L2が持続的に注目を集める理由、その背後にある仕組みと現状とは？

2023.10.07

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L2が持続的に注目を集める理由、その背後にある仕組みと現状とは？

L2は本質的に、イーサリアム上に構築された完全に独立したブロックチェーンであり、これによりイーサリアム自体が持つセキュリティ保証を継承している。

2023.10.07 - 08:58:00

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執筆：ROUTE 2 FI

編集：TechFlow

ここ数ヶ月、私は特定の第2層ソリューション（L2）が多数の取引を引き寄せ、さまざまなプロジェクトがこれらのL2上に構築されているのを観察してきました。では、これらのL2ソリューションとは何でしょうか？

第2層ソリューションについて深く掘り下げる前に、イーサリアムメインネットの現状を理解することが重要です。現在、イーサリアムは約毎秒12件のトランザクションを処理していますが、ネットワーク負荷が高い時期には、メインネット上で取引を行うコストが一般の暗号資産ユーザーにとって手が届かないレベルまで高騰したことがあります。これにより、イーサリアムのスケーラビリティ問題が浮き彫りになりました。この問題の根源は、ネットワーク内のすべてのノードが発生するトランザクションを保存・検証する必要がある点にあります。

第2層ソリューションは、こうしたイーサリアムのスケーラビリティ問題に対処するために導入されました。L2は本質的に、イーサリアム上に構築された完全に独立したブロックチェーンであり、イーサリアム自体のセキュリティ保証を継承します。各L2ソリューションは独自のセキュリティ保証とトレードオフを持っています。イーサリアムで最も一般的なL2拡張形態は、ArbitrumやOptimism、Baseといったロールアップ（rollup）です。

ロールアップは、L1上でトランザクションを処理できるL2ソリューションです。通常のイーサリアム取引は156バイトとデータ量が多くなりがちですが、ロールアップはL2の実行レイヤーで多数の取引を処理し、それらをまとめて簡潔な取引としてL1のステート検証レイヤーに投稿します。L2実行レイヤー上で複数の取引を一つに束ねることで、個々の取引におけるガスコストを大幅に削減できます。ロールアップにはさまざまな種類があり、すべてが同じというわけではありませんが、最も普及しているのはスマートコントラクトロールアップである「オプティミスティックロールアップ」と「ゼロナレッジプロループ」です。

スマートコントラクトロールアップとは、ユーザーが資金をL1（イーサリアム）上のロールアップスマートコントラクトに送信でき、そのコントラクトが取引およびステートの変化を管理するロールアップのことです。ロールアップとブロックチェーンの重要な構成要素の一つがMerkle木であり、これは全員の資金ステートと発生した取引を格納するデータ構造で、L1がL2上のステートを全体状態をダウンロードすることなく直接検証できるようにします。簡単に言えば、ユーザーがL2上で取引を行い（ステートを変更し）、資金を使用すると、L2はそのステート変更のMerkleルートをL1に送信し、L1がそのチェーンのステートを検証できるようになります。

しかし、L1はL2から送られてくるMerkleルートが有効であることを確認するための何らかの証明を必要とします。ここが2つのスマートコントラクトロールアップの違いとなる点です。主な証明方法は、「詐欺証明（fraud proof）」と「ゼロナレッジ証明（zero-knowledge proof）」です。

ArbitrumやOptimismなどのオプティミスティックロールアップは、詐欺証明を使ってステートを確定させます。

詐欺証明の仕組みは以下の通りです：

L2ノードがL1スマートコントラクトにMerkleルートと少額の保証金を投稿する；
L1スマートコントラクトはデフォルトでL2ノードを信頼します。これが「オプティミスティック」と呼ばれる理由であり、L1はL2の更新を楽観的に信じます；
ただし、このステート変更は7日間は最終確定しません；
この7日間のうちに誰かが投稿されたMerkleルートが不正であることを証明すれば、更新は取り消され、L2ノードは罰則を受け、保証金は不正更新を報告した者に与えられます；
報告者は、ステートルート変更に関わるすべての取引を検証し、それぞれの署名が有効かどうかを確認することで、更新が不正であることを証明できます；
7日以内にステート変更が異議申し立てられなければ、更新は最終確定し、不変となります。

一方、ゼロナレッジ（ZK）ロールアップはゼロナレッジ証明を使用します。ゼロナレッジ証明の仕組みは次の通りです：

L2ノードがMerkleルートとともに、L2が取引を正しく処理して新しいMerkleルートを生成したことを示すZK証明をL1スマートコントラクトに提出する；
もしL2ノードが不正な更新を投稿しようとすれば、有効なZK証明を作成できないため、L1スマートコントラクトは新しいMerkleルートを受け入れません；
ZK証明が検証されると、ステートの更新は即座に確定します。

ここで前述したように、L2が存在する目的は、メインネットでの取引／ガス料金が高すぎるというイーサリアムのスケーラビリティ問題に対処することです。次に、2つの主要なスマートコントラクトロールアップがユーザーの支払うガス料金をどのように計算しているかを見ていきましょう。

ArbitrumとOptimismの両方は、ユーザーが取引を行う際に2つのコストを支払うことを想定しています。すなわち、L2 Gas（実行料金）とL1 calldata（セキュリティ料金）です。L2 Gas（実行料金）は、メインネットのガス料金と似ています。L2上のすべての取引は、使用したGas量に加えて、取引に付随する現在のGas価格を掛けた料金を支払う必要があります。（L2 Gas価格）×（L2 Gas使用量）

一方、L1 calldata／セキュリティ料金は、取引をイーサリアムに再投稿するコストを支払うためのものです。この費用が存在するのは、アセンブラ（L2上で取引をまとめ、L1に投稿する仕組み）がイーサリアム上で取引を投稿するためにL1のガス料金を支払わなければならないためです。計算式は以下の通りです。（L1推定Gas価格）×（L1 calldataサイズ＋L1バッファ）

ArbitrumとOptimismのL2料金の価格設定には違いがあり、両者の最も重要な相違点は、L1計算コストの算出方法にあります。ArbitrumはL1計算価格付けにオラクルを使用しています。一方、OptimismではL1計算に動的オーバーヘッド（スカラー）変数が含まれており、Optimismチームがこれを調整してL1計算コストを調整できます。

ここで重要なのは、L2上で取引を行うコストは、イーサリアムメインネット上で直接取引するよりもはるかに低いということです。これがL2が非常に人気のある理由でもあります。現在、ロールアップはL2実行レイヤーとストレージに対して安価なコストを持っていますが、データ可用性を遵守するためにL1にデータを投稿するコストはユーザーにとって依然として高いままです。

今年初め、EIP-4844というイーサリアムの提案がありました。これは年末に導入される予定です。EIP-4844は、データブロックを受け入れることを可能にする全く新しいタイプのトランザクションを追加することを提案しています。これらのデータブロックは、メインチェーン上のストレージオーバーヘッドを削減できるように、あえて小さく設計されています。前述したように、イーサリアムメインネットでの高額な取引コストは、L2ロールアップソリューションがバッチや証明を投稿してステート変更を検証する際の主なコストの一つでもあります。この提案の影響は、L1のコストオーバーヘッドを大幅に削減する可能性があることです。EIP-4844により、L1のバッチ投稿コストが10〜50倍も低下すると予想されています。

代表的なL2

Arbitrum

Arbitrumは、イーサリアムのスマートコントラクトの能力を向上させる（スピードとスケーラビリティを高め、さらにプライバシー機能を追加する）ことを目的とした第2層ソリューションです。

これは、現在のイーサリアムベースのスマートコントラクトのいくつかの欠点（非効率さや高額な実行コストなど）を解決するために構築されており、これらはすでにイーサリアムのユーザーエクスペリエンスを損ない、取引を高価なものにしています。

Arbitrumは「オプティミスティックロールアップ」と呼ばれる技術を使用しています。取引はオフチェーンで実行され、その後大量のcalldataとしてイーサリアムメインネットに提出されます。このプロセスにより、イーサリアムが現在抱える大部分の計算およびストレージ負荷をオフチェーンに移すことができます。

最も人気のあるプロトコルは、永続取引プラットフォームであるGMXです。

Optimism

Optimism（OP）は、イーサリアム上に構築された第2層ブロックチェーンです。Optimismはイーサリアムメインネットのセキュリティの恩恵を受け、オプティミスティックロールアップを利用することでイーサリアムエコシステムの拡張を支援します。つまり、取引はOptimism上で信頼なく記録されますが、最終的にはイーサリアム上で保証されます。

Optimismは、総ロック価値が6億ドルを超える、イーサリアム最大の拡張ソリューションの一つです。97のプロトコルを擁しており、最大のものはデリバティブ取引所のSynthetix（SNX）、DEXのUniswap（UNI）、AMMのVelodrome（VELO）です。

Matic

Polygon（旧称Matic Network）は、BinanceとCoinbaseが支援する第2層拡張ソリューションです。このプロジェクトは、多くのブロックチェーンにおけるスケーラビリティ問題を解決することで、暗号資産の大規模な採用を促進することを目指しています。

Polygonは単一のサイドチェーン上で最大毎秒65,000件のトランザクションを処理でき、ブロック確認時間は2秒未満です。

MATICはPolygonのネイティブトークンであり、イーサリアムブロックチェーン上で動作するERC-20トークンです。このトークンはPolygonの支払いサービスに使用され、またPolygonエコシステム内でユーザー間の決済通貨としても利用されます。

現在の総ロック価値は約8億ドルで、QuickswapとPearlFiが最大のネイティブプロトコルです。

Base

Baseは、dappをサポートするために必要な安全性、安定性、スケーラビリティを持つイーサリアムL2として構築されています。開発者は自信を持って任意のEVMコードベースを展開でき、イーサリアムL1、Coinbase、その他の相互運用可能なチェーンからユーザーと資産を起動できます。BaseはMITライセンスのOPスタック上に構築されており、Optimismと協力しています。

Baseの総ロック価値は3.5億ドルで、AerodromeとFriend.techが最大のDeFiプロトコルです。