V神の最新ロングエッセイ：イーサリアムL2と実行シャーディングの本当の違いとは？

2年半前、拙稿「Endgame"」で、ブロックチェーンの将来の異なる発展の道筋は、技術的な観点から見ると非常に似ているように見えると述べた。どちらの場合も、チェーン上に大量のトランザクションが存在し、これらのトランザクションを処理するには、（1）大量の計算、（2）大量のデータ帯域幅が必要となる。

通常のイーサリアムノード（現在私のコンピュータで稼働している2TBのrethアーカイブノードなど）は、強力なソフトウェアエンジニアリング能力とVerkleツリーをもってしても、必要とされる膨大な量のデータと計算を直接検証することはできない。その代わりに、L1シャーディングとロールアップ中心のソリューションでは、ZK-SNARKを使用して計算を検証し、DASを使用してデータの可用性を検証する。L2シャーディングでもロールアップでもDASは同じであり、ZK-SNARKの技術も同じである。どちらもスマートコントラクトのコードであり、プロトコルの機能である。技術的な観点から言えば、イーサリアムはシャーディングであり、ロールアップはシャーディングである。

この2つの違いは何だろうか？ロールアップではトークンが盗まれ、シャーディングではコンセンサスが崩れる。しかし、プロトコルが安定し、形式的検証技術が向上するにつれて、コードバグの影響はますます小さくなっていくと私は予測している。では、この2つのソリューションの間には、長期的に持続する可能性のある他にどのような違いがあるのだろうか？

実行環境の多様性

2019年、私たちはイーサリアムにおける実行環境のアイデアについて議論した。基本的に、イーサリアムは、アカウント（UTXOのような全く異なる方法を含む）、仮想マシンの動作方法、およびその他の機能性について異なるルールを設定できる異なるquot;zones"を持つことになる。これにより、スタックのさまざまな部分で方法論的な多様性を実現することができるが、イーサリアムが複数の機能を1つに統合しようとすると実現が難しくなる。

最終的に、私たちはより野心的な計画のいくつかを放棄し、EVMだけを維持した。しかし、イーサリアムのL2（ロールアップ、バリディウム、プラズマを含む）は、最終的には実行環境として機能すると言える。現在、私たちは通常EVM相当のL2に焦点を当てているが、これは他の多くの手法がもたらす多様性を見落としている：

• Arbitrum Stylusは、EVMの外部に2つ目のWASMベースのオラクルを追加する；
• ビットコインに似たUTXOベースのアーキテクチャーを採用するフュエル（より機能的）；
• Aztecは、ZK-SNARKに基づくプライバシー保護スマートコントラクトを中心とした新しい言語とプログラミングの形式化を導入している。

EVMを、ありとあらゆる形式化をカバーするスーパー・バーチャル・マシンにすることもできるが、それでは各機能の効率が大幅に低下してしまう。これらのプラットフォームが得意とすることをさせた方がいいだろう。

セキュリティのトレードオフスケーラビリティとトランザクション速度

イーサリアムL1は非常に強力なセキュリティ保証を提供する。L1上の最終ブロックに含まれるデータがコミットされた場合、コンセンサス全体（極端な場合はソーシャルコンセンサスも含む）が、データが改ざんされないこと、このデータによって引き起こされた実行が元に戻らず、データがアクセス可能なままであることを保証する。このセキュリティ保証を実現するために、イーサリアムL1は高いコストを受け入れることを厭わない。

本稿執筆時点では、取引手数料は比較的低い：レイヤー2の手数料は1トランザクションあたり1セント未満で、L1でも基本的なETHの送金は1ドル未満である。技術の進歩が十分に速く、利用可能なブロックスペースの増加が需要に追いつくことができれば、これらの手数料は将来も比較的低いままかもしれないが、そうでないかもしれない。多くの非金融アプリケーション（ソーシャルメディアやゲームなど）にとっては、0.01米ドルの取引手数料でさえ高すぎる。

しかし、ソーシャルメディアやゲームにはL1のようなセキュリティモデルは必要ない。もし誰かが100万ドルを費やして試合に負けた記録を取り消したり、ツイートを実際より3日遅く表示させたりできるのなら、それは問題ではない。したがって、これらのアプリケーションは同じセキュリティ・コストを負担すべきではない。L2ソリューションは、ロールアップからプラズマ、バリディウムまで、さまざまなデータ可用性方式をサポートすることで、これを実現している。

もう一つのトレードオフは、L2からL2への資産移転の問題である。私は、今後5年から10年の間に、すべてのロールアップがZKロールアップになり、ビニウスやサークルSTARKのような超効率的なプルーフシステムとルックアップ、プルーフアグリゲーションレイヤーを組み合わせることで、L2が各スロットで最終的なステートルーツを提供することが可能になると予測している。

しかし現状では、Optimistic RollupsとZK Rollupsを複雑にブレンドし、異なるプルーフタイムウィンドウを使用することしかできない。もし2021年に実行シャーディングを実装していたら、シャードを公正に保つためのセキュリティモデルはZKではなくOptimistic Rollupsになっていただろうから、L1は複雑なオンチェーン不正防止ロジックを管理しなければならないし、シャード間の資産移動には引き出し時間が1週間もかかるだろう。しかし、コードのバグと同様、この問題もいずれは一時的なものになると思う。

取引速度は、セキュリティのトレードオフの3つ目の側面であり、より永続的なものである。イーサリアムは12秒ごとにブロックを生成しており、過度な中央集権化を避けるために高速化することはない。しかし、多くのL2はブロック時間を数百ミリ秒に圧縮することを模索している。12秒はそれほど悪くない。ユーザーは通常、自分の取引がブロックに含まれるまで平均して約6～7秒待つ（次のブロックには含まれないかもしれないので、単に6秒というわけではない）。これは、私がクレジットカードで支払うときに待つ時間に匹敵する。しかし、多くのアプリケーションはより速いスピードを必要としており、L2はそれを提供することができる。

スピードアップのため、L2には事前確認の仕組みがある：L2バリデータ自身は、デジタル署名を用いて特定の時刻にトランザクションを含めることを約束し、もしトランザクションが含まれていなければペナルティを受ける。StakeSureメカニズムはこのメカニズムをさらに拡張したものである。

さて、これらの機能をL1に実装してみよう。L1には、「速い事前確認」と「遅い最終確認」のシステムを含めることができる。セキュリティ・レベルの異なるシャードを含めることもできる。しかし、これはプロトコルの複雑さを増すことになる。さらに、L1ですべてを行うことは、コンセンサスに過負荷をかける危険性がある。なぜなら、より大規模な、またはより高スループットの方法の多くは、より高い集中化リスクをもたらすか、より強力な形式の"ガバナンス"を必要とするからである。L2を通じてトレードオフを提供することで、イーサリアムはこれらのリスクをほぼ回避することができます。

組織と文化におけるレイヤー2のメリット

ある国が2つに分裂し、半分が資本主義国家に、もう半分が高度に政府主導の国家になったとしよう（現実のシナリオとは異なり、これはトラウマになるような戦争の結果ではなく、ある日突然、自然な国境線が現れただけだとする）。

資本主義的な部分では、レストランは異なる分散型所有権、ブロックチェーン、投票権で構成されている。政府主導の国家では、それらはすべて警察署のような政府の支部である。初日は、それほど大きな変化はないだろう。人々は一般的に、労働スキルやインフラといった技術的現実に基づき、既存の習慣、うまくいくこと、いかないことに従うだろう。しかし、1年後には、さまざまなインセンティブや管理体制が行動に大きな変化をもたらし、誰が出入りし、何が建設され、何が維持され、何が放棄されるかに影響を与えるため、大きな変化が見られるだろう。

政府管理経済と資本主義経済の違いだけでなく、大規模なフランチャイズ企業が支配する経済と、各スーパーマーケットが独立した起業家によって運営されている経済の違いについても論じている。L1中心のエコシステムとL2中心のエコシステムの違いも似たようなものだと思う。

L2中心のエコシステムとして、Ethereum'の主な利点は以下の通りだと思う：

• イーサリアムはL2中心のエコシステムであるため、より大きなイーサリアムのエコシステムの一部でありながら、独自の機能を持つサブエコシステムを独自に構築することができます。
• イーサリアムクライアントを構築するだけであれば、より大きなイーサリアムの一部であり、イノベーションの余地はあるものの、L2に比べればはるかに小さい。しかし、完全に独立したチェーンを構築するのであれば、創造の余地は広大ですが、共有セキュリティやネットワーク効果のメリットも失われます。L2はバランスが取れている。
• スケーラビリティ、柔軟性、スピードを実現する新しい実行環境とセキュリティのトレードオフを試す機会を提供するだけでなく、開発者の構築と保守、コミュニティのサポートを促すインセンティブ・メカニズムも提供する。

実際、各L2は分離されており、新しいメソッドをデプロイするのに許可が必要ないということでもある。もしあなたのL2が失敗したら、それはあなたの責任です。誰でも荒唐無稽なアイデア（例えばIntmax'のPlasmaメソッド）を提案することができ、イーサリアムのコア開発者がそれを完全に無視したとしても、彼らはビルドを続け、最終的にはデプロイすることができます。

L1の機能やプリコンパイルはこのようなものではない。イーサリアムでさえ、L1開発の成否は最終的に、私たちが望む以上に政治に左右されることが多い。理論的に構築できるものが何であれ、L1中心のエコシステムとL2中心のエコシステムが生み出す異なるインセンティブ・メカニズムは、最終的に、実際に構築されるもの、品質レベル、構築される順番に深刻な影響を与える。

イーサリアムのL2中心エコシステムが直面する課題とは？

このL2中心のアプローチは、L1中心のエコシステムがほとんど直面しない重要な課題に直面している。言い換えれば、イーサリアムには多くのL2が存在するが、その課題は、イーサリアムが独立したチェーンになるのではなく、いかにしてイーサリアムのように感じさせ、イーサリアムのネットワーク効果を維持するかということである。今日、この状況は多くの点で不満足である：

1. クロスチェーンは通常中央集権的なブリッジを必要とし、一般ユーザーにとっては非常に複雑です。Optimismにトークンを持っている場合、他人のArbitrumアドレスを自分のウォレットに貼り付けて送金することはできません。
2. クロスチェーン・コントラクトのサポートは、個々のスマート・コントラクト・ウォレットや組織ウォレット（DAOを含む）には向いていない。あるL2でキーを変更すると、他のL2でも変更する必要がある。
3. 分散型検証インフラはしばしば欠けている。イーサリアムはようやくHeliosのようなまともなライトクライアントを持ち始めた。しかし、すべてのアクティビティがL2上で行われるのであれば、それぞれに中央集権的なRPCが必要であり、それは無意味である。原理的には、イーサリアムのブロックヘッダがあれば、L2用のライトクライアントを構築することは難しくない。

コミュニティはこれら3つの分野の改善に取り組んでいる。クロスチェーンのトークン交換については、ERC-7683標準は新しい提案であり、既存の"集中型ブリッジとは異なり、固定された集中ノード、トークン、ガバナンスを持たない。クロスチェーンアカウントの場合、ほとんどのウォレットはクロスチェーンの再生可能メッセージを使用して短期的に鍵を更新し、長期的にはキーストアのロールアップを行うというアプローチを取っている。Starknet用のBeerusなど、L2用のライトクライアントも登場し始めている。さらに、次世代ウォレットの最近のユーザーエクスペリエンスの向上は、ユーザーが手動でネットワークを切り替えることなくDAppsにアクセスできるようにするなど、より基本的な問題を解決している。

しかし、L2中心のエコシステムは、調整において現実的な課題に直面していることを認めなければならない。なぜなら、単一のL2には協調のためのインフラを構築する自然な経済的インセンティブがないからです。小規模なL2は利益のごく一部しか得られないのでそれをしません。もしすべてのL2が自分たちのことだけを考え、より広範なイーサリアムのシステムとどのように連携するかを誰も考えなければ、前のセクションで説明した都市のユートピアのように、私たちは失敗するでしょう。

この問題に対する完璧な解決策があるとは言い難い。ただ言えることは、L1クライアントや開発ツール、プログラミング言語と同様に、クロスL2インフラもイーサリアムインフラの一種であり、評価され、資金提供されるべきものであることをエコシステムがより完全に認識する必要があるということです。私たちにはプロトコルギルドがありますが、基本インフラギルドが必要かもしれません。

結論

様々な公的な議論において、L2"とシャーディング"は、ブロックチェーンのスケーリングのための2つの相反する戦略とみなされることが多い。しかし、基礎となるテクノロジーを研究してみると、実際の基礎となるスケーリング方法は全く同じであるというジレンマに気づく。データ・シャーディング、不正検証機、ZK-SNARK検証機、あるいはロールアップ・シャード間通信のソリューションなど、主な違いは「誰がこれらのコンポーネントの構築と更新に責任を持ち、どれだけの自律性があるのか」ということだ。

L2中心のエコシステムは、真に技術的な観点からは基本的にシャーディングだが、シャーディングでは、独自のルールで独自のシャーディングを構築できる。これは非常に強力で、無限の創造性と多くの自律的イノベーションをもたらす。しかし、特に協調の面で重要な課題もあります。イーサリアムのようなL2中心のエコシステムが成功するためには、これらの課題を理解し、L1中心のエコシステムから可能な限り多くのメリットを得て、両世界のベストに限りなく近づくために、正面から取り組まなければなりません。