ビーコン層を解読する：Rollupネットワークのセキュリティとクロスチェーン送金の鍵

2023.06.01

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ビーコン層を解読する：Rollupネットワークのセキュリティとクロスチェーン送金の鍵

本稿では、イーサリアムRollupネットワークにおけるEnshrinedクロスチェーンブリッジとAltLayerのビーコンレイヤー構造について考察する。

2023.06.01 - 02:15:11

Rollup

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本稿では、イーサリアムRollupネットワークにおけるEnshrinedクロスチェーンブリッジとAltLayerのビーコンレイヤー構造について考察する。

執筆：AltLayer

編集：TechFlow

概要：本稿では、イーサリアムのRollupネットワークにおける「エンシュライン（Enshrined）クロスチェーンブリッジ」と、AltLayerが提供するビーコン層アーキテクチャについて考察します。エンシュラインブリッジは、ユーザーがイーサリアムとRollup間で資産を移動できるようにするものであり、一方のビーコン層は中間層として共有ソート、検証、ステーキング、相互運用性などの重要なサービスを提供します。これらの概念を理解することで、Rollupネットワークのセキュリティや資産移転メカニズムをより深く理解できます。

序論

最近、イーサリアムのRollupコミュニティでは、Arbitrum、Optimism、ZKSyncといった従来型Rollupの定義をめぐって激しい議論が行われています。

現在のRollupは、チェーン外でのトランザクション実行を行い、Rollupとイーサリアムの間に「ネイティブなクロスチェーンブリッジ」を提供しています。このネイティブブリッジを私たちは「エンシュラインブリッジ（Enshrined Bridge）」と呼びます。このブリッジにより、ユーザーはイーサリアム上で資産をロックし、同等価値のラップされた資産をRollup上に発行できます。逆に、エンシュラインブリッジがラップされた資産がRollup上で焼却されたことを確認した場合、イーサリアム上の資産をアンロックできます。エンシュラインブリッジは、詐欺証明（fraud proof）または有効性証明（validity proof）に依存してRollupの状態の正当性を保証するため、信頼が最小限に抑えられています。

問題の核心は、「クラシカルRollupの正規状態」がどのように定義されるかにあります。つまり、その定義が、イーサリアム上に存在し、Rollupの状態を追跡し、詐欺証明（またはZK Rollupの有効性証明）を検証し、Rollupからイーサリアムへの引き出しを可能にするエンシュラインブリッジコントラクトによって決定されるのか、それとも、Rollupオペレータがイーサリアムに投稿したトランザクションデータを観測し、状態遷移関数を適用して再実行（またはZK Rollupでは有効性証明を検証）し、計算された状態がRollupオペレータが提示した状態と一致するかを確認するRollup完全ノード自身によって決まるのかという点です。

これは重要な違いです。なぜなら、もしRollup検証ノード自体が正規のRollup状態を決定するのであれば、エンシュラインブリッジコントラクトは他のRollup検証ノードと同じように、単なるRollup状態の観測者にすぎないということになります。この場合、Rollupの正規状態は社会的合意によって決定され、イーサリアム上のエンシュラインブリッジコントラクトによって決定されるわけではないのです。

そのため、この「真実の源泉（source of truth）」に関する違いにより、非エンシュラインのクロスチェーンブリッジを構築することが可能になります。このようなブリッジは、バックエンドでRollup検証ノードを動作させ、7日間の引き出し待機期間を待たずに、Rollupからイーサリアムへ即時引き出しを可能にします。彼らが即時引き出しを許容できるのは、非エンシュラインブリッジが動作させるRollup検証ノードが、後から引き出しがチャレンジされても成功しないことが確信できるからです。

AltLayerはこのテーマについて一年半ほど前から検討してきました。ただし、当初は主に私たちのRollup-as-a-Service（RaaS）を通じて提供されるRollupに焦点を当てており、比較的閉じた環境での議論でした。

本稿では、私たちのRaaS製品を支えるネットワーク設計を通して、この議論における私たちの立場を説明します。

一般的なRaaS提供の場合、SDKやダッシュボードを使って、イーサリアムをデータ可用性層とするRollupを起動できます。その場合のモジュラー型スタックの構成は次のようになります：

Rollup（実行）→ イーサリアム（データ可用性）→ イーサリアム（決済）

一方、AltLayerのRaaSネットワークは少し異なるアーキテクチャを持っています：

Rollup（実行）→ ビーコン層（エンシュライン・インターレイヤー）→ イーサリアム（データ可用性）→ イーサリアム（決済）

ビーコン層は、実行層とデータ可用性層の中間に位置するレイヤーであり、AltLayerを通じてインスタンス化されたすべてのRollupは、このエンシュラインされたビーコン層に属しています。「エンシュライン（Enshrined）」という用語は、AltLayerを使って起動されたすべてのRollupの状態がビーコン層によって直接検証可能であることを意味しており、各Rollupにはビーコン層上にエンシュラインされたクロスチェーンブリッジが存在します。さらに、実行層とデータ可用性層のスタックの中間層として、ビーコン層は以下の主要なサービスを提供します：

共有ソートレイヤー；
検証レイヤー；
ステーキング／スラッシングレイヤー；
相互運用性レイヤー；
アップグレード可能レイヤー；
社会的合意レイヤー。

以下で、これらのサービスについて詳しく説明します。

共有ソートレイヤー：ビーコン層は、Rollupのソーターノードとして機能することに関心を持つノードが登録できるネットワークです。最終ユーザーがAltLayerのRaaSプラットフォームを通じてRollupを要求すると、ユーザーはRollupの運用に必要な最小・最大のソーター数、および各ソーターが提供すべき最低経済担保額、担保に使えるトークンリストを指定します。これらの担保はその後、ビーコン層にステークされ、不正な行動を取ったソーターに対してスラッシング（没収）に使用されます。所定の数のソーターが最低限の担保を投入すると、それらのソーターはRollupのトランザクションをキューイングし始めることができます。
検証レイヤー：序論でも述べたように、Rollupの検証ノード自体が正規のRollup状態を決定できます。しかし、これは、エンシュラインブリッジの7日間の引き出し期間を待たずにすませたい場合、それぞれのクライアントが独自の完全ノード型Rollup検証器を実行しなければならないことを意味します。これは特にOptimistic Rollupにおいて、多くのライトクライアントにとっては現実的ではない可能性があります。そこで、ビーコン層はすべてのRollupのためのエンシュライン検証レイヤーとして機能します。ビーコン層はすべてのRollupとその状態遷移関数を認識しているため、新しく提出されたRollupの状態を完全に検証する能力を持っています。これにより、一連の検証者から構成されるビーコン層は、すべてのRollupで提案された新しい状態を定期的に検証します。Rollupソーターが提供する事前承認とは異なり、ビーコン層が提供する承認はより強固であり、資産の即時引き出しが可能になります。
ステーキング／スラッシングレイヤー：共有ソートと検証の両方が一連のノードネットワークを前提としているため、ネットワークがシビル攻撃を受けないよう保証する必要があります。このため、ビーコン層にはステーキングメカニズムがあり、各参加者が十分な経済的担保を預け入れるよう求めており、悪意ある行為が検知され証明された場合にはスラッシング（罰則）の対象となります。
相互運用性レイヤー：RaaSプロバイダーが多数のインスタンス化されたRollupを持っている場合、それらの間で相互運用性を実現するには、通常、DA層上にエンシュラインブリッジを構築し、各Rollupごとに1つずつ設置する方法があります。あるいは、同じDA層を使用する2つのRollupの間に個別にブリッジを構築する方法もあります。

AltLayerは第三の設計を採用しており、ビーコンチェーンをハブとして、すべてのRollup間のインタラクションを調整します。この設計では、各Rollupはビーコン層内にエンシュラインされたクロスチェーンブリッジを組み込み、基盤となるDA層の上に共有された中間的な「決済層」として機能します。ブリッジをこの共有中間層にエンシュラインすることで、Rollupは他のRollupとの間で信頼最小化されたブリッジ接続を直ちに得ることができ、また、ブリッジをビーコン層にエンシュラインしている他のRollupとも間接的に信頼最小化された接続を実現できます。実際、汎用的な決済層として、ビーコン層はブリッジハブの役割を果たし、Rollup間の資産移転だけでなく、一般的な情報伝達も促進します。さらに、複数のRollupにまたがる無効な状態遷移の検出や、詐欺証明の検証における紛争解決にも貢献できます。

アップグレード可能レイヤー：序論でも触れた通り、現在の多くのRollupはイーサリアムに接続されたエンシュラインブリッジを持っています。このブリッジはRollupの状態を追跡し、詐欺証明（またはZK Rollupの有効性証明）を検証し、Rollupからイーサリアムへの引き出しを可能にします。しかし、こうしたエンシュラインブリッジの多くはマルチシグウォレットによって管理されており、悪意のあるアップグレードによってユーザー資金を自由に盗むリスクがあります。

ビーコン層は、そこに含まれるすべてのRollupのアップグレードを担う社会的層として機能します。Rollupの運営に参加登録したソーターやビーコン層のRollup検証者は、社会的合意に基づいてRollupのフォークを決定します。これは、イーサリアム上のエンシュラインブリッジコントラクトがアップグレードされたかどうかとは無関係です。覚えておいてほしいのは、エンシュラインブリッジは他のRollup検証者と同様、ただのRollup状態の観測者にすぎないということです。

ビーコン層上でフォークに同意しないソーターやRollup検証者は、新しいフォークをサポートしないと判断するかもしれません。