロックされたファンドは 4 億 6,900 万ドルです。 Optimism PBC は、単一の集中型ソーターを使用して、Arbitrum と同様に動作します。しかし、オプティミズム PBC は、発注者の利益を利用してネットワークに報酬を提供することで、生態系の発展を促進する方法を発見しました。第 1 ラウンドの資金総額 100 万ドルは、58 の公共財に寄付されました。ブロックチェーンの「分散起源」の世界では集中型の設計がプラスの影響を与えることは困難ですが、Optimism が行った試みはこの問題を最大限に軽減したようです。

Optimism の設計には現時点で不正行為の証拠が不足していますが、漸進的な分散化と必要なセキュリティのアップグレードが期待されています。ただし、ほとんどすべてのロールアップには即時または遅延アップグレードが可能であるため、ロールアップのセキュリティは最終的にはマルチシグ設計のアップグレード可能性に依存します。今後の Bedrock アップグレードでは、Optimism のアーキテクチャが Arbitrium のアーキテクチャに似たものに変換されます。現在の Optimism 仮想マシンは MIPS と Geth の組み合わせに置き換えられ、ノードは通常の Ethereum Geth ノードと同等になります。新しい追加には、元の非対話型 Fraud Proofs のアップグレードである Interactive Fraud Proofs も含まれています。 Bedrock は、システムに多くの機能と改善を追加し、Optimism のもう 1 つのマイルストーンとなるでしょう。

さらに、オプティミズムは非エリートの統治を実験することで飛躍的に進歩した。意思決定は、トークン ガバナンスとユーザー ガバナンスの 2 つの部分に分かれています。このうち、トークンガバナンスはトークンを投票証明書として使用するのに対し、ユーザーガバナンスは1人1票制です。このようなシステムでは、最も難しい点は投票 ID の配布であり、誤った攻撃を最小限に抑える必要があります。ユーザーが複数の有権者ステータスを取得できれば、通常のユーザーよりも「政府」に対して大きな影響力を持つことができます。楽観主義者は、市民権を表すために譲渡不可能なNFTを使用すると指摘していますが、個人がより多くの投票権を得るために秘密鍵を交換する脅威は依然として残っています。

Fuel は、OptimismRollup 分野のもう 1 つの注目すべき候補であり、Arbitrum や Optimism とは非常に異なるアプローチを採用しています。 Fuel Labs は、Rust ベースのプログラミング言語を使用して、Fuel V2 用のカスタム仮想マシンを構築しています。 EVM 互換のロールアップはイーサリアム開発エコシステムのロールアップに特に便利ですが、カスタム VM は多くの確立された標準に準拠する必要がないため、パフォーマンスを最大化するのが容易です。

Fuel V2 で最も気に入っている点は、並列トランザクション処理機能であり、データ量が一定レベルに達すると、並列処理を実装していない Rollup よりも並列処理を実装した Rollup の方が有利になります。特に、Fuel V1 はイーサリアム メインネット上の最初のオプティミスティック ロールアップであり、許可のない注文者と不正行為の証明を備えた唯一のロールアップであり続けています。

燃料の場合、オプティミスティック ロールアップは zk-ロールアップよりもはるかに優れています。 1 つは、Optimistic Rollup には完全かつ無制限の構成可能性があるということです。zk-Rollup には、zk 回路を介してスマート コントラクトを結合する際に固有の欠点があります。普遍的に構成可能な唯一の zk-Rollup は StarkNet ですが、現在、許可されたスマート コントラクトの展開とブリッジでサポートできる TVL の量には上限があります。他のすべての zk-Rollup はアプリケーション固有であるか、トークン転送のみを行います。

もう 1 つのポイントは、EVM の互換性によるものです。zk 回路には、EVM で標準となっている特定の種類の暗号化との互換性の問題が固有にあり、zkEVM を非常に困難なタスクにしています。オプティミスティック ロールアップは、EVM の互換性を確保するためにメインネット上でしばらく実行されており、アップグレードによりさらに同等性が達成されることが期待されています。

zk-ロールアップ

ここしばらくの間、イーサリアム コミュニティは、zk-Rollups がスケーラブルなロールアップの最終状態であるという合意に達しました。したがって、オプティミスティック ロールアップよりも多くの zk ロールアップが現在開発中であるようで、その多くは今後 2 年以内にリリースされる予定です。

StarkNet は現在、メインネット上で唯一の汎用で構成可能な zk-Rollup です。ただし、このシステムはまだ初期のアルファ版であり、さまざまな制限があります。 StarkNetとイーサリアム間のブリッジには制限があり、上限は将来的に徐々に増加します。 StarkNet でのスマート コントラクトの展開もホワイトリスト モードです。これは主に、開発者が導入したいすべてのコントラクトを監査するのに十分な監査人がいない可能性が高いため、スマート コントラクトのバグが発生するリスクを軽減するためだと思います。StarkWare が当面この役割を担うのは理にかなっています。監査可能性は新しいカスタム言語によくある欠点の 1 つであり、zk システムの複雑さによってさらに複雑になります。

zkSync はもう 1 つの主要な「zk-Rollup」候補であり、最近のテストネットの立ち上げは、ライブ テストネット上での zkEVM の最初のインスタンスの立ち上げを示しています。ただし、zkPorter の追加により、zkSync 2.0 は単なるアップグレードではなくなりました。これにより、ユーザーはトランザクションデータを公開するためにzkPorterとEthereumのどちらかを選択できるようになります。イーサリアムはダンクシャーディングを通じてデータ スループットを向上させていますが、Volition はユーザーにより良い選択肢を提供する優れた中間点です。

ほとんどの zk-Rollups はスケーラビリティを優先しますが、zk-Rollups が達成できるもう 1 つの重要な側面はプライバシーです。 Aztec は現在、プライバシー コイン転送 zk-Rollup (zk.money) でプライバシー分野の先頭に立っていて、私が知る限りプライバシーに重点を置いた唯一の Ethereum Rollup です。 Aztecは、ユーザーがイーサリアムDeFiにプライベートにアクセスできるようにする次のイテレーションであるAztec connectを間もなく開始する予定です。これは、トランザクションを直接「隠す」のではなく、コインを混合することによってのみプライバシーを確保できる Tornado.cash のようなアプリを使用する場合に比べて、大きな改善です。

zk-Rollups はすでに非常に複雑ですが、プライバシーの問題によりさらに複雑になります。 zk-Rollups はプライベートに構成可能なスマート コントラクトの状態に決して到達しない可能性があります。このため、プライバシーは、zk-Rollups または zk-Rollup 上の Validium を通じて、特定のアプリケーション チェーンを通じて現れる可能性があります。

Scroll や Polygon のさまざまなプロジェクトを含む、他のさまざまな zk-Rollups も登場しています。 zk-Rollups の大きな違いは、カスタム仮想マシンを使用するか、zkEVM 実行環境を使用するかの違いです。その長所と短所はオプティミスティック ロールアップに似ています。ただし、zk-Rollups は、zkEVM の実装に固有の複雑さを伴います。このため、StarkNet や Cairo などのカスタム仮想マシンと言語の道を進む可能性が非常に高くなります。

ソブリンロールアップ

ロールアップ カテゴリの最後の 2 つは、現時点では理論上のものにすぎません。ソブリン ロールアップは、ベース レイヤから独立してフォークできるフォーク選択ルールがあるという点で一般的なロールアップとは異なります。代わりに、通常のロールアップは、ロールアップの正確性を保証する必要があるため、フォークの選択を決済層に委任します。

ソブリン ロールアップは Celestia のような DA レイヤーで最も顕著であり、ロールアップ トランザクションの正確性が DA レイヤーによって保証されていません。このため、Celestia のようなロールアップ トランザクションは、不正行為/有効性の証明とフォークの選択を通じてその正確性を保証する必要があるため、デフォルトのソブリン トランザクションとなります。これをコンセンサスと混同しないでください。Celestia によって提供されるコンセンサスは、トランザクションの順序に関する合意です。

楽観的なソブリン ロールアップの場合、トランザクションは正しいとみなされるため、ロールアップ ノードは Celestia からブロック データをダウンロードするだけで済みます。 zk-Sovereign Rollup は、p2p ネットワークを通じてロールアップ ノード間で配布される有効性証明を通じて正確性を保証します。

ソブリン ロールアップの重要性は、ロールアップがベース レイヤから真に独立していることを可能にするフォーク機能に反映されています。

決済ロールアップ

決済レイヤーは、決済専用に構築されたソブリン ロールアップ ボディです。重要なのは、決済層はロールアップへの双方向の信頼を最小化したブリッジを持つブロックチェーンであることです。このブリッジにより、ロールアップ層と決済層の間でトークンを双方向に転送できるようになります。信頼の最小化は、データの可用性と不正/有効性の検証によって証明された正直な少数派の仮定にのみ通信が依存するブリッジの特性です。

他の決済レイヤーと同様、決済ロールアップの目的は、証明を検証し、紛争を解決し、トークンをブリッジするための「ロールアップ」環境を提供することです。ただし、技術的には、決済上の「ロールアップ」は、決済ロールアップが存在するデータ可用性レイヤーを介してオフチェーン DA を使用するという点でハイブリッドであり、検証レイヤーまたは楽観的検証レイヤーのいずれかになります。

ハイブリッド

バリジウム

Validium はハイブリッド zk-Rollup であり、トランザクション データはオフチェーンで公開されます。つまり、プルーフを検証するために決済層に加えて外部環境にも依存します。 StarkEx は、公開されたバリデーターの唯一のインスタンスです。 StarkEx は、現在 Immutable X、Sorare、DeversiFi の 3 つのアプリケーションをサポートするアプリケーション固有のバリデータです。 StarkEx は、TVL で 2 番目に大きいロールアップ アプリケーションである DyDx によって使用される zk-Rollup モードもサポートしています。

StarkEx は、StarkEx バリデーターにデータの可用性を提供する信頼できる当事者のグループで構成されるデータ可用性委員会 (DAC) を利用しています。データの可用性を許可された委員会に委任するとセキュリティは低下しますが、StarkEx バリデーターは zk-Rollups よりも安価なトランザクションを提供できるようになります。イーサリアムへのデータ投稿にはコストがかかり、これがロールアップ取引手数料に寄与する主な変動費であるため、コスト削減が可能です。

Validium と DAC のセキュリティ上の懸念の一部は、外部データ可用性レイヤーを使用することで軽減できます。セキュリティの主な向上は、ブロックチェーンによって提供される暗号経済セキュリティによってもたらされ、不正行為に対してノードが投獄され、ハッキングされる可能性があります。この実装の有効性は、「ロールアップ」のコストとセキュリティのトレードオフにおける興味深い実験です。

楽観的な妥当性

Validium と同様、Optimistic Validium は、トランザクション データがオフチェーンで公開されるハイブリッド オプティミスティック ロールアップです。この特定のハイブリッドを何と呼ぶべきかについて一般的なコンセンサスはありません。

Metis は現在、唯一の Optimistic Validium インスタンスです。 Optimistic Validium は、不正行為の証拠を生成し、紛争を正常に解決するにはデータの可用性が必要であるため、対応する Validium よりも若干弱いことに注意することが重要です。紛争が発生し、状態遷移に関するデータが利用できない場合、不正行為の証明は不正行為を証明できません。このため、オフチェーンのデータ可用性プロバイダーがデータを提供できない場合、Optimistic Validium から資金が盗まれます。

意志

zk-Rollup と Validium を組み合わせることで、Volition というハイブリッド ロールアップも利用できます。 Volition を使用すると、ユーザーはデータの可用性をオンチェーンまたはオフチェーンで選択できます。この選択は個々のトランザクションのレベルで行われ、オフチェーン データは手数料が安くなりセキュリティが低くなりますが、オンチェーン データは手数料が高くなりセキュリティが強化されます。これにより、ユーザーはコストと安全性の好みに適したリンクを明示的に探すのではなく、個々のシステムによって提供される選択の自由が得られます。

現在、zkSync 2.0 は、開発中で公表されている唯一の Volition です。 zkSync 2.0では、オンチェーンデータはイーサリアムによって提供され、オフチェーンデータはzkPorterと呼ばれる独自の専用PoSチェーンによって提供されます。ただし、現時点では詳細な情報が開示されていないため、StarkWare が将来 StarkEx または StarkNet にユーザー定義のオプションを提供すると推測することしかできません。

アダマンチウム

Adamantium は、誰もが個人的に自分のデータをネットワークに提供する Validium です。個人のトランザクション データは個人によって (オフチェーンに) 保存され、各ブロックのデータの可用性を証明するにはオンラインを維持する必要があります。ユーザーがオフラインであるか、証明できない場合、ユーザーの資金は自動的にオンチェーン決済層に引き出されます。 StarkWare は Adamantium の設計を考案しましたが、まだ大きな進歩を遂げているチームはありません。将来この前提がうまく実装できれば、自分自身のセキュリティをより個人的に制御したいユーザーやエンティティにとって、非常に魅力的になる可能性があります。

祀られているロールアップ

Enshrined Rollup は、既存のブロックチェーンの一部で構成されるロールアップです。簡単に言えば、それは実行シャードです。 Ethereum 2.0 の提案や他の同様のシャード ブロックチェーンに見られる Enshrined Rollup と Execute Sharding の違いは、Enshrined Rollup がモノリシックであることが提案されていることです。グローバルバリデーターグループは委員会に分割され、バリデーターグループとして特定のシャードに割り当てられます。実行シャーディングは、独自の実行、コンセンサス、およびデータ可用性を備えた独立したブロックチェーンとして機能しますが、サイドチェーンが選択したチェーンにチェックポイントを戻すのと同様に、「ビーコン チェーン」にチェックポイントを戻します。理論的には、イーサリアムのロールアップは実行のみであり、データの可用性と不正/有効性の証明にビーコン チェーンを使用します。