コンセンサス・ファースト：ZK時代のファンデーション層の再考

ここでの核心的な洞察は、トランザクション間の因果関係を中心に展開され、有向無サイクルグラフ（DAG）コンセンサスモデルの周りで行われた多くの作業を支えている。一般に、DAGアルゴリズムは、計算/処理が並行して行われるように、依存関係を明示的に記述しようとするものである。これらのアイデアを利用して、より高いスループットとより低いレイテンシをサポートするために、コンセンサスを大きく緩和したロールアップ・ベースレイヤーの出現を予想しています。

ロールアップの状態の自然な分割は、すべてのロールアップトランザクションが合計順序に従うことを強制することが不必要なオーバーヘッドであるかもしれないことを示唆している。しかし、これはコンセンサスを完全に排除するものではなく、むしろコンセンサスが本当に必要な部分を改善するものである。革新的なのは、この並べ替えを、すべての取引でグローバルに実施するのではなく、実際に必要な場所に限定できることを認識することである。

このパーティショニングの最大の影響は、他のRollup との互換性を犠牲にすることなく、特別な実行環境のスループットを向上させるエレガントなRollup ソリューションを作成することです。

Causal vs. full ordering

先に進む前に、順序について復習しておきましょう。

• 線形ブロックチェーンは、トランザクションの完全な順序、すなわち、すべての参加ノードの意見では、完全な線形順序に同意しなければなりません。線形順序に合意しなければならない。互いに無関係な取引は、それでもグローバルな順序にきちんと収まります。

• 一方、因果関係のある順序付けは、トランザクションを順序付けるだけです。つまり、最初に発生するトランザクションは、その出力に依存するトランザクションの前に来ます。因果関係のないトランザクションは、互いに対して順序付ける必要はない。これは部分的順序付けとしても知られている。DAGは単に、トランザクションの集合内の部分的順序付けを実装するデータ構造である。偏った順序付けはまた、DAGの不連続な部分間の並列トランザクション実行の扉を開く。ここで、すべてのノードが同意するトランザクションの単一でグローバルな順序付けは存在しない。

完全な順序付けは、DAGの上に構築することができます。Narwhal とTuskプロトコルやSuiのMysticetiの新しい進化がその例です。

DAG内のトランザクションは、他の無関係なトランザクションとは独立して検証することができます。トランザクションがバリデーターの過半数によって認識されると、そのトランザクションは有効とみなされる。トランザクションをブロック内ではなく個別に確認できるようにすると、多くのトランザクションを並行して提案・確認できるため、トランザクションのスループットが大幅に向上する。これはシングルリーダーコンセンサスの一般化と考えることができ、どのバリデータも新しいトランザクションを提案することができる（注：これは単一のトランザクションを含むブロックを提案することとも考えられる）。

DAGにおいてトランザクションの検証がどのように機能するかを要約する：

• ユーザーはトランザクションをバリデータノードのサブセットにブロードキャストする。.

• ノードがトランザクションを受信すると、まずグラフのローカルビューに基づいて、そのトランザクションが現在認識しているトランザクションのいずれかと競合するかどうかをチェックする。

• 同じ金額を使おうとしているなど、競合がある場合、トランザクションは拒否される。

• 競合がない場合、受信ノードはネットワーク内の他のノードと相互作用し、取引の有効性について何らかの合意に達する。このような方法の1つにサブサンプリングがあり、ノードは他のノードのサブセットをサンプリングし、自身のローカルな見解に基づいてトランザクションを有効とみなすかどうかを尋ねることで、数ラウンドの問い合わせを開始する。サンプリングされたノードの肯定応答が閾値を超えた場合、クエリーラウンドは成功したとみなされ、定足数に達したことを示す。このサンプリングプロセスは、ノードがトランザクションの有効性を確信するまで繰り返される。このプロセスにより、ノードはグローバルな合意を必要とすることなく、取引の有効性に関する確率的なコンセンサスに迅速に到達することができる。サンプリングが繰り返されることで、ネットワーク全体のコンセンサスが確保され、競合するトランザクションが同時に受け入れられる可能性が非常に低くなります。

サブサンプリング・トランザクション認証

重要なことは以下のとおりです。繰り返しになるが、このインタラクティブなプロセスは、定足数を達成するためにいつでもどのノードでも実行することができ、コンセンサスへの複数のパスを可能にする。いわば、各バリデータまたはレプリカは独自のブロックチェーンを実行し、他のノードと定期的に同期しているのだ。複数の異なるブロックチェーンを進めてから調整するというこの考え方は、Autobahnのような非DAGデザインでも検討されている（それでもデータの伝播とソートの分離に依存している）。Autobahnでは、各バリデータが独自のトランザクションチャネルを維持し、同期時に調整される。この論文では明確にブロックチェーンとは呼ばないが、チャネルはブロックチェーンに非常に近く、同期プロセスは複数のブロックチェーンをマージするのに似ていると考えている。

ファウンデーション層における因果関係

因果関係の概念を理解したところで、この概念がファウンデーション層にどのように関係しているのかを整理してみましょう。前述のように、ロールアップは通常、自身の永続的なパーティション分割された状態の更新に対応する状態データまたは状態差分のリストを公開する。2つのロールアップが公開するデータは、互いにまったく交差しないため、「ホット・ステート」を争うことはない。このため、ベースレイヤーにおけるグローバルなソートの必要性が緩和される。さらに、新しいロールアップの状態を検証するために、以前に公開されたロールアップの状態のみを検証する必要がある。

広い意味で、ロールアップは次のようなものであるべきです。コストを気にすることなく、ベースレイヤーにデータや証明を自由に公開できること。データがネットワークを通じて伝搬されるとき、ベース層のバリデータはロールアップ・シーケンサによって公開された証明を検証する。一定数のバリデーターがプルーフを検証した場合、そのトランザクションは確認されたとみなされる。このようなシステムにより、ロールアップはベース層をデータが伝播するのと同じ速度で確認を達成することができる。理論的には、これはシーケンサーの事前確認とベース層の確認の間の時間も短縮するはずである。

上記のシステムは、検証可能なアプリケーションの未来として実行を複製するのではなく、ZKベースの実行スライシングに依存しています。

2つのロールアップ間でデータを移動させるクロススライシングトランザクションはシーケンスされる必要があるが、これも部分的である。たとえば、ロールアップAからロールアップBに資産Xを移動させるには、ロールアップBに預金トランザクションを含める前に、ロールアップAで引き出しトランザクションの定足数を満たす必要がある。ベースレイヤーからの高速な確認は、同じエコシステム内のロールアップ間の相互運用性を確実に保証し、ベースレイヤーにネットワーク効果をもたらす。迅速な相互運用性と多数の価値ある資産との組み合わせは、潜在的なロールアップにとってベース層を魅力的にするのに十分かもしれない。

• ロールアップ取引の確認時間が速い。

• ロールアップ間の迅速な相互運用性（流動性ブリッジやマーケットメーカーを必要としない）。

• ロールアップ専用のDAスループット。

• ロールアップ専用の検証ツール（より多くの証明システム）。

簡単なメモ：原資産の価値蓄積

上記の議論は、ロールアップのための安価で高速かつ安全なベースレイヤーを提供します。しかし、ロールアップ中心のロードマップに関する現在の議論の多くは、ロールアップの存在下でのETHやイーサでの価値の蓄積を中心に展開されています。Baseのようなユーザーとの関係を持つL2は、ブロックスペースにプレミアムを課すことができ、DA手数料という形でイーサに還元されるのは収益のごく一部です。

迅速な相互運用性を実現するために、ロールアップがより頻繁に状態データを公開できるようにすることで、Baseはマーケットメーカーや流動性ブリッジに奪われるはずの収益を得ることができます。しかし、相互運用性の高いシステムがベースレイヤーにもたらす価値は、互いに通信する必要のあるロールアップの数に完全に依存する。ロールアップが複数のアプリケーションのニーズを満たさない場合、ベースレイヤーの価値はより明確になる。アプリケーションは、ベースレイヤーを使って相互作用するだけで、コンポーザビリティを実現できる。アプリケーションは、コンポーザビリティを犠牲にすることなく、高いスループットと自身のスペースのコントロールを得ることができます。

ベースレイヤーの実行を改善することで、ネイティブトークンの価値の蓄積を改善する議論もあります。これは事実上、ベースレイヤーがロールアップと競合することを可能にし、ロールアップ中心の設計原則に違反します。エンフォースメントを含む代替的なアプローチ（そしておそらく我々が推奨するアプローチ）は、エンシュラインド・ロールアップを構築することであり、そこではベースレイヤーの資産はロールアップ・シーケンサーをリプレースすることで保護される。必要であれば、ベースレイヤーバリデータのセットを、ロールアップの シーケンサのセットとして機能させることもできる(ただし、バリデータのセットは 同じである必要はない)。実際、Devcon 2024でのMartin Köppelmannの講演の後、enshrined rollupsまたはnative rollupsの話題が盛り上がり始めた。Etherのようなエコシステムにとって、それはETHが失われた価値の一部を取り戻すことを可能にすると同時に、開発者がEther Layer-1よりもはるかに低いプレッジを持つ可能性のあるロールアップでより自由に実験することを可能にします。

結論

全体として、ZK時代はイーサリアムとブロックチェーン全般にとって、真にエキサイティングで前向きな未来を表していると私たちは信じています。この投稿では、ZKと最先端のコンセンサスの組み合わせが、ロールアップ中心のシステムにおける基礎レイヤーの新たな方向性を示す可能性について概説する。ゼロ知識証明とDAGベースのコンセンサスメカニズムから借用したアイデアを組み合わせることで、ロールアップに真に最適化された基盤レイヤーを再想像することができる。コンセンサスは、ステートが実際に共有される場合にのみ適用されるべきであり、すべてのオペレーションに対して一律の要件として適用されるべきではない。エコシステムがモジュール設計に向けて進化し続けるにつれて、ベースレイヤーのコンセンサスに対するこのようなより微妙なアプローチが、モジュール型ブロックチェーンの標準になることを期待しています。

全体として、ベースレイヤーは競争力を維持するためにこの技術を採用しなければならないと考えています。

大きな夢を見ることを恐れてはならない。