Rollup：DePINユーティリティの大規模採用の基盤か？
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Rollup：DePINユーティリティの大規模採用の基盤か？
モジュラー型ブロックチェーン技術、特にRollupソリューションは、ブロックチェーンのスケーラビリティ課題を効果的に解決し、DePINプロジェクトの広範な応用に道を開いた。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：Arkreen
翻訳：白話ブロックチェーン
ビットコインはブロックチェーン技術の革新により、非中央集権環境でコンセンサスを実現するという課題を成功裏に解決した。その後、エンジニアたちはスケーラビリティの強化という複雑な課題に取り組み始めたが、これはスケーラビリティ、セキュリティ、非中央集権性の間に内在する対立があるため非常に困難であり、いわゆる「ブロックチェーン三難問題」と呼ばれる。このスケーラビリティの壁は、ブロックチェーンの広範な普及を妨げる主な障害となっており、ブロックチェーンの完全性にとって不可欠なセキュリティと非中央集権性の両立は依然として大きな挑戦である。この微妙なバランスを保てなければ、ブロックチェーンは中央集権システムに近づいてしまう可能性がある。また、スケーラビリティの低さはブロックチェーン利用コストの上昇にもつながる。そのため、潜在的な可能性を持ちながらも、近年におけるブロックチェーンの大規模な応用は阻まれてきた。
1. モジュラー型ブロックチェーンとは何か？
近年、エンジニアたちはブロックチェーン三難問題への対処に取り組み、実行可能な解決策として「モジュラー型ブロックチェーン」を見つけ出した。この革新的なアプローチでは、ブロックチェーンを異なるモジュールやレイヤーに分割し、各層が特定のニーズを専門的に処理する。通常、セキュリティと非中央集権性は第1層（L1）で優先され、スケーラビリティは第2層（L2）で対処される。
概念的には、L1 と L2 は相互に接続しながらも独立したブロックチェーンと見なすことができる。L1 は L2 のセキュリティと非中央集権性を確保し、ノード状態は L1 上で解決される。L1 は主に取引の実行と状態の保存を担当し、本質的には基幹ネットワークとして機能する。特に注目すべき点は、すべての L2 ノードがオフラインになった場合でも、コミュニティは L1 上に保存された情報を用いて L2 を復元できることであり、これによりモジュラー型ブロックチェーンの耐障害性が高まる。
典型的なモジュラー型ブロックチェーンでは、以下の主要モジュールが機能を駆動する：
1）コンセンサス：このモジュールは極めて重要であり、ブロックチェーンに含める取引を決定し、その順序を確立する。
2）実行：取引の実行および次状態の取得を担当する。
3）決済：コンセンサス状態を決定する。このモジュールは、状態に分岐が生じた際に介入し、解決を促進するために設計されている。
4）データ可用性（DA）：取引履歴へのコミュニティ内での普遍的アクセスを保証するこのモジュールは、決済プロセスおよびブロックチェーンの復旧作業にとって不可欠である。
2. Layer2（L2）とは何か、そしてなぜイーサリアムが必要とするのか？
Layer2（L2）とは、主なブロックチェーン（通常は第1層、またはL1）上に構築されるプロトコルおよびソリューションのことで、スケーラビリティと効率性の向上を目的としている。主要なブロックチェーンプラットフォームの一つであるイーサリアムは、スケーラビリティの制限と高い取引手数料の問題に対処するためにLayer2ソリューションを必要としている。
以下に、イーサリアムがLayer2を必要とする理由を示す：
1）タスク1：取引の詳細と順序の明確化
イーサリアムネットワークの成長とともに取引量が増え、混雑と手数料の高騰が発生している。Layer2ソリューションは、主要なイーサリアムチェーンの外側で取引を処理することでこの問題を緩和できる。その後、これらの取引は束ねられ、定期的にメインチェーン上で決済されることで、混雑とガス代の削減を図りつつ、セキュリティを維持する。
2）タスク2：取引実行後の最新状態の伝達と、その正確性を検証する方法の有無
Layer2上で取引を実行した後、イーサリアムは最新の状態をメインチェーン（Layer1）に伝える仕組みを必要とする。これは通常、暗号化された証明またはコミットメントを使用して、状態遷移が有効かつ検証可能であることを保証するものである。不正証明やzk-rollupsなどの検証メカニズムは、セキュリティを損なうことなく取引の正確性を確認するのに役立つ。
3）タスク3：クロスチェーン呼び出しを促進する指定されたメカニズムの有無
イーサリアムが他のブロックチェーンやLayer2ソリューションとシームレスに連携するためには、クロスチェーン呼び出しを促進する指定されたメカニズムが必要となる。ブリッジやクロスチェーン通信標準といった相互運用性プロトコルにより、資産やデータが異なるチェーン間で安全かつ効率的に移動でき、イーサリアムの機能とエコシステムが拡張される。
まとめると、Layer2ソリューションはイーサリアムにとってスケーラビリティの課題を解決し、取引スループットを向上させ、手数料を低下させると同時に、他のブロックチェーンとの相互運用性とセキュリティを保持するために極めて重要である。
3. Rollupがどのようにこれら3つのタスクを完遂するかを探る
RollupはL2と呼ばれている。それでは、上記の3つのタスクをどのように完遂するかを見てみよう。
1）タスク1：データ可用性（DA）
まず、L2ネットワークに一定量のETHを送信してガス代を支払うことでプロセスを開始する。これはL1→L2のクロスチェーンブリッジを介して行われ、「デポジット」と呼ばれる。通常、L2ネットワークもL1ノードを動作させており、デポジット取引を含むL1ブロックの最終確定を待つだけでよい。一旦確定すれば、デポジットは安全に保持される。
次に、L2シーケンサーに取引を送信する。L2シーケンサーノードがこれらの取引を効率的に管理する。これを標準的なブロックチェーンプロセスと考えればよい：シーケンサーは取引を含むブロックを構築し、それを実行し、チェーンの最新状態を維持する。通常、約2分ごと、あるいは十分な数の取引が集まった時点で、L2シーケンサーは取引を圧縮し、安全にL1チェーンに提出する。この戦略的手法により、L1はL2取引とその特定の順序を完全に把握できるようになる。タスク1が完了した時点で、この一連のプロセス全体を「データ可用性（DA）」と呼ぶ。
2）タスク2：楽観的（OP）およびゼロ知識（ZK）Rollup
現在、L1およびL2ノードはどちらもL2シーケンサーが実行した取引を確認できる。これらの取引は大幅に圧縮され、calldataにのみ格納されるため、ガスコストが最小限に抑えられる。他のL2ノードは、L2のピアツーピアネットワークから受信するブロックよりも、信頼できる情報源としてL1からDA（データ可用性）データを取得することを好む（ただしL2からのブロックも受信するが、完全には信用しない）。通常、例えば1時間ごとに、L2シーケンサーノードはL2状態のMerkleルートをL1のRollupコントラクトに提出する。この操作により、L1とL2の最新状態が同期される。しかし、この時点ではL1は自動的にその情報を信用するわけではない。L2は、OPとZKという2つの方法を使って、L1に対してその正確性を説得する——これらの詳細については後述する。タスク2が完了したら、万歳しよう！
3）タスク3：Layer2からの引き出し
L2上で活動を終え、ETHをL1に引き出したい場合、このプロセスは「引き出し（withdrawal）」と呼ばれる。他のシナリオにおけるクロスチェーン操作と似ているが、重要な違いは引き出しがL2由来であることから、安全保障が他のクロスチェーン操作とは異なる点にある。L1側では、引き出し操作を慎重に扱う必要がある。なぜなら、これはL1外部の世界から始まるため、この操作の起動はL1上の取引（例：トークンの移転）をトリガーする。もし取引の実行が正しくない場合、L1の状態が変更される可能性がある。
引き出しプロセスの手順は以下の通り：
1）他のクロスチェーンシナリオと同様に、L2上で引き出し取引を開始する。
2）データ可用性（DA）と状態がL1にロールアップされるのを待つ。OPまたはZK方式で状態の正確性を検証する。
3）他のクロスチェーンシナリオと同様に、L1上で引き出し取引を実行する。
4. OPとZK Rollup
Rollupの安全性の根幹である、L2がL1に提出した状態の正確性をどう保証するかについて、OPとZKの詳細を掘り下げてみよう。
OPは「楽観的（Optimistic）」を意味する。L1はL2シーケンサーノードが誠実であると楽観的に仮定するが、盲目的には信じない。7日間の「チャレンジウィンドウ」が設けられ、この期間中、任意のL2ノードが提示されたルートの正当性に異議を唱えることができる。異議のある取引はL1上で再実行され、シーケンサーノードと異議提起ノードのどちらが正しいかが判定される。異議が成功すれば、シーケンサーノードは罰則を受け、挑戦者はL1上で預けられた資金を受け取る。状態は正しい値に基づいて調整されるが、注意すべきは取引リストではなく状態ルートのみが修正されることである。
一般的な設定では、L2 DApp運営者は自らのL2ノードを管理しており、潜在的な挑戦者への扉を開いている。挑戦者の視点からは、シーケンサーノードが不正確な情報を提供した場合、L1上でシーケンサーノードが預けた資金から大幅な報酬を得られる可能性がある。したがって、誤った状態が発生した際には挑戦を開始することが極めて重要である。一方、シーケンサーノードの視点からは、誤った状態ルートを提出すれば、挑戦は避けられず、罰則を受け、L1上で預けた資金を失い、誤った状態ルートが元に戻される。これにより、不正確な状態ルートの提出が回避され、楽観的ソリューションの安全な運用が保証される。
しかし、OPソリューションには欠点もある：7日間のチャレンジウィンドウだ。つまり、公式のOPブリッジを使ってトークンをL1に引き出す予定の場合、L2上で引き出し操作を開始してから7日間待たなければならない。ただし、交換可能なトークン（例：ERC20トークン）の引き出しを行うユーザーにとっては、サードパーティDAppを使えば最低コストでこのプロセスを加速できる。
一方、ZK（ゼロ知識）は「ゼロ知識証明」という暗号アルゴリズムに依存する。シーケンサーノードはL2上でzk-EVMを稼働させ、一連の取引適用後のL2状態が前状態から後状態へと正しく遷移したことを検証するZK証明を生成する。この証明はL1のコントラクト内で検証可能であり、L1は状態遷移の正確性を信頼できるようになる。ZK証明の生成は困難であり、数時間かかる場合もある。しかし、検証プロセスは非常に簡単で、EVM上で行われる単純な取引にすぎない。OPと比較して、ZKを利用した引き出し遅延は通常数時間であり、より効率的な選択肢を提供する。さらに、より強力なコンピュータを使えば、遅延はさらに短縮可能である。
OPとZKをよく分析すると、どちらもL1上の取引を信頼するだけでよく、L2内の何ものも信頼する必要がないことが明らかになる。L1とL2からなるRollupシステムを考えるとき、セキュリティと非中央集権性はL1と密接に一致しており、スケーラビリティはL1とL2の総合的潜在能力にまで拡大される。複数のL2を同じL1にロールアップすることで、スケーラビリティは著しく拡張される。
ZK-Rollupは取引をバッチ化してまとめる、Chainlink
5. 大規模採用への道を開く：DePIN実用性におけるRollupの役割
通常、Rollupを利用することでイーサリアムのTPSは数千に達することができる。しかし、現在のボトルネックはデータ可用性（DA）である。L2取引はL1提出前に効果的に圧縮されるものの、取引数の増加に伴いガスコストも上昇する。別のアプローチとして、取引をサードパーティの分散型ストレージサービスに提出することで、L1ブロック内でのガス消費を大幅に節約できる。これは他のソリューションと組み合わせることで、ほぼ無限のスケーラビリティを提供する可能性がある。しかし、これにはトレードオフもあり、サードパーティの分散型ストレージサービスがシステムのセキュリティに与える影響を考慮しなければならない。結論として、ブロックチェーンはセキュリティと非中央集権性を維持しつつ、巨大なスケーラビリティを実現できるようになった。ブロックチェーン三難問題は解決されたのだ。この突破は大規模採用の可能性を開き、RollupはDePIN実用性の広範な普及における重要なマイルストーンとなった。
DePIN（Decentralized Physical Infrastructure Networks：非中央集権物理インフラネットワーク）は、ブロックチェーン報酬を活用して物理インフラネットワークの発展を促進する。例としてArkreenを挙げよう。Arkreenはブロックチェーン報酬を用いて、個人がクリーンエネルギー網の構築に貢献するようインセンティブ付与している。この場合、マイナーは太陽光発電システムを建設し、発電データを収集してArkreenネットワークに提出する。Arkreenネットワークは、誠実で価値あるデータを識別・フィルタリングし、それに応じてマイナーにトークン報酬を提供する。Arkreenネットワークは非中央集権的に運営されており、現在12,000人以上のマイナーを抱えており、近い将来には数百万にまで拡大すると予想されている。したがって、この膨大なマイナー集団を収容するためには、高度にスケーラブルなブロックチェーンインフラが必要となる。過去には、このようなレベルのスケーラビリティを実現することは技術的・経済的に困難であった。しかし、モジュラー型ブロックチェーン（例：Rollup）によってもたらされたスケーラビリティの支援により、それが現実可能になった。
モジュラー型ブロックチェーン（例：Rollup）上で構築されたDePINプロジェクトは、最低コストで高度なスケーラビリティを実現しつつ、イーサリアムのような基盤ブロックチェーンのセキュリティと非中央集権性の恩恵を享受できるだろう。DePINプロジェクトが発行するトークンはRWA（Real World Assets：現実世界資産）と呼ばれ、その価値は現実の資産に由来する。これらのオンチェーン流動性を持つ資産はマイナーに資金をもたらし、DePINネットワークの成長に貢献するようインセンティブを与えることで、価値の循環を生み出す。複数のDePINプロジェクトが現実世界で協力し、オンチェーンでDePINエコシステムを形成することで、DePINの価値はさらに高まる。現実世界での複数のDePINプロジェクトの連携は、オンチェーンのDePINエコシステムを構築し、全体価値を強化する。このような協働により、ブロックチェーンは現実の経済に奉仕できるようになり、ブロックチェーン分野における新たな成長を促進する。
6. まとめ
モジュラー型ブロックチェーン（例：Rollup）はブロックチェーン三難問題を効果的に解決し、スケーラビリティを向上させ、広範な採用の道を切り開いた。DePINプロジェクトの文脈において、高性能かつ費用対効果の高いブロックチェーンサービスへの需要は、モジュラー型ブロックチェーンによって適切に満たされる。モジュラー型ブロックチェーンの支援を受けて、DePINプロジェクトは巨額の価値を獲得する可能性を秘めている。
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