理論から実践へ：Based RollupはL1ソート駆動型Rollupスキームを実現できるか？
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理論から実践へ：Based RollupはL1ソート駆動型Rollupスキームを実現できるか？
L2ネットワークノードは複数の部分から構成されており、その中でも特に重要なのがソータライザーですが、現在のRollupのソータライザーはすべて中央集権化の問題に直面しています。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察著者：YBB Capital リサーチャー Ac-Core
はじめに
イーサリアムの動作原理では、各ノードがユーザーが提出したすべてのトランザクションを保存・実行しています。ネットワーク全体のスケーリングを図るために、イーサリアムはRollupソリューションを採用しています。簡単に言えば、大部分のトランザクション処理をオンチェーン（L2）外に移し、イーサリアムメインネット（L1）の負荷を軽減し、トランザクション手数料を下げることです。つまり、Rollup = L1上のスマートコントラクト群 + L2のネットワークノードであり、すなわちオンチェーンスマートコントラクトとオフチェーンアグリゲータのことです。その自身の決済、コンセンサス、データ可用性はイーサリアム自体に依存しており、実行のみを担当します。L2ネットワークノードは複数の構成要素からなりますが、特に重要なのがシーケンサーですが、現状のRollupにおけるシーケンサーはすべて中央集権化の問題を抱えています。
Rollupとシーケンサー
Rollupはイーサリアム（L1）におけるスケーラビリティ対策の一つであり、オンチェーン外でトランザクションを実行し、それらをブロックにパッケージングします。各ブロックに対して、Rollupはチェーン状態を再構築するために必要なデータ（データ可用性のソースとして）をデータ可用性レイヤーに公開し、オンチェーン外での実行の正当性証明を決済レイヤーに提出します（Rollupには2種類あり、ZK-rollupの場合、各ブロックごとにゼロ知識証明を提出します。一方、Optimistic rollupの場合は、争議が発生した場合にのみ不正証明を提出します）。EIP-4844以降、データ公開がblobsに切り替わったことで、このレイヤーを「データ公開レイヤー」と呼ぶ可能性があります。ここで、RollupのスマートコントラクトはL1上で提出された証明を検証し、各Rollupは1つ以上のブリッジを持ち、チェーン間のデータ転送および入金・出金を実現しています。
Rollupの実装ロジックにおいて、シーケンサー（Sequencer）はキーコンポーネントであり、主にL2上のトランザクションリクエストを受け取り、その実行順序を決定し、トランザクションをバッチとしてパッケージングして最終的にL1上のRollupスマートコントラクトに送信する役割を果たします。これにより、トランザクション処理効率の向上とコスト削減に大きく貢献しています。
シーケンサーの機能と動作原理は主に以下の4つに分けられます。
1. トランザクション受信： シーケンサーはユーザーまたはアプリケーションからのトランザクションリクエストを受け取ります。これらのトランザクションはまずL2上で処理され、直接イーサリアムメインネット上で行われるわけではありません。
2. トランザクションの並べ替え： シーケンサーは受け取ったトランザクションを並べ替え、実行順序を決定します。このプロセスは、イーサリアムのマイナーがトランザクションをブロックにまとめる前に行う作業に似ています。
3. トランザクションのパッケージング： シーケンサーは並べ替えられたトランザクションをバッチにまとめ、複数のトランザクションの要約情報を含みます。
4. L1への提出： 最終的に、シーケンサーはパッケージングされたトランザクションバッチをイーサリアムメインネット（L1）に提出し、メインネット上で決済とデータ保存を行います。これにより、L1はL2上のステート更新を検証および保存できます。
Rollup技術は有効なスケーリングソリューションを提供していますが、シーケンサーの設計および実装には依然としていくつかの課題があります。最も顕著なのは中央集権化の問題です。多くのRollupプロジェクトは現在、単一または少数の主体によって制御される中央集権的なシーケンサーに依存しており、透明性の欠如や単一障害点といった直接的なリスクをもたらしています。
上記のような硬直的で形式的な説明を離れると、L2の非中央集権的シーケンサー解決策に関する議論について、YBB Capitalの過去の記事で言及されたMetisによる市場向けオープンなシーケンスプールノードステーキング方式のL2ソリューションや、Espressoのような独立プロジェクトの案も、本質的には「シーケンス」の利益分配と将来の市場期待空間にすぎず、したがって利害関係と正統性こそが避けられない核心です。
Based Rollupの歴史的背景と設計
画像出典：@drakefjustin
Rollupという概念は、イーサリアムの創設者であるVitalik Buterin氏によって最初に提唱されました。当初の構想は完全に制限のない「Total Anarchy（無政府）」状態を実現し、誰もが無制限にトランザクションの拡張を可能にするというものでした。前述した現在のシーケンサーに存在する問題を踏まえて、2023年にイーサリアムリサーチャーのJustin Drake氏は、シーケンサーをイーサリアムL1自体が管理するソリューションであるBased Rollupsを提案しました。以下がその内容です（出典は拡張リンク1参照）：
定義：
「集約（Rollup）のシーケンスがベース層（L1）によって駆動されるとき、これをL1ベースあるいはL1によってシーケンスされた集約と呼びます。具体的には、L1ベースの集約とは、次のL1プロポーザーがL1の探索者（searcher）およびビルダー（builder）と協力して、許可なしに次のRollupブロックを次のL1ブロックに含めることを意味します。」
利点：
● 活性（liveness）: Based RollupはL1と同じレベルの活性保証を享受します。なお、エスケープハッチ（Escape Hatches）付きの非Based Rollupでは活性が低下することに注意してください（エスケープハッチはRollup内の安全メカニズムであり、Rollupシステムに問題が生じた際にユーザーがL2から資産をL1メインチェーンに安全に引き出すことを可能にします。いわゆる緊急出口のようなものです）；
弱い決済保証： 決済保証が成立するまで、エスケープハッチのトランザクションは一定のタイムアウト期間を待つ必要があります；
検閲に基づくMEV： エスケープハッチ付きのRollupは、タイムアウト期間中、短期間のシーケンサーによる検閲によって不利なMEVの影響を受けやすくなります；
ネットワーク効果のリスク： シーケンサーの活性障害によって引き起こされる大規模な退出（例えば、非中央集権型PoSシーケンスメカニズムに対する51％攻撃など）は、Rollupのネットワーク効果を損ないます。なお、L1とは異なり、Rollupは社会的コンセンサスを通じてシーケンサーの活性障害から優雅に回復することはできません。既知のすべての非Based Rollup設計において、大規模な退出はダモクレスの剣のような存在です；
Gasペナルティ： エスケープハッチ経由で決済されたトランザクションは、通常ユーザーにとってGasペナルティを伴います（例えば、バッチ処理されていないため最適ではないデータ圧縮などが原因）。
● 非中央集権化（decentralization）: Based RollupはL1の非中央集権性を継承し、自然にL1の探索者 - ビルダー - プロポーザーインフラを再利用します。L1の探索者およびビルダーは、彼らのL1ブロックにRollupブロックを含めることでRollupのMEVを得ようとするインセンティブを持っています。これはさらに、L1ブロックプロポーザーにRollupブロックをL1にパッケージングさせるインセンティブを与えます。
● 簡潔性（simplicity）： Based Rollupのシーケンスは最もシンプルであり、中央集権的シーケンスよりもはるかに簡単です。Based Rollupはシーケンサー署名の検証、エスケープハッチ、外部PoSコンセンサスを必要としません。
歴史的注釈： 2021年1月、VitalikはL1ベースのシーケンス方式を「完全無政府状態」と呼び、複数のRollupブロックが同時に提出されるリスクがあり、Gasや作業量の浪費を招くと指摘しました。現在のプロポーザー - ビルダー分離方式（Proposer-Builder Separation, PBS）は、L1シーケンスを厳密に制御し、各L1ブロックには最大で1つのRollupブロックしか含まれず、Gasの浪費はありません。Rollupのn+1ブロック（またはk >= 1の場合n+k）がブロックnのSNARK証明を含むことで、ZK-rollupの証明作業の浪費を回避できます。
● コスト： Based RollupのGasオーバーヘッドはゼロです——非中央集権または中央集権のシーケンサーからの署名検証さえ不要です。Based Rollupの簡潔性は開発コストを下げ、リリース時間を短縮し、コード脆弱性の露出面積を小さくします。また、Based Rollupのシーケンスはトークンを必要とせず、トークンベースのシーケンサーに関連する規制負担を回避します。
● L1との経済的整合性（L1 economic alignment）： Based Rollup由来のMEVは自然にその基盤となるL1へ流れ込みます。この流れはL1の経済的安全性を強化し、MEV消却のケースではL1ネイティブトークンの経済的希少性を高めます。このL1との経済的緊密な結びつきは、Based Rollupの正統性構築に寄与する可能性があります。重要なのは、MEV収益を犠牲にしても、Based RollupはL2の混雑料金（例えばEIP-1559形式のL2基本料金）から収益を得る選択肢を保持していることです。
● 主権性（sovereignty）： シーケンスをL1に委譲しているとはいえ、Based Rollupは主権を保持しています。Based Rollupはガバナンストークンを持ち、基本料金を徴収でき、適切なタイミングでその基本料金収益を利用することができます（例：Optimismが公共財に資金提供するなど）。
欠点：
● MEV収益の不在： Based RollupはMEVをL1に譲渡するため、収益は基本料金に限定されます。直感に反するかもしれませんが、これがBased Rollupの総収益を増加させる可能性もあります。理由は、Rollupの構図がウィナーテイクオール傾向にあるため、勝ち残ったRollupがBased Rollupの安全性、非中央集権性、簡潔性、整合性を利用して支配的地位を確立し、最終的に収益を最大化できるかもしれないからです。
● 制約されたシーケンス： シーケンスをL1に委譲すると、シーケンスの柔軟性が低下します。これにより、特定のシーケンスサービスがより困難になるだけでなく、実現不可能になる可能性もあります：
○ 事前確定（pre-confirmation）： 迅速な事前確定は中央集権的シーケンスでは問題ではなく、外部PoSコンセンサスでも実現可能です。L1シーケンスを使用した迅速な事前確定は未解決問題ですが、EigenL、インクルージョンリスト（Inclusion Lists）、ビルダーボンド（Builder Bonds）など有望な研究方向が多数あります。
○ 先着順（FCFS）： Arbitrum式のFCFSシーケンスがBased Rollup上で実現可能かどうかは不明です。EigenLはL1シーケンスのBased RollupにFCFSのオーバーレイを提供できるかもしれません。
名称：
「Based Rollup」という名称は、ベースチェーン（Base L1）との親和性に由来しています。これはCoinbaseが最近発表したBaseチェーンと衝突しており、奇妙な偶然です。実際、CoinbaseはBaseのアナウンスメントで以下の2つの設計目標を示しています：
● 無トークン（tokenlessness）： 「新ネットワークトークンを発行する予定はありません。」
● 非中央集権化（decentralisation）： 「私たちは……時間とともに徐々にブロックチェーンを非中央集権化していく計画です。」
BaseはBased Rollupになることで、無トークンかつ非中央集権化を実現できます。
画像出典：@jchaskin22
以上理論に基づき、Based Rollupにより誰もがRollupブロックを拡張でき、シーケンス後のトランザクション状態変更をL1に公開することでL2からMEVを抽出できます。すべてのシーケンスと安全性はイーサリアムL1によって提供されるため、外部のステークドプルーフコンセンサスや特定Rollupのトークン要求を回避できます。他のRollupが資産の安全性を確保するために不可欠な「緊急脱出ハッチ」機能と比べて、Based Rollupのビジョンではそれを排除でき、イーサリアムの安全な運用が保証されていれば、Rollup上のトランザクションは円滑に完了できます。
Based RollupにおけるTaiko Labs
画像出典：Taiko公式サイト
Taiko LabsはBased Rollupの開発・普及を主導するチームであり、Based Rollupは同社がイーサリアム第二層スケーリングソリューションとして推進するプロジェクトです。そのビジョンは、Based Rollupなどの革新的技術を通じて、イーサリアムメインネットのスケーラビリティ問題を解決することです。主な特徴は以下の3点です：
1. 完全にイーサリアムEVM（Type 1）と同等のZK-EVM： 使用される（Type 1）zkEVMは完全なイーサリアム互換性を持ち、開発者はスマートコントラクトの実行失敗リスクを心配することなく、イーサリアムとTaikoの間で分散型アプリケーション（dApps）をシームレスに移行できます；
2. オープンソース： TaikoのすべてのソースコードはGitHub上で公開されており、誰でも閲覧、構築、修正が可能です。このオープンソースモデルにより、ブロックチェーン技術の発展が少数のチームに限定されず、世界中のコミュニティや開発者が参加できます；
3. 完全な非中央集権化： EVMとの高い互換性を確保するだけでなく、Taikoはプロトコルの完全な非中央集権化を達成することを目指しています。Taikoは、非中央集権的なプロポーザーとバリデーターを通じてブロックの提出とzkPsの生成を行い、システムの非中央集権的特性を確保する計画です。
TaikoはVitalik Buterinが『The different types of ZK-EVMs』（拡張リンク2参照）で述べた、「完全かつ妥協なきイーサリアム同等性」を追求するType 1の完全イーサリアム同等ZK-EVMの構築を目指しています。
目的は、イーサリアムブロックの検証（少なくとも実行層は検証可能。ただしビーコンチェーンのコンセンサスは除くが、すべてのトランザクション、スマートコントラクト、アカウントロジックを含み、ハッシュ、ステート／トランザクションツリー、その他のコンセンサスロジックを置き換えることはありません）のために完全な互換性を実現することです。そのため他のタイプと比較して、ネイティブソリューションに近づけるために、Type 1は最も複雑かつ挑戦的なタイプです。
画像出典：Vitalik Buterin：『The different types of ZK-EVMs』
その他の主要構造：
競合可能なRollup（BCR - Base Competitive Rollup）
Taiko Labsが開発した革新的なブロックチェーンスケーリングソリューションです。BCRは競争メカニズムを通じてRollupの効率性と安全性を向上させ、さまざまな参加者が自由にブロックの提出と証明の生成を競えるようにすることで、ネットワーク全体のパフォーマンスと非中央集権化レベルを高めることを目的としています。総括すると以下の通りです。
● 特徴
オープン競争： 資格を持つ任意の参加者がブロックの提出と証明の生成を競うことが可能。このオープンメカニズムにより中央集権的支配が減少し、ネットワークの非中央集権化レベルが向上します。競争者はより高品質なサービスを提供することで報酬とトランザクション手数料を獲得します；
効率的な拡張： ブロック生成と検証の効率を効果的に向上させます。複数の競争者が並列に作業することで単一ボトルネックを回避し、トランザクション処理速度とネットワークの拡張能力を向上させます；
安全性： 多数参加による競争メカニズムにより、システムの攻撃耐性が向上します。複数の参加者が生成するブロックと証明により、システムの透明性と安全性が高まり、単一エンティティによる支配や攻撃が困難になります。
● 利点
EVM互換性： BCRはイーサリアム仮想マシン（EVM）と完全互換であるため、既存のイーサリアムスマートコントラクトと分散型アプリケーション（DApps）を大きな修正なしにBCR上で容易に移行・実行できます；
高スループット： BCRはトランザクションを並列処理しブロックを生成できるため、ネットワークのスループットが大幅に向上し、より多くのトランザクションを処理でき、トランザクションコストと遅延を低減できます；
非中央集権化： 非中央集権的なブロック生成と証明メカニズムを通じて、ネットワークの非中央集権的特性を確保し、中央集権的エンティティによる支配リスクを低下させます。
● 欠点
複雑性の増加： システムの複雑性は、複数の競争者間のブロック生成と検証を調整するための複雑なアルゴリズムとプロトコルを必要とします。スマートコントラクトの複雑性により、競争結果を処理するための追加ロジックが必要になる可能性があります；
潜在的問題： BCRの競争メカニズム下では、複数の競争者が同時に計算・ブロック提出を行うことで手数料が上昇する可能性があり、ユーザーはBCRでトランザクションを行う際に高い手数料に直面する可能性があります。特にネットワークが混雑しているか競争が激しい場合です。また、リソース豊富な大規模ノードが競争で優位になり、中央集権化を招く可能性があります。
ブースター基盤Rollup（BBR-Based Booster Rollup）
ブースター（Booster）はBBRにおいて特殊な参加者であり、トランザクションバッチの最適化、トランザクションデータの圧縮、複数のトランザクションバッチの並列処理を担当します。実際の作用は実行とストレージの分離であり、L2の実行を維持しつつL1の非中央集権化を保ち、スマートコントラクトがL1およびすべてのBBR上で同じアドレスを持つようにします。
同時に、システムの複雑性の増加、リソース消費、潜在的な中央集権化といった課題にも直面しています。今後、BBRはさらなる最適化と拡張が必要であり、ブロックチェーン技術の継続的な発展に応える必要があります。
画像出典：Taiko Labs
結論
現時点での全体的な観察によれば、Based Rollupはイーサリアムの第2層スケーリング方法における大きな転換と言えます。Rollupのシーケンスを直接L1のプロポーザーに委託し、プロポーザーとビルダーの分離設計を利用して、L1がRollupのすべてのシーケンサーの役割を実行します。また、MEVも拡張され、L2の探索者はトランザクションバンドルをL2ビルダーに送信でき、これらは同時にL1の探索者でもあり、完成したL2ブロックは最終的にL1ブロックの一部となり、L1ビルダーとイーサリアムメインネットによって処理されます。
Based RollupをRollupの最終解と見なせるかどうかはまだ検証が必要ですが、否定できないのは、現段階でイーサリアム第2層スケーリングにおける重大な革新であり、より安全で非中央集権的なソリューションを提供しているということです。同様の考え方をビットコインエコシステムに適用すれば、高い拡張性を持つイーサリアムと比較して、ネイティブかつ非中央集権的なVMを実現する難易度は明らかですが、業界全体が真の非中央集権的スケーリング問題を解決するには、依然として長い道のりがあります。
拡張リンク：
【1】Based rollups—superpowers from L1 sequencinghttps://ethresear.ch/t/based-rollups-superpowers-from-l1-sequencing/15016/1
【2】The different types of ZK-EVMs
参考記事
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