データ可用性レースの現状：L1、L2、モジュラーが三つ足で立つ
TechFlow厳選深潮セレクト
データ可用性レースの現状：L1、L2、モジュラーが三つ足で立つ
データ可用性分野での優れた起業チームの取り組みを、さらに多く見られることを願っています。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察データ可用性（Data Availability）は、主に軽量クライアントノードがフルノードと比較される文脈で議論されます。軽量クライアントノードにおけるデータ可用性の問題については、業界内ですでに合意が形成されており、その解決策として消散符号（erasure codes）の採用が一般的です。
データ可用性の課題は、軽量クライアントノードに限ったものではなく、Layer1＋Layer2の構造においても、モジュラー型ブロックチェーンの構造においても存在します。
現時点では、業界内でデータ可用性の問題に対処するための主な対応策は以下の3つに大別できます。
1. L1チェーン上でのデータ保管コスト削減案――EIP-4488およびEIP-4844
イーサリアムがRollupによるスケーリングを行う場合、取引1件あたりの費用は大きく分けて3種類あります。実行コスト（ネットワーク内のすべてのノードが取引を実行し、その有効性を検証するコスト）、ストレージ／ステートコスト（新しいステートを更新するコスト）、そしてデータ可用性コスト（データをL1に公開するコスト）です。
このうち、最も大きな割合を占めるのがデータ可用性コストです。
現在、RollupがデータをL1にアップロードする際にはCalldata形式が使われていますが、これは非常に高価です。そこで提案されたのがEIP-4488であり、非ゼロバイトのCalldataコストを従来の16Gasから3Gasに引き下げることが可能ですが、それでも依然としてコストは高いままです。
その後、さらに進んだEIP-4844（Proto-Danksharding）の提案が登場しました。これにより、Blobを保持するトランザクション（Blob carrying Transactions）という新しいトランザクション形式が導入されました。この形式は通常のトランザクションに加え、L2のデータを格納できるBlob領域を持ちます。また、Blobデータは約1か月後にノードによって削除されるため、ストレージ容量の大幅な節約が可能です。Blob形式のトランザクションは、Calldataよりもはるかに安価なデータ可用性を提供できます。
その理由は主に2点あります。
第一に、CalldataはExecution Payload内に含まれるのに対し、BlobデータはPrysmやLighthouseなどのノードに保存され（Gethには保存されず）、Calldataはスマートコントラクトからの読み取り時に多くのリソースを消費するのに対して、Blobはそのような負荷がありません。
第二に、Blobデータは短期的な保存に限定され、1か月後に自動的に削除されます。
要するに、これはイーサリアムがL1上でデータ可用性のコストを削減するための取り組みと言えます。
また、これに伴いデータ可用性の検証手法として「データ可用性サンプリング」（DAS：Data Availability Sampling）も提案されています。DASにより、ノードはブロック全体をダウンロードせずとも、ランダムに選ばれた一部のデータ断片をダウンロードして、そのブロックのデータが完全に公開されているかを検証できます。DASは並列化検証が可能なため、将来データシャーディングの数が増えても、個々の検証ノードの負担は増加しません。むしろ、より多くの検証ノードが参加しやすくなり、検証ノードの十分な非中央集権化が促進されます。DASを実現するために消散符号技術が導入され、さらに消散符号が正しくエンコードされていることを保証するために、KZG多項式コミットメント（KZG Polynomial Commitments）が用いられます。
こうした一連の対策により、イーサリアムのノード（または軽量クライアント）はデータの一部だけをランダムにダウンロードすることで、すべてのデータが利用可能であることを検証できるようになります。
2. 実行層Rollupが提供するデータ可用性ソリューション
現在、主要な実行層Rollupプロジェクトも独自のデータ可用性ソリューションを提供しています。たとえばStarkEx、zkSync 2.0、Polygon zkEVMなどが該当します。
StarkEx
StarkExは、許可制かつアプリケーション固有のスケーリングソリューションを構築するためのフレームワークです。dYdX、Immutable、Sorare、DeversiFi、ReddioなどのプロジェクトがStarkExを採用しています。
StarkExは複数のデータ可用性モードを備えており、Rollup、Validium、Volitionの3種類があります。これらすべては有効性証明（validity proof）に基づいています。
Rollupモードでは、すべてのデータがオンチェーンに記録されます（data on-chain）。
Validiumモードでは、データはオフチェーンに保持され、最新ステートのコミットメントとその有効性証明のみがオンチェーンに提出されます。
Volitionモードはハイブリッド型であり、ユーザーが個別の取引単位でデータをオンチェーンまたはオフチェーンに保存するかを選択できます。
Validiumはデータをオフチェーンに保持するため、最新ステートのコミットメントと証明のみをオンチェーンに送信すればよく、取引コストが低く、TPSも高くなります。しかし、その代償としてStarkEx Validiumのオペレーター（Operators）がユーザーの資金を凍結する可能性があります。StarkExは、許可制のデータ可用性委員会（DAC：Data Availability Committees）を導入しており、DACの構成メンバーは法定数に達したうえで、ステートの各更新に対して署名を行い、データを受領したことを確認しています。現在、StarkExのDACは8名の参加者で構成されています。
zkSync
zkSync 2.0は新たなアーキテクチャを導入し、zkRollupとzkPorterの2種類のアカウントを統合的に提供します。ただし、これら2つの部分は相互に組み合わせ可能かつ相互運用可能であり、zkRollup側のコントラクトやアカウントはzkPorter側のアカウントとシームレスにやり取りでき、逆も同様です。ユーザーにとって唯一顕著な違いは、zkPorterアカウントの手数料が約100倍安いことです。
zkRollupはオンチェーンのデータ可用性を備え、zkPorterはオフチェーンのデータ可用性を採用しています。具体的には、zkRollupのデータ可用性はL1に依存し、zkPorterのデータ可用性はL2に依存します。zkRollupの取引データはCalldataとしてイーサリアムに公開されるのが一般的ですが、特筆すべきはzkPorterのデータ可用性設計です。
zkPorterは、zkRollupとシャーディングのアイデアを組み合わせたハイブリッド方式でデータ可用性を処理します。任意の多数のシャードをサポート可能で、各シャードが独自のデータ可用性戦略を持つことができます。この戦略はそれぞれのシャードのスマートコントラクトによって定義されます。シャードの選択は個人アカウントレベルで制御されます。つまり、データ可用性の責任が各シャードに委譲され、それらは自由に異なるソリューションを選べるということです。
zkPorterのシャードには、Shard 0、Guardians Shard、Protocol X Shardなどがあります。
Shard 0はシンプルなzkRollupシャードであり、基盤となるイーサリアムL1の完全なデータ可用性とセキュリティを享受します。そのため、zkPorter内部では最も運用コストが高いシャードであり、メインネットでの取引コストの約1/100程度です。
他のシャードは、それぞれのスマートコントラクトで独自のデータ可用性戦略を定義します。zkPorterのシャード間でオンチェーンのデータ可用性を交換することで、取引コストはさらに10〜100倍削減され、TPSもベースシャードを大きく上回ります。zkPorterは、オプションのバリデーター機構――zkPorter Guardians――を導入しており、この仕組みによりプロトコルの利害関係者が各シャード上のデータ可用性の保証人として参加できます。
zkPorterのデータ可用性は、zkSyncのトークンホルダー（ガーディアン）によって保護されます。彼らはブロックに署名することでzkPorter側のステートを追跡し、zkPorterアカウントのデータ可用性を確認します。ガーディアンはzkSyncトークンを使ってプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に参加します。これがいわゆる「データ可用性の暗号経済的保証」です。
Polygon zkEVM
Polygon zkEVMは、暗号証明に基づく分散型のイーサリアムLayer2スケーリングソリューションであり、取引の検証と迅速な確定性を提供します。Polygon Availと同じく、Polygonが提供するスケーリングソリューションの一つですが、焦点は異なります。PolygonはPolygon Availのような汎用データ可用性ソリューションを提供しているにもかかわらず、Polygon zkEVM自体でも独自のデータ可用性設計を採用しています。
Polygon zkEVMもハイブリッド型のデータ可用性を採用しており、ValidiumまたはVolitionモードを選択できます。Validiumモードではデータはオフチェーンに保存され、有効性証明のみがオンチェーンに公開されます。Volitionモードでは、特定の取引についてはデータと証明の両方がオンチェーンに保存されますが、他の取引については証明のみがオンチェーンに残ります。
Scroll
一方で、独自のデータ可用性ソリューションをまだ設計していないzkRollupも存在します。例えばScrollが該当します。
CTOのYe Zhang氏は、チェンバスターのインタビューで次のように述べました。「Scrollは現時点では専用のデータ可用性ソリューションを設計していません。DankshardingやProto-Dankshardingなど、イーサリアムの技術ロードマップについては楽観的です。
また、追加のデータ可用性ソリューションを導入すると、システム全体のセキュリティがいくらか妥協されることになるため、長期的にはイーサリアムをネイティブなデータ可用性レイヤーとして活用するのが最善だと考えています。」
3. データ可用性の汎用的ソリューション
イーサリアムL1やRollup L2がデータ可用性の問題解決とコスト削減に取り組む一方で、いくつかのプロジェクトはデータ可用性の汎用的ソリューションの開発にも着手しています。
これらのプロジェクトは、将来のモジュラー型ブロックチェーンにおいて、データ可用性層（DA Layer）を担う重要な役割を果たすことが期待されています。現在、主にCelestiaとPolygon Availの2つのプロジェクトが注目されています。
Celestia
Celestiaはモジュラー型ブロックチェーンであり、データ可用性層に特化しています。CelestiaのDA層には2つのキーテクノロジーがあります：データ可用性サンプリング（DAS）と名前空間付きメルクルツリー（NMT）。DASにより、軽量ノードはブロック全体をダウンロードしなくてもデータ可用性を検証できます。NMTにより、Celestia上で動作する実行層や決済層は、自分たちに関連する取引データだけをダウンロードすることが可能になります。
Celestiaが独立したデータ可用性層として機能するためには、以下の3つの核心的な要素が必要です。
Rollupがすべての取引データをCelestiaに送信する。
Celestiaがそのネットワーク上ですべてのデータを公開する。
イーサリアムが、Celestiaがこれらのデータを保存・公開しており、いつでもアクセス可能であることを確認する。
まとめると、Celestiaは消散符号（Erasure Code）＋フェイル証明＋経済的拘束とインセンティブメカニズムによって、この汎用的なデータ可用性ソリューションを実現しています。
Polygon Avail
Polygonは生命力の強いプロジェクトであり、チームの計画力と開発能力も非常に優れています。Polygonは、ステートチャンネル、PlasmaからOptimistic Rollup、zk Rollupへとスケーリング技術を進化させてきました。また、内部でも複数のスケーリング方向性を探索しており、現在もPolygon Avail、Polygon Zero、Polygon Miden、Polygon zkEVMなど、複数の方向性を同時に推進しています。PolygonはまさにLayer2アグリゲーターのような存在であり、さまざまなスケーリングソリューションを統合しています。
Polygon Availは、イーサリアムのスケーリングソリューションにおけるデータ可用性の課題を解決することを目指すプロジェクトです。公式サイトでは、Polygon Availをモジュラー型ブロックチェーンとして位置づけ、データ可用性層に相当すると定義しています。
Availはあらゆる軽量クライアントに対して高いデータ可用性保証を提供できますが、公式ドキュメントでは「他のネットワークと比べて軽量クライアントに対するDA保証が特に高いわけではない」とも明言しています。Availは、KZG多項式コミットメント、消散符号、その他の技術を活用することで、軽量クライアントがブロック全体をダウンロードせずに、少量のランダムサンプリングを通じてブロックデータの完全可用性を証明できるようにすることに特化しています。
Celestiaと同様に、Polygon Availも汎用的なデータ可用性ソリューションです。ただし、Celestiaが消散符号の正当性を保証するためにフェイル証明を採用しているのに対し、Polygon AvailはKZGコミットメントを採用しています。Celestiaの実装は比較的シンプルですが、消散符号と軽量ノードのサンプリングデータ量が大きいため、通信帯域幅の要求がやや高くなります。一方、Availは暗号技術の実装が比較的複雑で難易度は高めですが、その利点は消散符号のサイズが小さく、軽量ノードのサンプリングデータ量も少なく、帯域幅の要求が低い点にあります。
まとめ
以上3つのアプローチはいずれも、オンチェーンのデータ可用性問題を解決する、L1にデータを格納する新しい方法を導入する、モジュラー型の視点からブロックチェーンの発展を見据えて汎用的なデータ可用性層を構築する、あるいはL2上でデータをオフチェーンに置く安価なデータ可用性ソリューションを設計する、といった目的を持っています。
これらのソリューションは今後長い間共存していくと考えられます。
Layer1＋Layer2のアーキテクチャでは、「Blob」が「Calldata」に取って代わり、Layer2のデータ可用性を担い、Validium、Volition、zkPorterなどは、限定された関係者間の経済的拘束とインセンティブメカニズムにより、Layer2自体がデータ可用性ソリューションを持つことを保証します。
モジュラー型ブロックチェーンの枠組みでは、Polygon AvailやCelestiaのような汎用的データ可用性ソリューションが、より分散化された形で将来的にDA層の役割を担っていくでしょう。
同時に、データ可用性分野におけるさらなる優れた起業家チームの参入にも期待したいところです。現存のデータ可用性ソリューションは先駆者的存在ですが、どこかまだ「ワクワク感」に欠けるように感じます。
TechFlow公式コミュニティへようこそ
Telegram購読グループ：https://t.me/TechFlowDaily
Twitter公式アカウント：https://x.com/TechFlowPost
Twitter英語アカウント：https://x.com/BlockFlow_News
@iobc_capital
