狂気のマルチチェーン宇宙、狂気のOP Stack
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狂気のマルチチェーン宇宙、狂気のOP Stack
Layer2スケーリングの戦いはまだ始まったばかりです。あなたは、この「銃声のない戦争」とも言えるLayer2の争いをどう見ていますか？
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察著者：YBB Capital 研究員 Ac-Core
序論
ETHの主なストーリー展開はすでにLayer1からLayer2へと移行している。もしあなたがそれを依然として「ワンクリックでトークン発行」的なERC-20の物語と捉えているなら、視野を広げて想像してみよう。今まさに、「ワンクリックでブロックチェーン発行」という狂騒がやってくる！ 現在他に類を見ないエコシステムと高止まり続けるTVLに支えられ、Arbitrumは一時的にLayer2間の戦いをリードしてきた。だがこの一時的な勝利は長く続くだろうか？Arbitrum Orbitよりも一段上のLayer3ソリューションとは異なり、OP Stackは「スーパーチェーン」としてLayer2をワンクリックで作成できるものだ。本稿では、OP Stackのアーキテクチャ、OP StackにおけるZK要素、Rollupの安全性問題という三つの観点から、これを徹底的に解説する。
OP Stackが切り拓く「スーパーチェーン宇宙」
YBB Capital 研究員 Ac-Core 自作
次のバブル相場におけるストーリーはどこから始まるのか？ 高性能なLayer1か、さらに上積みされたLayer3か、ZK系のLayer2か、それともOP Stackのスーパーチェーンか？ これは非常に興味深く、深く考える価値のある問いである。イーサリアム自身が大きな失敗をしなければ、次のバブル期においても「イーサ殺し」という称号は、すべてのパブリックチェーンにとって越えがたい究極の目標であり続けるだろう。そして、この巨大な巨人の中に、無視できない強力な内部構造がいくつも潜んでいる。その一つがまさに「OP Stack」なのである。
OP Stackとは何か？
OP Stackは、誰でもOptimistic Rollupsを使用してイーサリアム上に独自のLayer2ブロックチェーンを構築できるようにするオープンソースのソフトウェアコンポーネントのセットと理解できる。計算と記憶の大部分をオンチェーン外に移転しながら、セキュリティと最終性をイーサリアムに依存させる。技術的側面から見ると、Optimismはユーザーのオンチェーン費用を大幅に削減する点で実質的な価値を提供している。OP Stackは以下の四つの主要コンポーネントから構成される：
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メインネット：OP Mainnetは安価かつ高速なイーサリアムLayer2ネットワークであり、イーサリアム仮想マシン（EVM）と互換性を持つ；
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コントラクト：OP Stackのコアロジックと機能を実装するスマートコントラクト。状態変換システム（STS）、不正検出者（FP）、ステートコミットメントチェーン（SCC）、標準トランザクションチェーン（CTC）などを含む；
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サービス：Layer1とLayer2の間におけるデータ可用性、データ同期、通信サービスを提供；
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ツール：OP Stackベースのブロックチェーン開発、テスト、デプロイ、監視、デバッグを支援する。
圧倒的な開放性：
OP Stackは、フォーク可能でモジュール化された拡張ブロックチェーンのインフラとして設計されており、このビジョンを達成するためには、さまざまなLayer2を統合した単一の「スーパーチェーン（Superchain）」を形成し、これまで孤立していたLayer2を相互運用可能かつ組み合わせ可能なシステムに集約することが必要となる。Layer2の起動は、今日イーサリアムにスマートコントラクトをデプロイするのと同じくらい簡単になる。「ワンクリックでトークン発行」から「ワンクリックでチェーン発行」へのシフトである。本質的には、スーパーチェーンとは、横向きにスケーラブルなブロックチェーンネットワークであり、各チェーンはイーサリアムのセキュリティ、通信レイヤー、開発キットを共有する。
YBB Capital 研究員 Ac-Core 自作
OP Stack（Over Powered Stack）は、スーパーチェーン背後にある統一されたモジュール型開発スタックとなり、これらは無数に相互接続・通信可能なブロックチェーンの集合体である。OP Stackの全体的な開発と維持管理は専門組織Optimism Collectiveが担っており、新しい集約ネットワークのデプロイを支援する共通のオープンソースシステムを提供している。同時に、これは標準化されたオープンソースモジュールのセットでもある。つまり、これは完全にイーサリアムのセキュリティに基づいたCosmosのような存在ではないか？当初「ETHとATOMは補完関係にある」と言われていたが、今やOP StackがまさしくCosmosのライバルとなっているのではないか？ ここで、OP Stackの定義をもう少し分解してみよう：
モジュールとは、開発者がOP Stackに差し込むことのできる任意のデータユニットである。この「スーパーチェーン」の「標準化」とは、特定モジュールに対する共通の合意があり、それが誰にでも実装可能であることを意味する。また、完全にオープンソースであるということは、誰でも無料で開発・反復・メッセージ要求が可能であるということだ。開発者は、チェーンの異なる実行層、合意層、決済層、データ可用性層でモジュールの切り替えが可能となる。
例えばdYdXがイーサリアムからCosmosのアプリチェーンへ移行した根本的な理由は、自らのチェーン上でよりモジュール化された合意層を望んでいたためである。これは良い出発点だと筆者は思う。より多くの独立したDappsが自身に適したパブリックチェーンを選択できるようになり、その代表例がLunaだった（ただし、何らかの理由で破綻した）。幸運にも、OP Stackはこの問題を解決しており、コードのフォークが容易に行える設計となっており、開発者はブロックチェーンの異なる構成部分を簡単に抽象化し、異なるモジュールを挿入することでカスタマイズできる。
OP Stackの設計原則：
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効率性：OP Stackを使ってあらゆるものを構築し、ワンクリックでブロックチェーンを発行できる；
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簡潔性：再利用可能なコードと既製の開発キットを活用し、セキュリティを高め、保守の複雑さを低減することで、全体的なハードルを下げられる；
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拡張性：Optimism CollectiveはOP Stackの主要コードを完全にオープンソースにする予定。
アーキテクチャ上、OP Stackは下から上へと六つのレイヤーに分かれている。すなわちDA Layer（データ可用性層）、Sequencing Layer（順序決定層）、Derivation Layer（派生層）、Execution Layer（実行層）、Settlement Layer（決済層）、Governance Layer（ガバナンス層）である。OP Stackの各レイヤーはモジュール化されたAPIコンポーネントであり、自由に組み合わせたり分離したりできる。特に重要なのはDAデータ可用性層、実行層、決済層の三つであり、これらがOP Stackの主な処理フローを構成している。
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DAデータ可用性層：OP Stackの元データ源であり、一つまたは複数のデータ可用性モジュールを使って入力データを取得できる。現在はイーサリアムが主要なDA層だが、将来的には他のチェーンも加わることが期待される；
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実行層：OP Stack内の状態構造であり、EVMやその他のVMをサポートすることで、イーサリアム上で開始されるLayer2トランザクションを増強。各トランザクションに対して追加のLayer1データ料金を課し、イーサリアムに送信されるトランザクションの総コストを示す；
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決済層：Layer2トランザクションデータが送られる先であり、Layer2での確認後に情報を対象チェーンに送信し、最終的に決済を行う。将来はZKなどの有効性証明メカニズムも導入され、異なるチェーン間の隔たりを埋めるだけでなく、OP系Layer2とZK系Layer2の孤島間の接続も可能になるかもしれない。
OP Stackの法則：
YBB Capital 研究員 Ac-Core 自作
イーサリアムの無限のブロックスペースは大規模アプリケーション実現の鍵となる一方、この拡散は分裂を招き、無許可のデプロイも新たな課題を生んでいる。現在、新しいOP Stackチェーンはそれぞれ独自の領域で成長しており、標準や改善の共有方法が直接的に存在しない。ユーザーと構築者も大きな挑戦に直面している：多数の異なるチェーンを安全性、品質、中立性の観点から個別に評価しなければならない。スーパーチェーンを実現するには、独立分散したブロックスペースから、統一されたチェーン共同体へとOP Stackを変革し、開放的で非中央集権的なブロックスペースを共同で推進する必要がある。「チェーンの法則（Chain Law）」は、楽観主義的ガバナンスとスーパーチェーンのための指針を定めるものである。楽観主義的ガバナンスは、単一チェーンの管理から複数チェーンが共有する標準の管理へと移行し、スーパーチェーンの一員となるために必要な属性を定義するとともに、スーパーチェーン上での取引におけるユーザー保護を最優先とする。根本的には、「チェーンの法則」は社会的契約（法律的契約ではない）であり、積極的なコミュニティ議論が不可欠である。その存在により、スーパーチェーンは以下の特性を保証できる：
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ブロックスペースの中立性・均質性・開放性の確保：チェーン法則へのコミットメントは、チェーンのユーザー、開発者、その他の利害関係者の保護への誓いである。大きさに関わらず、スーパーチェーンの一員であるチェーンは、楽観主義的ガバナンスの支援のもと、自らのブロックスペースの中立性・均質性・開放性を信頼できる形で証明できる；
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継続的な改善による恩恵：共有アップグレードにより、スーパーチェーンは常に最新の技術を享受でき、自ら保守に気を配る必要がなくなる；
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より優れたインフラの提供：スーパーチェーン内のすべてのチェーンが信頼できる基準に従うため、インデックスや順序付けといった重要なサービスの可用性と経済性を共同で確保できる。
考察すべき問題：
OP StackはOPに還元されるか？
OPトークンには一体どのような用途があるのか？Basechain方式の場合、彼らは収益の一部をOptimism Collectiveに還元することになる。そうなると、「財務庫（国庫）」の収入源は自らの「価値」に依存し、より多くのストーリーを創出することで価格にフィードバックされることになる。これにより、OPの二次市場での価格形成ロジックはATOMと類似する。このような仕組みは現時点では最良の選択肢かもしれない。もしより多くのチェーンがBasechain方式で還元を模倣すれば、Optimism Collectiveは最終的に恩恵を受けるだろう。この感覚はUNIを思い起こさせないだろうか？両プロジェクトとも強固な実力を持ちながら、トークン自体は投票・ガバナンス以外に明確な価値用途がない。しかし違いもある。現在のLayer2はすべて、中央集権的なシーケンサー（sequencer）の問題に直面している。Layer2トークンが何らかのリーダー選出（リーダー選出であって合意投票ではない）に使われる場合でも、シーケンスの価値はRollopsトークンに蓄積される。
同時に、OPチームは7月25日に「チェーンの法則（Law of Chain）」提案を発表し、すべてのOP Stack採用チェーンが共有ガバナンスモデルとシーケンサーを採用することを希望している。これにより「利益還元」モデルが規範化され、OPエコシステム全体にさらなる収益をもたらす（前述のOP Stack法則参照）。これはCosmosの共有セキュリティモデルと比べても、まさに異曲同工の妙と言える。
OP StackとZK Stackの違い：
OP Stack：マルチチェーン、シングル選択
上記の内容から、OP StackがCosmosと同様のマルチチェーンモデルを採用していることは明らかである。しかし選択肢は一つしかない。なぜならOP Stackでは、各チェーンが他のチェーンのトランザクションを検証する必要があるため、そうでなければLayer1上で数日待たねば結果が得られない。そのため、単一かつ共有されたシーケンサー、集中されたMEV分配、法的拘束とガバナンスによる保護こそが、Optimistic Rollupが異なるチェーン間でシームレスな相互運用性を実現する唯一の可能性なのである。
ZK Stack：マルチチェーン、マルチ選択
OP Stackとは異なり、ZK Stackも複数のチェーンをサポートできるが、そこには多様な選択肢がある。自前のシーケンサーを選べ、MEVを独自の方法で処理でき、数学とコードによって保護される（注意：OP Stackは法的拘束とガバナンスによる保護）。なぜなら、ZKが共有または極めて限定されたスレッドセットを指定すると、それらは数学的に盲目的に互いを信頼でき、ゼロ知識証明の価値が損なわれてしまうからである。
OP Stackに含まれるZK要素
YBB Capital 研究員 Ac-Core 自作
OP Stackが完全にオープンなアーキテクチャであるため、zkvm、zkmips、zkwasm、zkevmといった要素の出現が可能になる。しかし「正統なZK」と比較すると、OP Stack内ではわずかなZK的要素が生まれているにすぎない。これにより、近い将来にOP RollupとZK Rollupが夢の連携を果たす可能性さえ感じさせる。
OPにゼロ知識証明（ZKP）を実現する：
最新の進展によると、Minaの背後にあるチームは、自社のplonkシステム＋kzgコミットメント＋foldingアルゴリズムnovaを用いて、OP Stack上にzkmips VMを実装する計画である。まだ初期段階の提案であり未熟な点も多いが、探求する価値は十分にある。このプロジェクトの使命は、Layer2とLayer1およびOP各チェーン間を、ゼロ知識証明を通じて安全かつ低遅延なクロスチェーン通信を実現することである。これは良好にサポートされた命令セットアーキテクチャ（ISA）向けのゼロ知識証明（ZKP）であり、Optimismフォルトプログラムの動作を証明でき、OP Stackベースのあらゆるブロックチェーンシステムの証明基盤を築くことができる。
YBB Capital 研究員 Ac-Core 自作
このタスクを達成するには、golangコンパイラ（MIPS、RISC-V、WASMなど）がサポートする命令セットアーキテクチャ（ISA）を用いてOPフォルトプログラムの動作を証明できるゼロ知識証明（ZKP）システムを実装する必要がある。さらに、この証明システムは、標準設定されたOP Stackチェーンの二つのブロック間の状態遷移を証明できなければならない。これにより実用可能性が示される。ISAの標準実行トレースを証明するだけでなく、フォルトプログラムのサポートは追加要件を導入する。
具体的には、フォルトプログラムは「Pre-image Oracle」という概念を導入し、特殊なシステムコールを使って外部データをプログラムに読み込む。各Fault Proof VMは、特定のデータのハッシュ値をメモリの特定位置に配置し、システムコールを実行することで、そのハッシュ値のプリイメージをメモリに読み込み、プログラムが利用できるようにする機構を実装する責任を持つ。Pre-image Oracleは、プログラムの初期入力を読み込むためにも使用される。
分散型シーケンサーへの試み：
Espresso Systemsは2023年7月21日、OP Stackのリーダー選出における分散型シーケンサー検証の提案が受理され、OP StackおよびSuperchainへの貢献者となったことを発表した。同プロジェクトの主要プロトコルHotShotは、高速なコンセンサスプロトコルであり、再委任（re-staking）によってイーサリアムのバリデータが参加できるように設計されており、イーサリアムのバリデータセットと同等の規模を目指している。また、Espresso Sequencerの開発も進められており、これは完全なZK rollupと統合されており、特にPolygon zkEVMのフォークと連携している。
リーダー選出とは何か？
リーダー選出（Leader Election）とは、分散システムにおいて、次の正規の状態遷移を作成する責任を持つ異なるリーダーを選ぶ能力のことである。ブロックチェーンでは、リーダー選出により異なるブロック生成者が異なる時間帯にブロックを生成できる。リーダー選出アルゴリズムは競合型でも非競合型でもあり得る。
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）の場合、競合型リーダー選出アルゴリズムとは、同一時間帯に多数の潜在的候補がリーダーになることを争うものである。非競合型とは、特定の時点で唯一の既知のリーダーが存在し、以太坊Gasperのように、他の候補がその瞬間にリーダーになる手段がないものである。
提案者ネットワークとブロッカー構築者ネットワークを分離する場合（つまり、ブロッカー構築者ネットワークはトランザクション順序の選択のみを担当し、提案者ネットワークはブロック署名のみを担当）、特定のタイミングでブロックを生成する単一のエンティティが、多数の潜在的エンティティに変わる。これらのエンティティは、そのタイミングにおける最も利益が高いブロックを構築するために競合する。しかしMEVの存在により、この競合性は再び復活する。
異なるOP Stackチェーン間のリーダー選出メカニズムがもたらす二次的影響を理解することは非常に困難である。現時点では、より分散化された順序決定を実現できるため、リーダー選出は最も好まれるメカニズムとなっている。ただし、この方式でもシーケンサーが完全に非中央集権化されるわけではないため、分散型シーケンサーの問題を考える際は慎重な配慮が必要である。
Rollupは本当に安全なのか？
イーサリアムの仕組み：
イーサリアムの原理は、各ノードがユーザーから受け取ったすべてのトランザクションを保存・実行することにある。この高度なセキュリティ方式はネットワーク全体を非常に高価なものにしてしまうため、ネットワークのスケーリングのためにRollupソリューションが採用されている。簡単に言えば、Rollup = Layer1のコントラクト群 ＋ Layer2の自前ネットワークノード、すなわちオンチェーンスマートコントラクト ＋ オフチェーンアグリゲーターであり、決済、合意、データ可用性をすべてイーサリアムに依存し、自らは実行のみを担当する。
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オンチェーンスマートコントラクト：その信頼モデルはイーサリアム上のスマートコントラクトにあり、イーサリアムのセキュリティを借用している；
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オフチェーンアグリゲーター：オフチェーンでトランザクションを実行・集約し、大量のトランザクションを圧縮して最終的にイーサリアムメインネットに提出し、より高速かつ安価な処理を実現する。
Layer2ネットワークノードは多くの部分から構成されるが、その中でもシーケンサー（Sequencer）が最も重要である。シーケンサーはLayer2上のトランザクション要求を受け取り、実行順序を決定し、トランザクション列をバッチ化してRollupプロジェクトのLayer1コントラクトに送信する。以下を読む前に重要な事実を確認しておく：以下の図（参考）に示す通り、現在のイーサリアムすべてのLayer2 Rollupのシーケンサーは中央集権的である。
図出典：公式ツイートキャプチャ
中央集権的シーケンサーの問題：
Layer2のフルノードは二つの方法でトランザクション列を取得できる：一つはシーケンサーから直接取得、もう一つはシーケンサーがLayer1に送信したトランザクションバッチを読み取ること。後者の方が改ざん耐性が高い。トランザクションの実行はブロックチェーン台帳の状態を変更するため、整合性を保つには、Layer2フルノードがトランザクション順序を得るだけでなく、シーケンサーと台帳状態を同期する必要がある。したがって、シーケンサーの役割は、トランザクションバッチをLayer1のRollupコントラクトに送信するだけでなく、トランザクション実行後の状態更新結果（StateRoot／StateDiff）をLayer1に伝送することでもある。平たく言えば、シーケンサーはトランザクションを処理・順序付けしてブロックチェーンに追加するブロックにまとめ、大量のトランザクションを処理してLayer1のスマートコントラクトに公開する。
Layer2のフルノードにとっては、Layer1上のRollupのトランザクション列と初期StateRootさえ取得できれば、Layer2のブロックチェーン台帳を再現し、最新のStateRootを計算できる。逆に、Layer2フルノードが独自に計算したStateRootと、シーケンサーがLayer1に公開したStateRootが一致しない場合、それはシーケンサーが不正行為をしていることを意味する。以上から、Layer2自体のネットワークと比較して、Layer1の方がより分散化され、非信頼的（trustless）であり、より安全である。
OP Stack：
では問題が生じる。Layer2は存在しないトランザクションや誤ったトランザクションを偽造できるのか？ 例えば、Layer2のトークン資産をシーケンサー運営者のアドレスに移動し、その後Layer1に移すことでユーザー資産を盗むことは可能だろうか？ 答えは「可能」である。そのため、シーケンサーに潜む不正リスクに対して、異なるタイプのRollupは異なる対策を講じている。
Optimistic Rollupを例に取ると、Layer2フルノードが不正証明（Fraud Proof）を提供し、シーケンサーがLayer1に公開したデータが誤っていることを証明できる。しかし不正証明を実装していないOptimismの場合、実際にシーケンサーを使ってLayer2のユーザー資産を盗もうと思えば、シーケンサー運営者がトランザクション命令を偽造し、他人のLayer2資産を自らのアドレスに移動した後、Rollupに備わったBridgeコントラクトを使って盗んだコインをLayer1に移すだけでよい。
この問題に対処する現在の解決策は二つある。一つはコミュニティメンバーやSNSなどの世論監視によるいわゆる「合意形成」、もう一つはOPが公式の信用保証を行うことである。以上から理論的には、OP Rollupの安全性は少なくとも一つの不正証明を発行できる誠実なLayer2フルノードに依存している。これは前述の「OP StackとZK Stackの違い」で述べた「OP Stackはマルチチェーン、シングル選択」に該当する。
YBB Capital 研究員 Ac-Core 自作
ZK Stack：
次にZK Stackについて考察しよう。ZK Rollupネットワークでは、Proverノードが存在し、シーケンサーがトランザクションバッチを公開するのを支援し、同時に有効性証明を生成する。これらの有効性証明はLayer1に専用の検証コントラクトが存在する。トランザクションバッチと対応するStateRoot／StateDiffの証明がVerifierコントラクトで検証されれば、トランザクションは最終的に確定する。OP Stackとの違いは、ZK RollupがLayer2フルノードに依存するだけでなく、Validity Proof（有効性証明）も活用している点にある。ZK Rollupの公式ブリッジは、有効性証明を通過した引き出しトランザクションのみを許可するため、セキュリティの面ではOptimismよりはるかに信頼性が高い。これは前述の「OP StackとZK Stackの違い」で述べた「ZK Stackはマルチチェーン、マルチ選択」に相当する。
理論的には、ZK RollupのセキュリティはLayer1上のVerifierコントラクトによって保証され、あるいはLayer1ノードが最終確定を完了していると考えられる。OP Rollupの安全性が「少なくとも一つの不正証明を発行できる誠実なLayer2フルノード」に依存するのに対し、どちらもLayer1（ETH）のセキュリティを継承しているが、厳密に言えば必ずしもそうではない。とはいえ、現時点ではこれが最良の解決策であり、他のパブリックチェーンと比較しても、長年の発展を経たイーサリアムのセキュリティは間違いなく最も信頼できる。
ブロックチェーンの三角問題のように、「製品」の総合的なユーザーエクスペリエンスにも三角問題がある：安全、シンプル、効率的。ZK StackはOP Stackと比べ、数学とコードに依存して全体の安全性を高めるため、必然的に複雑性も大きく増す。そのためZKに関しては以下の古くからの議論がある：
YBB Capital 研究員 Ac-Core 自作
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遅延問題：ZK Rollupは依然として、Layer2ノードがLayer1にデータを公開する際の遅延問題を解決する必要がある。小包配送に箱詰めが必要なように、シーケンサーまたはProverがLayer1にデータを送信するたびに固定コストが発生する；
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速度問題：ZK Rollupは、有効性証明の生成速度が遅いという課題に直面している。シーケンサーが1秒で数千のトランザクションを実行できるにもかかわらず、それらの証明生成には数時間かかる可能性がある；
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コスト問題：全体コストを削減するため、多くのZK Rollupは「複数のProofを集約してLayer1に一度に送信する」戦略を採用している。つまり、Proverは一つのProofを生成した直後にLayer1に送信せず、複数のProofが完成するまで待ってからまとめてVerifierコ
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