Based Rollup：L2ソートの中央集権化リスクを解決する新たな実践
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Based Rollup：L2ソートの中央集権化リスクを解決する新たな実践
「Based Rollups により、トークンなしの分散化が実現可能になる。」――ジャスティン・ドレイク
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：100y
編集翻訳：TechFlow
主なポイント
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現在のRollupネットワークには、ソーターの中央集権化リスクが存在しており、これを解決するためにさまざまなソートレイヤープロジェクトが登場している。
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イーサリアム財団のリサーチャーであるJustin Drake氏は、Rollupのソーティング問題を解決するための「Based Rollups」というアイデアを提案した。この構成では、イーサリアムネットワーク上の searcher（探索者）、builder（ブロッカー）、proposer（ブロック提案者）がすべて、Rollupネットワークのトランザクション順序決定に参加する。
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Based Rollupsは高度に分散化されており、イーサリアムのアクティビティから直接恩恵を受けられるが、経済的インセンティブの欠如や潜在的なスケーラビリティ制限の問題を抱える可能性がある。
1. はじめに
疑いなく、2022年から2023年にかけてはイーサリアムL2技術の台頭を示す期間であり、その間にさまざまなRollupネットワークが急成長した。Optimistic Rollup分野では、ArbitrumとOptimismがすでに総ロック価値（TVL）トップ10の地位を確立している。一方、zk Rollup分野においても、PolygonのzkEVM導入やzkSync Eraのメインネットローンチにより、第二波のL2技術が到来しつつある。
1.1 Rollupにおける各種リスク
しかし、さまざまなイーサリアムLayer 2ネットワークの急速な拡大に伴い、すべてのネットワークが適切なRollup基準を満たしているわけではない。上記の表は既存のRollupネットワークのリスクを分析したもので、各項目はネットワークが採用しているアプローチを示しており、黄色は軽微なリスク、赤色は重大なリスクを意味している。
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ステート検証：Rollupネットワークはチェーン外で計算を実行するため、その計算結果の有効性をイーサリアム上で証明する必要がある。このカテゴリは検証の実装方法に基づいて分類される。zk-rollupの場合、ゼロ知識証明（zk-SNARKs、zk-STARKs）によって達成できる。Optimistic Rollupの場合、少なくとも1つの正直なエンティティによる詐欺証明（fraud proof）が必要だが、多くのネットワークはまだ詐欺証明システムを構築しておらず、仮にシステムがあっても、ホワイトリストに登録されたエンティティのみが詐欺証明を提出できる段階にあり、改善の余地が大きい。
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データ可用性：計算に使用されるトランザクションデータの保存先によって分類される。イーサリアム上へのオンチェーン保存が最も安全である。外部（DAC）の場合は、データ可用性委員会（Data Availability Committee）と呼ばれるエンティティがオフチェーンで管理する。また、Optimistic（MEMO）のケースでは、トランザクションデータが分散ストレージネットワークによって管理されており、これはMetis Andromedaが採用している方式である。
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アップグレード可能性：Rollupネットワークはイーサリアム上にスマートコントラクトを持ち、それがアップグレード可能かどうかによって分類される。非アップグレード可能とはコードが不変であり、最も安全な方式である。通常、アップグレード決定後には数日の遅延があり、最悪の場合、単一のエンティティが承認なしにRollupコントラクトをアップグレードできてしまう。このような場合、意図すればすべての資金を盗むことも理論的には可能である（ただし、その可能性は極めて低い）。
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ソーターフォールト：ソーターはユーザーのRollupネットワーク上でのトランザクション順序を決定する役割を持つ。このカテゴリは、すべてのソーターがオフラインになったり、トランザクションを検閲した場合にどう対処するかを分類している。「L1を使用したトランザクション」は、ユーザーがイーサリアム経由でトランザクションを送信し、それをRollupネットワークに追加できることを意味する。「L1への強制引き出し」は、ユーザーがソーターに対して引き出しトランザクションの挿入を強制できることを意味する。最も悪いケースはメカニズムがないことで、ソーターがオフラインまたは検閲を行うと、ユーザーは救済手段を持たない。
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バリデーターフォールト：バリデーターはRollupネットワークのステートをイーサリアムネットワークに提出する責任を持つ。zkRollupの場合はゼロ知識証明（ZKP）も含む。この項目はバリデーターがオフラインになった場合の対応策で分類される。「ブロック提案」は一定時間後に誰でもバリデーターになれる仕組みで、「緊急出口（MP）」はユーザーがMerkle Proofを提出することで資産を安全に引き出せる。これらは非常に安全である。「緊急出口（ZK）」はユーザーがZKPを提出する必要があり、個人にとっては非常に困難である。また「ブロック提案（ZK）」もノードがZKPを実行・生成する必要がある。繰り返すが、最悪のケースはメカニズムがないことで、バリデーターが機能しなくなるとすべてのユーザー資産が凍結される。
1.2 ソーターの重要性
これまでにさまざまなリスクについて述べてきたが、多くのRollupネットワークが規模を拡大するにつれ、ソーターおよびバリデーターのフォールトが注目されている。OptimismネットワークはTVL第6位の最大ネットワークに成長したが、ホワイトリストに登録されたバリデーターがオフラインになるとユーザーの資金が凍結される可能性がある。最近リリースされたzkSync Eraでは、ソーターおよびバリデーターがオフラインになった場合に対処する手段が存在しない。
こうした懸念が生じるのは、現存するほとんどのRollupネットワークが中央集権的なソーターを使用しているためである。主要なRollupネットワークがどのようにソーターを運用しているかを見てみよう。
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Optimism：ソーターとバリデーターの両方が財団により中央集権的に運営されている（ソーターアドレス：0x68...2985、バリデーターアドレス：0x47...3A33）。中央集権的なソーターがオフラインまたは検閲を行っても、前述の「L1を使用したトランザクション」が可能であるため、ユーザーはL1経由でL2ネットワークにトランザクションを強制送信できる。しかし、バリデーターがオフラインになると、ユーザーはL2からL1への引き出しができなくなる。Optimismは将来、ソーターの非中央集権化を計画しており、経済ゲーム理論とガバナンスメカニズムを導入してこの問題を解決する予定である。
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Arbitrum：ソーターは財団により中央集権的に運営されている（ソーターアドレス：0xC1...47cc）。バリデーターは13のホワイトリストに登録されたエンティティで構成されている。中央集権的なソーターがオフラインまたは検閲を行っても、「L1を使用したトランザクション」が可能であるため、ユーザーはL1経由でL2ネットワークにトランザクションを強制送信できる。Optimismとは異なり、Arbitrumは詐欺証明システムを構築しているが、これにアクセスできるのはホワイトリストに登録されたバリデーターに限られる。すべてのバリデーターがオフラインになり、状況が7日以上続くと、誰でもバリデーターになれて引き出しを実行できる。Arbitrumも将来、ソーターの非中央集権化を計画している。
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zkSync Era：ソーター兼バリデーターとしての中央集権的なオペレーターがいる（オペレーターアドレス：0x11...2211）。プロジェクトはまだ初期段階であり、オペレーターに問題が発生しても修復できない。zkSync Eraは将来、バリデーターとガーディアンという役割群を作成することで、オペレーターの非中央集権化を目指している。
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Polygon zkEVM：ソーターは財団により中央集権的に運営されている（ソーターアドレス：0x14...2800）。ZKPの提出を行うバリデーター（Polygon zkEVMではアグリゲーターと呼ぶ）も中央集権的である（アグリゲーターアドレス：0xdA...86eA）。ソーターが故障するとユーザーの資金は凍結されるが、アグリゲーターが故障しても誰でもZKPを提出してL2からL1へ引き出すことができる。Polygon zkEVMは後ほど、PoEというコンセンサスアルゴリズムを使用してソーターとアグリゲーターの非中央集権化を進める予定である。
ソーターとバリデーターの中央集権化に伴い、最近ではRollupネットワークのソーティング操作を非中央集権化しようとする試みがいくつか登場している。これにはAstria、Espresso、Radius、OP Stack、Suaveなどが含まれる。これらのプロジェクトはRollupネットワーク向けに独自のソーターネットワークを提供し、Rollup内のノードは計算のみを行い、トランザクションのソーティングと伝達は外部のソーターネットワークが担当する。一方、イーサリアム財団のリサーチャーJustin Drake氏は、Based Rollupsと呼ばれる異なるアプローチを提唱している。
2. Based Rollups
「Based Rollupsはトークン不要の非中央集権化を実現できる。」 ― Justin Drake
これは、イーサリアム財団の研究者Justin Drake氏がBased Rollupsを紹介する際に述べた最後の言葉である。つまり、Coinbaseが展開するRollupネットワークは、Based Rollupsの形態を採用することで、トークン不要の非中央集権化を実現できるということか？（ただし、Based RollupsとCoinbaseのBaseは名称が似ているだけで関係はない）。
2.1 概要
Based Rollups（あるいはL1ソーティング型Rollups）とは、Rollupネットワークのトランザクション順序決定がその基盤となるL1上で行われることを意味する（多くの場合、これはイーサリアムネットワークを指す）。より具体的には、イーサリアムの場合、ネットワーク上のsearcher、builder、proposerがすべて、Rollupネットワークのソーティングに参加することになる。
2.2 ブロック生成の参加者
現在、大多数のイーサリアムネットワークのブロックはMEV-Boostというミドルウェアを通じて作成されているが、将来的にはイーサリアムプロトコル自体に「提案者・ブロッカー分離（PBS）」が組み込まれる予定である。この方式では、まずsearcherがmempoolを監視し、MEVの機会を特定してバンドルを作成し、builderに提出する。次にbuilderはmempoolからのトランザクションとsearcherからのバンドルを取得し、自身のアルゴリズムでMEV収益を最大化する完全なブロックを作成し、proposerに渡してイーサリアムネットワークに追加される。
このプロセスにおいて、searcherとbuilderは、自分のバンドルやトランザクションが選ばれる機会を得るために、ほぼ同等のMEV収益額で入札を行う。これにより、MEV収益はsearcherからbuilderへ、さらにbuilderからproposerへと流れ込む。
2.3 Based Rollupsの利点
従来型のRollupネットワークが自らソーティングを処理するのと比べ、Based Rollupsには多くの利点がある。第一に、イーサリアムに依存してトランザクション順序を決定するため、イーサリアムの活性度から直接恩恵を受けられる。前述の通り、複数のRollupのリスクを検討した際、ソーターやバリデーターの故障により多くの問題が生じ得ることがわかったが、Based Rollupsでは、イーサリアムネットワーク自体に問題がない限り、そのようなリスクは存在しない。
第二の利点は非中央集権性である。Based Rollupsは依然としてイーサリアムネットワーク上でブロックを生成する多様な参加者を利用でき、誰でもBased Rollupsのmempool内でMEVの機会を発見した時点で、許可なくソーティングに参加できる。
第三の利点は、イーサリアムとの経済的一致性にある。Based Rollups内でMEVの機会が発見されれば、イーサリアムネットワーク上のsearcherやbuilderが対応する入札を提出して順序決定を行うため、Based RollupsのMEV収益は自然とイーサリアムL1に流れ込む。
第四の利点はシンプルさである。Based Rollupsとして構築されたRollupネットワークは、中央集権的ソーターを持つネットワークよりも単純である。Based Rollupsでは、ソーターの署名検証や、バリデーターがオフライン時に資産を安全に引き出せるようにする緊急出口システム、あるいは将来的にソーター非中央集権化のための新アルゴリズムの導入などが必要ない。
第五の利点は、トークンが不要である点だ。従来のRollupネットワークでは、将来的にソーターを非中央集権化するためにトークンが必要となる。しかし、Based Rollupsではソーティングがイーサリアムネットワーク上で行われるため、トークンは不要である。
2.4 Based Rollupsの欠点
Based Rollupsにもいくつかの欠点がある。第一に、Rollupネットワーク自身のMEV収益がイーサリアムL1に流れ、L2側に価値が蓄積されない。ただし、MEV収益以外に、トランザクションの基本手数料はL2側に留まる。
第二の欠点は、ソーティングに関する制約である。Based Rollupsは完全にイーサリアムネットワークにソーティングを依存しているため、独自のソーティングプロセスを導入することが難しい。また、イーサリアムに依存するため、最終性もイーサリアムのものに従うことになり、ユーザーエクスペリエンスとしては好ましくない可能性がある。ただし、現在多くの研究者がEigenLayerや包含リスト（inclusion list）、ブロッカー保証金（builder bond）などを通じて早期最終性を実現する方法を模索している。
3. 事例
Based Rollups技術が実際に採用されるかどうかは未定であるが、Ethresearch上には、有名なL2 zkEVMプロジェクトの一つであるTaikoが発表したリサーチ記事が存在する。
L2がBased Rollups技術を採用した場合、MEVの流れは以下のようになる。
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L2のsearcherがL2のトランザクションをバンドルしてL2のブロッカーに送信する。
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L2のブロッカーがL2ブロックを作成し、それをL1のsearcherに送信し、L1のバンドルの一部として利用可能にする。
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L2ブロックをL1に送信する際には、プライベートオーダーフローで送る必要がある。そうでなければMEVが盗まれる可能性がある。
まとめると、L1のsearcherがL2とL1のmempoolを同時に監視している場合、Based Rollupsを通じてイーサリアムとL2間のクロスチェーンMEVを抽出でき、L2のMEV価値がイーサリアムに蓄積される。
4. まとめ
さまざまなRollupネットワークの発展に伴い、ソーターの中央集権化に対する懸念が高まっている。この問題を解決するための多数のプロジェクトが存在するが、Justin Drake氏の提唱するBased Rollupsのアプローチは新鮮なアイデアといえる。
上述したいくつかの欠点に加え、筆者の見解では、Based Rollupsの最大の弱点は収益性の低さと遅い最終性である。イーサリアムネットワークのブロック生成者がBased Rollupsのソーティングに参加する唯一の動機はMEV収益であり、それがあまり利益にならない可能性がある。現在中央集権化の問題を抱えるソーターをイーサリアムが代行すれば、より真のRollupに近づくと言えるが、Based Rollupsが広く採用される前に、インセンティブメカニズムや早期最終性の実現方法についてさらに研究が必要である。
米国最大の暗号資産取引所Coinbaseは、独自のRollupネットワーク「Base」を立ち上げており、その設計目標は2つある。1）トークン不要、2）非中央集権化。BaseはOptimismのOP Stackを活用してこれらの目標を達成するロードマップを持っているが、これら2つの目標は名称が似ているBased Rollups方式を採用することで容易に実現できる。もし企業がブロックチェーンネットワークを構築しており、高いスケーラビリティと非中央集権化を求めており、かつトークンを発行したくない場合、Based Rollupsは有力な選択肢となりうる。
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