レイヤー2の基本概念と主流プロジェクトの分析

I. レイヤー2とは

レイヤー2は、ブロックチェーン技術とネットワークプロトコルにおいて、基礎となるブロックチェーン（レイヤー1）を拡張するために使用されるソリューションです。レイヤー2は、メインチェーンの外部で大量のトランザクションを処理し、その結果をメインチェーンに一括送信することで、メインチェーンの負担を軽減します。

• スケーラビリティ：レイヤー2のソリューションはより多くのトランザクション量を処理できるため、レイヤー1（イーサやビットコインなど）で経験する混雑の問題を緩和することができます。

• レイヤー2ソリューションは、より多くのトランザクション量を処理できるため、レイヤー1（イーサやビットコインなど）で発生する混雑の問題を緩和できます。

• コスト削減：オフチェーンでトランザクションを処理することで、レイヤー2はユーザーのトランザクションコストを大幅に削減します。

• 速度の向上：レイヤー2は、メインチェーン上でトランザクションを個別に確認する必要がないため、トランザクションの処理速度を劇的に向上させることができます。

• セキュリティ：トランザクションがオフチェーンで処理されても、レイヤー2のソリューションはメインチェーンのセキュリティに依存し、最終結果が信頼され改ざんされないことを保証します。

II. 一般的なレイヤー2ソリューション

ステート・チャネル

1. このアプローチでは、2つ以上の当事者がチェーンの下で複数のトランザクションを行い、トランザクションの最後に最終的な状態をブロックチェーンにコミットするだけです。典型的な例は、主にビットコインに使用されているライトニングネットワークです。

サイドチェーン

1. サイドチェーンは独立したブロックチェーンです。独自のコンセンサスメカニズムを使用するが、双方向のアンカーを介してメイン（親）チェーンに接続されている。サイドチェーンはさまざまな機能や最適化を自由に実装できますが、メインチェーンは依然として主要なセキュリティと安定性を維持しています。

ロールアップ

ロールアップは、多数のトランザクションを1つのトランザクションにまとめ、メインチェーンに送信することで機能します。このアプローチは、楽観的ロールアップ（Optimistic Rollups）とゼロ知識ロールアップ（zk-Rollups）の2種類に分けられる。

• 楽観的ロールアップ（Optimistic Rollups）：トランザクションが有効であると仮定し、論争がある場合にのみ検証する

• Zkロールアップ：ゼロ知識証明技術により、トランザクションデータを送信する間、その正しさを保証する。

Plasma

1. Plasmaは、複数のサブチェーン構造を作成できるフレームワークです。Plasmaは、サブチェーン構造を多層化し、それぞれが多数のトランザクションを処理できるようにするフレームワークである。その強力な理論的基盤にもかかわらず、実際にはある課題に直面している。

しかし、l2beatのウェブサイトでは、ロールアップ以外のソリューションはすべてサイドチェーンとして定義されています

III.レイヤ2関連の説明

モジュール性

モジュール性は、現在のL2ブロックチェーンプロジェクトにおける標準となっています。周知のように、モジュール性はムスタファ・アルバサンとヴィタリックに由来する用語です。AlbasanとVitalikは2018年に「Data Availability Sampling and Proof of Fraud（データの可用性サンプリングと不正の証明）」というタイトルで共著を出し、後にCelestiaによって開発された。モジュール性とコンポーザビリティはレイヤー2には非常に適切だが、レイヤー3ではどのように現れ、モジュール性、コンポーザビリティのあるレイヤー3をどのように理解すればいいのだろうか？モジュール性が機能するのは、主にブロックチェーン・パブリックチェーンアーキテクチャのコンポーザブルな機能のためであり、成熟したパブリックチェーンには以下が含まれます：

• 決済レイヤーは資産の取引ステータスを担当します。

• DA層（データ可用性）は、トランザクション検証のためのデータ可用性へのトランザクションデータの状態を担当します。実行レイヤーは、スマートコントラクトの呼び出しと実行を含む、トランザクションの実行ロジックの処理に責任を負います。

• コンセンサスレイヤーは、トランザクション履歴の特定のバージョンに関するすべてのノードの一貫性に責任を負います。

• コンセンサスレイヤーは、トランザクション履歴の特定のバージョンに関するすべてのノードの一貫性に責任を負います。

• 相互運用性レイヤーは、異なるブロックチェーンネットワーク間でのメッセージ通信と状態管理を担当します。

上記のブロックチェーンコンポーネントには明確な役割分担があり、それぞれがブロックチェーンの信頼性と分散性を構成する上で独自の役割を担っています

データ可用性レイヤー（DA）

データ可用性レイヤー（DA）は、データを扱い、データの可用性を保証するレイヤーです。データの可用性とは、データが必要なときにアクセス、検証、使用できることを意味し、ブロックチェーンシステムにおけるデータの完全性とセキュリティにとって重要です。データ可用性レイヤーの設計目標は、すべての参加者がブロックチェーン上で公開されたデータにアクセスし、検証できるようにすることで、システム全体の透明性と信頼性を確保することです。

データ可用性レイヤーの主な機能

• Data Storage and Distribution: データの保存と配布: データ可用性レイヤーは、すべての参加者がブロックチェーン上に公開されたデータにアクセスし、検証できるようにすることで、システム全体の透明性と信頼性を確保するように設計されています。strong>：データ可用性レイヤーは、ブロックチェーンによって生成されたデータを保存し、このデータがすべてのノードからアクセス可能であることを保証する責任を負う。データの永続性と冗長性を確保するための分散データ保存メカニズムを提供します。

• データ検証：このレイヤーは、ノードがデータの完全性と正しさを迅速に検証できるようにする検証メカニズムも提供します。データの検証は、データが改ざんや破損されていないことを確認するための重要なステップです。

• データ検索: データ可用性レイヤーは、必要なときにデータを効率的に検索してアクセスできるようにする必要があります。トランザクションの検証であれ、スマートコントラクトの実行であれ、データ分析であれ、データを素早く取得する能力に依存しています。

• 冗長性とフォールトトレランス：データの損失や破損から保護するために、データ可用性レイヤーは通常、分散ハッシュテーブル（DHT）を通じて、またはデータを複数のノードに複製するなど、データの冗長性とフォールトトレランスのメカニズムを実装します。

ブロックチェーンアーキテクチャにおけるデータ可用性レイヤーの位置

レイヤー化されたブロックチェーンアーキテクチャでは、データ可用性レイヤーは通常、決済レイヤーや実行レイヤーなどの他のレイヤーと連携して機能し、システム全体の効率的な運用を保証します。システム全体の効率的な運用を保証する。具体的には、データ可用性レイヤーは、決済レイヤーと実行レイヤーに信頼性の高いデータストレージとアクセスサービスを提供します。

データ可用性レイヤーの実装

• オンチェーン・データ可用性.strong>：従来のブロックチェーンシステムでは、すべてのデータがチェーン上に保存されるため（ビットコインやイーサなど）、データの可用性が保証されます。しかし、このアプローチはブロックチェーンの肥大化とパフォーマンスの問題につながる可能性があります。

• オフチェーンデータの可用性：最近のブロックチェーンシステムの中には、オンチェーンデータの肥大化に対処するためにオフチェーンデータストレージを使用しているものがあります。例えば、Rollupテクノロジーは取引データのほとんどをオフチェーンに保存し、オンチェーンにはデータのダイジェストまたは証明のみを保存します。

• スライシング：スライシング技術はブロックチェーンを複数のスライスに分割し、それぞれがデータの一部を保存します。このアプローチはシステムのスケーラビリティとデータ処理能力を向上させますが、各スライスのデータアクセシビリティと整合性を確保するための効果的なデータ可用性スキームが必要です。

データ可用性レイヤーの課題

• データ可用性攻撃：データ可用性攻撃とは、悪意のあるノードがすべてのデータを提供せずにブロックをリリースし、他のノードがデータの完全性を検証できなくすることです。この問題を解決するには、効果的なデータ可用性証明メカニズムを設計する必要があります。

• ストレージと帯域幅の制限: ブロックチェーン内のデータ量が増加すると、ストレージと帯域幅の要件も大幅に増加します。データ可用性レイヤーは、増大するデータ需要に対処するために、効率的なストレージと配信メカニズムを必要とします。

• プライバシーとセキュリティ：データのプライバシーとセキュリティを確保することも、データ可用性レイヤーの重要な課題の1つです。機密データを保護するために、暗号化とアクセス制御のメカニズムを設計する必要があります。

データ可用性に対するアルゴリズム

データ可用性の証明。

データ可用性証明は、公開されたデータが実際に存在し、アクセス可能であることを検証する方法です。これらの証明は、データ可用性攻撃（例えば、ブロックパブリッシャーがデータを公開していると主張するが、実際には公開していない場合）を防ぐために重要です。

• ケイト・コミットメント：

• 大規模データセットの可用性を効率的に検証するための多項式コミットメントに基づくスキーム。KZG (Kate-Zaverucha-Goldberg)約束を使って、特定のデータブロックが正しく公開されていることを証明する。

• データ可用性サンプリング:

• ノードが少数のデータ断片をランダムに抽出して検証することで、データセット全体の可用性を判断するランダム・サンプリング手法。この方法は検証のコストを削減し、リソースが限られた軽いノードでも検証に参加することができます。

Erasure Coding

Erasure Codingは、データストレージの冗長性と信頼性を向上させるために使用されるデータエンコーディング技術です。データ・ストレージの冗長性と信頼性を向上させます。データを複数のセグメントに分割し、冗長情報を追加することで、セグメントの一部が失われたり破損したりしても、データを復元することができます。

• リード・ソロモン・コード：

• 広く使われている訂正打ち切り符号で、任意のk個の有効セグメントから元のデータを復元できます。このようなコードは、ストレージや分散システムで広く使われています。

• LDPC符号（低密度パリティチェック符号）：

• エンコードとデコードに疎な行列を使用する非常に効率的な訂正打ち切り符号で、高い冗長性と低遅延を必要とするシステムに適しています。

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分散ハッシュテーブル(DHT)

DHTは、分散ストレージシステムです。分散ストレージシステムであり、ノードはハッシュ関数を通じてデータの場所を決定し、ネットワークを介してデータを保存および取得します。

• Kademlia:

• XOR距離メトリックを使用してノード間の距離を決定し、データ要求を効率的にルーティングする一般的なDHT実装です。Kademliaの分散された性質により、分散型ネットワークにおけるデータの保存と検索に適しています。

**Cryptography **

暗号化とハッシュアルゴリズムは、データの完全性とセキュリティを確保する上で重要な役割を果たします。

• メルクル木:

• Merkleツリーは、大規模なデータセットの整合性を効率的かつ安全に検証するために使用されるハッシュツリー構造です。Merkle Rootハッシュを使用すると、ノードは任意のデータ断片がデータセットの一部であることを迅速に検証できます。

• ゼロ知識証明(ZKP):

• ゼロ知識証明は、当事者が特定のデータを明らかにすることなく、特定のデータに関する知識を持っていることを証明することを可能にします。ZKPは、zk-SNARK（Zero Knowledge Arguments for Concise Non-Interactive Knowledge）のように、データの可用性やプライバシー保護において幅広い用途があります。

データ・シャーディング

データ・シャーディングは、大きなデータセットをより小さな断片に分割するプロセスです。

データ・シャーディングとは、大規模なデータセットを分割し、異なるノードに分散させることで、システムのスケーラビリティとデータの可用性を向上させるプロセスです。

イーサリアム2.0のシャーディング：イーサリアム2.0はシャーディングを使用して、ブロックチェーンの状態とトランザクションの負荷をシャードの複数の並列チェーンに分割します。各シャードチェーンは独立してトランザクションと状態を処理しますが、ビーコンチェーンを通じて統一されたコンセンサスとデータの可用性を実現します。

**Data Availability Layer Example **

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  イーサ。2.0：イーサネット2.0のシャーディング設計では、ビーコンチェーンとシャーディングチェーンが連携する必要があり、データ可用性レイヤーは、各シャーディングチェーンのデータの可用性を確保する上で重要な役割を果たします。

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  Celestia: Celestiaは、コンセンサスとデータの可用性を分離することで、ブロックチェーンのスケーラビリティと効率を向上させる特別なデータ可用性レイヤーの構築に注力しています。

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  EigenDa: 新興のデータ可用性（DA）ソリューションで、革新的な技術アプローチを通じて、ブロックチェーンや分散型アプリケーションにおけるデータの可用性を確保することに焦点を当てています。EigenDAは複数の高度な暗号技術とデータ分散技術を組み合わせ、効率的で信頼性が高く、スケーラブルなデータ可用性を実現します。

**Centralised Storage Networks **

分散型ストレージネットワークは、分散ストレージ技術を活用して、データの可用性と検閲耐性を向上させます。

• IPFS (InterPlanetary File System): IPFSは分散ファイルシステムです。コンテンツ・アドレッシングとDHTを使用してデータを保存および取得します。分散ストレージにより、IPFSはネットワーク全体でデータの高可用性と冗長性を保証します。

• Filecoin：IPFSをベースとした分散型ストレージネットワークで、Filecoinは経済的インセンティブによってデータの確実かつ永続的な保存を保証します。ストレージノードは、ストレージスペースと検索サービスを提供することで、トークンで報酬を得ます。

クロス・チェーン・コミュニケーション・レイヤー

クロス・チェーン・コミュニケーション・レイヤー（CCL）は、異なるブロックチェーン・ネットワーク間の情報と価値の相互運用性を可能にする技術とテクノロジーです。異なるブロックチェーンネットワーク間の情報と価値の相互運用性を可能にする技術とプロトコル。ブロックチェーンネットワークは独立して動作し、互換性がないことが多いため、クロスチェーン通信を可能にすることで、ブロックチェーン間の孤立を打破し、分散型アプリケーション（dApps）の相互運用性とより広範なエコシステムの統合を促進します。

クロスチェーン通信レイヤーの主な機能

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  次のとおりです。相互運用性：クロスチェーン通信レイヤーは、データや資産が異なるブロックチェーン間で相互運用できるようにします。これには、トークンの転送、データの共有、クロスチェーンのスマートコントラクトの起動などが含まれます。

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  信頼とセキュリティ：クロスチェーン通信のセキュリティと信頼を確保することが重要です。クロスチェーン通信レイヤーは、クロスチェーン運用のセキュリティと完全性を確保するために、ダブルフラワー攻撃や中間者攻撃などのさまざまな攻撃から保護する必要があります。

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  互換性：クロスチェーン通信レイヤーは、異種ブロックチェーン間のシームレスな通信を保証するために、異なるブロックチェーンのコンセンサスメカニズムとデータ構造をサポートする必要があります。

クロスチェーン通信の実装

リレー：リレーは、リレーチェーンまたはリレーノードを介して異なるブロックチェーン間で情報を受け渡すためのブリッジングメカニズムです。異なるブロックチェーン間で情報を受け渡す。リレーはソースチェーン上のイベントを監視し、ターゲットチェーンに送信して処理する役割を担う。例：Polkadotのリレーチェーンは、異なるパラチェーンを接続し、クロスチェーン通信と共有セキュリティを可能にします。

アトミックスワップ: アトミックスワップは、ハッシュタイムロックコントラクト（HTLC）を使用して、資産の交換がチェーン間で同期されることを保証する、非信頼のクロスチェーントランザクションです。例：ビットコインとイーサリアム間のアトミックスワップは、2つのチェーン間のトークン交換を保証するためにHTLCを介して実装することができます。

サイドチェーン：サイドチェーンは、メインチェーン（メインネットワーク）と並行して動作する独立したブロックチェーンであり、双方向のペッグメカニズムを通じてメインチェーンとの間で資産の移転やデータの通信を行います。例：リキッドネットワークはビットコインのサイドチェーンとして機能し、より高速なトランザクションと高いプライバシーを可能にしている。

クロスチェーンブリッジ: クロスチェーンブリッジは、ブリッジングコントラクトまたはリレーを通じて、異なるブロックチェーン間で資産や情報を転送するための特別なプロトコルまたはプラットフォームです。例：ChainBridgeとRenBridgeは、異なるブロックチェーン間で資産のクロスチェーン転送を可能にするブリッジングツールです。

分散型中継器: 分散型中継器のネットワークは、ノードの分散型ネットワークを通じてクロスチェーンのトランザクションを検証し、配信するトラストレス・クロスチェーン・ソリューションです。例：CosmosのIBC（Inter-Blockchain Communication）プロトコルは、分散型リピーターを通じてクロスチェーン通信を可能にします。

具体例

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  ポルカドット: ポルカドット（Polkadot）は、分散型リピーターを通じてクロスチェーン通信を可能にします。/strong>：Polkadotのリレーと並列チェーンのアーキテクチャは、効率的なクロスチェーン通信を可能にします。リレーチェーンは、並列チェーン間のクロスチェーン・トランザクションの管理と検証を担当し、クロスチェーン・オペレーションのセキュリティと一貫性を保証します。

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  Cosmos: CosmosはIBCプロトコルによってクロスチェーン通信を可能にします。とアセットを安全に届けることができます。

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  DappLink Cross-Chain Interoperability: アセット、データのクロスチェーン相互運用性を実現するzkpベースのプロトコル

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  DappLink Cross-Chain Interoperability: アセット、データのクロスチェーン相互運用性を実現するzkpベースのプロトコル

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  DappLink: アセット、データのクロスチェーン相互運用性を実現するzkpベースのプロトコル。style="text-align: "left;">チェーンリンク: チェーンリンクは、チェーン上とチェーン外のデータを述者の分散型ネットワークを通じて安全に伝送することを可能にする、クロスチェーンのデータと資産の相互運用性ソリューションを提供します。

クロスチェーン通信の課題

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  セキュリティ：クロスチェーン通信は、ダブルフラワー攻撃、リプレイ攻撃、中間者攻撃など、さまざまなセキュリティ問題に対処する必要があります。強力な認証メカニズムと暗号プロトコルを設計する必要があります。

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  パフォーマンスとスケーラビリティ：クロスチェーン操作は待ち時間と複雑さを増加させる可能性があり、大規模なアプリケーションをサポートするために最適化されたパフォーマンスとスケーラビリティが必要です。

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  標準化と相互運用性：異なるブロックチェーンは異なるプロトコルとデータ構造を持ち、相互運用性のために標準化されたプロトコルと共通のフレームワークが必要です。

IV. メインストリームのレイヤー2プロジェクトの分析

イーサリアム・エコロジー

イーサネットのメインストリームのレイヤー2ソリューションには、オプティミスティック・ロールアップとzk-ロールアップがあります。ロールアップは、分散化とセキュリティを維持しながら、イーサネットネットワークのスループットを向上させ、トランザクションコストを削減するように設計されています。

楽観的ロールアップ

楽観的ロールアップは、コミットチェーンと実行チェーンに基づくレイヤー2拡張です。実行チェーン。チェーン外の実行チェーンに大量のトランザクションデータを格納し、チェーン上のコミットメントチェーンに定期的に実行結果を提出する。オフチェーンでの計算とオンチェーンでの紛争解決により、Optimistic Rollupsはイーサリアムの分散型の性質を維持しながら、高性能なスマートコントラクトの実行を可能にします。

Optimistic Rollupsの主流プロジェクト

• Arbitrum

  。

• 楽観主義

• 楽観主義

• 第2層

OP古いOVMコードアーキテクチャ