Polygonの発展歴を1万字で解説：かつての「栄光」はAggLayerとCDKによって再現されるのか？
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Polygonの発展歴を1万字で解説：かつての「栄光」はAggLayerとCDKによって再現されるのか？
技術革新が大規模に実施され、その効果が現れるまで、市場は通常それを価格に反映しない。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：Saurabh Deshpande、Sidd Harth、Decentralised.co
翻訳：Yangz、Techub News
2020年3月、市場は「前例のない」ブラック・スワン的出来事に見舞われた。金融界はパンデミックの衝撃を受け、FRBは経済刺激のために大量のドルを発行した。このような環境下で、ビットコインやイーサリアム、その他いくつかのトークンは史上最高の瞬間を迎えた。しかし価格以外にも、イーサリアムのスケーラビリティ方式に革命的な技術変革が起こっていた。
2020年当時、イーサリアムはまだスケーラビリティ問題を解決していなかったが、Polygon（当時はMatic Network）はイーサリアム仮想マシン（EVM）を利用したアプリ拡張ソリューションとして登場した。2020年から2021年初頭にかけて、PolygonはAaveのような高品質なアプリを極めて低コストで提供できる数少ないソリューションの一つであり、多くのイーサリアム拡張ソリューションの中でも際立っていた。
2021年から2023年にかけて、イーサリアムのスケーリング競争はさらに激化した。この期間中、ZK Rollup（ZKR）より先にOptimistic Rollup（OR）が製品化された。ORの設計はZKRよりも複雑度が低く、完全にEVM互換で高性能なZKRが実現するにはまだ数年かかると考えられていた。そのためORは一時的なスケーリング手段とされる一方で、すでに多数のユーザーと資本を獲得していた。これに対してZKRは相対的に劣勢であった。これは両者のTVL（総ロック価値）からも明らかである。4月11日時点で、ORのTVLは約350億ドル、ZKRは約37億ドルであった。
インセンティブと新たな物語によってORがユーザーに支持される中、Polygonは初期のサイドチェーン型ソリューションの一つとして、あえてZKソリューションに注力し、陣地をORに譲った。ZKRの立ち上げには時間がかかり、当然ながらインセンティブも遅れた。そしてZKRが実際にリリースされたときには、ORはすでに地位を確立しており、ユーザーの注目を獲得していた。さらにZKR導入後のユーザーエクスペリエンスがORとほとんど差がないという状況もあり、ZKRにとってユーザーの注目を引きつけるのは非常に困難な戦いとなった。
Polygon Labsのソリューションは多岐にわたり、PoSチェーン、今後リリース予定の複数のZKR実装、開発ツールキットなどがある。外側から見ると、Polygonの取り組みは混乱しているように見える。最適な時期に最適なことをせず、現在はあらゆることを試しているようだ。しかし深く掘り下げてみると、これらの断片がどのように組み合わさっているかの重要性に気づく。本稿では、Polygonエコシステムの進化と今後数ヶ月の展望に焦点を当てる。
速度への要求
誰もがCrypto Kittiesの時代を忘れないだろう。独自のデジタルネコの繁殖と取引を可能にすることで、Crypto Kittiesはイーサリアムにコミュニティ感をもたらした。2017年12月、一部のネコの価格は10万ドルを超え、取引に使われるGasはイーサリアム全体のGas消費量の10%以上を占め、その人気はピークに達し、BBCも報道した。しかし同時に、このイベントは当時のイーサリアムの限界を浮き彫りにした。高価格と高い需要の中で、一般ユーザーは高額なGas料金を負担できなかった。
明らかに、2017年のイーサリアムは大規模なスケーリング改造が必要だった。この問題を考える際に自然に思いつく解決策の一つは、「もし1本のチェーンが秒間12件のトランザクションを処理できるなら、これを複数の独立したチェーンに分割できないか？」というものだ。100本のチェーンがあり、それぞれが秒間12件ずつ処理すれば、合計で秒間1200件のトランザクションを処理できる。チェーンが増えれば、スケーリングの可能性も広がる。
これが基本的な「シャーディング」の広義の概念である。シャードとは、他の小規模チェーンと並列して動作するチェーンである。しかし、これら独立したシャードがシームレスに相互運用可能になり、イーサリアムの一部となるように保証することは、スケーリング自体と同じくらい難しい。例えば、ユーザーが異なるシャード上でアプリ関連のトランザクションを実行する必要がある場合、これらのチェーン間の相互作用が極めて重要になる。つまり、バリデータセットを複数の集合に分割し、異なるチェーンを検証しなければならない。
シャーディングが最終的な目標ではあるが、その間にイーサリアムはシャーディングアーキテクチャの構築ブロックとなるいくつかの中間ステップを取る必要がある。これらの中間ステップには、ステートチャンネルやPlasmaなどが含まれる。
シャーディングとは別に、もう一つのアプローチも形成され始めた。「バリデータセットを分割するのではなく、その計算負荷を軽減したらどうか？」というのがまさにRollupの目的である。Rollupは各トランザクションにイーサリアムのリソース（Gas）を使うのではなく、バッチ処理されたトランザクションを公開するためにそれらを利用する。つまり、状態の変更（アカウント残高、スマートコントラクト、外部所有アカウントを含むイーサリアムの状態）に必要な計算は、イーサリアムとは別のレイヤーで行われ、イーサリアムのリソースを節約する。Rollupのおかげで、イーサリアムは数百万の消費者と直接やり取りするのではなく、数千万のユーザーとやり取りする少数のRollupを処理するようになる。RollupはイーサリアムをB2CからB2Bへと転換させた。
もちろん、これは簡単ではない。イーサリアムのバリデータが計算を実行しなくなったとき、ユーザーはどうやって計算を行っている者が誠実かどうかを知るのか？イーサリアムを使用する際、自分自身のノードを実行してバリデータが正しくトランザクションを実行しているか確認できるが、通常はそうしない。最終的には、私たちはイーサリアムのバリデータを信頼することになる。
資産を移動したり交換したりするとき、バリデータはアカウント残高の増減など、イーサリアムの状態を変更する。この計算がオフチェーンに移されたとき、ユーザーは基本的にそのレイヤーを運営する者を信頼していることになる。ここで「これらのレイヤーは単にイーサリアムの延長である」と言うならば、ユーザーはイーサリアムのバリデータ以外の誰かを信頼せざるを得なくなるべきではない。そのレイヤーは、何らかの方法で彼らの行動がイーサリアムのルールに準拠していることを証明する責任を負う。
異なるRollupがどのように計算を行い、イーサリアムに証明するかは、大きくそのタイプを決定する。ORは、計算結果とその結果を再実行するために必要なデータ（イーサリアムに公開するもの）を提供する。誰かが実行結果に異議を唱えるまで、ORが提出した結果は正しいと見なされるため、「楽観的（optimistic）」と呼ばれる。検証者は通常7日間、結果に異議を唱える時間を与えられる。ただし、2024年6月時点で、Optimismを除くすべてのORは詐欺防止機能を実装していない。Optimismは第1段階の誤り防止または詐欺防止機能を持っており、万一防護システムが故障してもセキュリティ委員会が介入できる。
もう一つの主要カテゴリがZKRである。ゼロ知識技術により、内容の詳細を明かさずに何かを証明できる。ZKRは、すべてのデータを公開して検証者がすべてのトランザクションを再実行する必要はなく、代わりにイーサリアムに実行証明を提出する。
イーサリアム――L2または拡張レイヤーのアンカー
今日のイーサリアムは、プロトコルとアプリの発展とともに成長してきた。この過程で、いくつかのプロジェクトは進化に対応できたが、他は取り残された。Matic Network（現Polygon）の物語はこれをよく表している。イーサリアムの発展のおかげで、Polygonもまた成長を遂げている。
2015年のイーサリアム創設以来、暗号資産とブロックチェーンの景観は大きく変化した。イーサリアムのスケーリング計画は2020年末に大きな転換点を迎える。Vitalikが「Rollup中心」の記事を書いたのがきっかけである。イーサリアムの発展は、Rollupを境に前後二つの時代に分けられる。もしイーサリアムがアンカーなら、L2はそれに従わなければならない。
明らかに、イーサリアムが世界コンピュータになるには大規模なスケーリングが必要である。イーサリアムのスケーリング進化を理解する前に、スケーリングの一般的な意味を再考すべきだ。スケーリングとは、イーサリアムのセキュリティ保証を拡張することである。どのような方法を採用しても、ある程度はイーサリアムのセキュリティに依存すべきである。つまり、イーサリアムL1が拡張レイヤーの状態に関する最終決定権を持つべきである。
イーサリアムがRollupを支持すると決める前から、開発者たちはステートチャンネル、Plasma、サイドチェーン、シャーディングなど、他のいくつかのスケーリング手法を提案していた。
そのうち、Plasmaとサイドチェーンは似ている。Plasmaは独立してトランザクションを実行できるチェーンであり、圧縮されたデータを定期的にイーサリアムに公開する。しかし、これによりデータ可用性（DA）の問題が生じる。Plasmaの全履歴データはPlasma運営者のみが取得でき、イーサリアムのフルノードは圧縮データしか知らない。したがって、ユーザーは運営者を信頼してデータの可用性を維持しなければならない。つまり、Plasmaのセキュリティはルートチェーン（イーサリアム）のセキュリティに依存する。不正証明やチャレンジもルートチェーンのルールに基づいて解決される。
データ可用性ソリューションは通常、コンセンサスデータとトランザクションデータを分離する。チェーンの規模が大きくなるにつれ、状態の保存と処理は課題となる。DAソリューションは、コンセンサス層とデータ層の分離を導入することでスケーラビリティ問題を解決する。コンセンサス層はトランザクションの順序付けと整合性を処理し、データ層はトランザクションデータと状態更新を保存する。
サイドチェーンは、独自のコンセンサスとバリデータセットを持つ独立チェーンである。定期的にイーサリアムにデータを公開する。Plasmaとの主な違いは、異なるコンセンサスに基づく独立したバリデータセットにある。ユーザーは、トランザクションの整合性を保つためにサイドチェーンのバリデータを信頼しなければならない。
Plasmaおよびサイドチェーンと比較して、ORは以下の点で改善されている：
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まず、ORはイーサリアム上にすべてのデータを公開することで、データ可用性の問題を回避する。
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次に、ユーザーはより大きな信頼前提に拡張する必要がない。つまり、新しい運営者またはバリデータのグループを信頼する必要はない。
これがRollupがより優れた拡張形式と見なされる理由である。言ってみれば、Plasmaの改良版である。
ステートチャンネルは、ビットコインのライトニングネットワークに類似したソリューションである。
簡単な例え話をしよう。SidとJoelは、隣同士に三明治店とカフェを経営している。商品の相補性から、お互いの商品を販売し、メニューを統合することに決めた。顧客がJoelの店で三明治を注文した場合、Sidに注文を伝えるだけでよい。支払いは食事をする場所でのみ行われる。SidとJoelはそれぞれ記録を行うが、各注文後に精算せず、一日の終わりにまとめて精算する。
お互いに開設した請求書は、まるで2つのノードまたはアカウント間のチャンネルのようである。大まかに言えば、2人のユーザーまたはアプリは、オフチェーンのチャンネルを開き、トランザクションを実行し、チャンネルを閉じるときにオンチェーンで決済を行うことができる。この方法では、ユーザー間で複数のチャンネルを開く必要があり（チャンネルの開閉はオンチェーン取引）、スケーリングが難しい。2024年6月時点で、ライトニングネットワークの容量は約5,000BTCしかない。つまり、5,000BTCを超える往復取引を同時に処理できないということだ。
Polygon発展の四つの時代
メインネットを最初にリリースした拡張ソリューションの一つとして、Polygonの発展は技術的・エコシステム的に以下の四つの時代を経てきた：
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Matic Network
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Polygon拡張
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ZKの採用
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すべての統合
Matic Network
Matic Networkは、Plasmaとサイドチェーンのアプローチを組み合わせたものである。バリデータはMATICトークンをステーキングし、トランザクションを検証してチェーンの安全性を確保する。追加のセキュリティ措置として、チェーンの状態スナップショット（チェックポイント）がイーサリアムに提出される。一度イーサリアム上のチェックポイントが確定すれば、その状態はMatic Network上で凍結される。その後、ブロックは争奪や再編成ができなくなる。
2021年、Matic NetworkはPolygonに名称変更したが、これは単なる名称変更ではない。Matic Networkは単一チェーンでイーサリアムを拡張したが、Polygonはマルチチェーンエコシステムへと方向転換した。多角的にイーサリアムを拡張するというビジョンを実現するため、Polygonは開発者がアプリをPolygonに移植しやすいソフトウェア開発キット（SDK）をリリースした。
いわゆるSDKは、より大規模なソフトウェア（この場合はさまざまなタイプのチェーン）の構築ブロックを提供する。Polygon SDKは、独自のバリデータセットを持つ独立チェーンと、イーサリアムのセキュリティを活用するチェーン（L2）の2種類を構築するためのツールを提供する。
運営方法（誰が参加できるか、誰がノードを運営できるかなど）をより多く制御したいサイドチェーンや企業チェーンは前者を選ぶ。一方、リソースが不足している、またはイーサリアムのセキュリティやコンセンサスルールについて意見を持たない若いプロジェクトは後者を選ぶ。
2021年4月、AaveがPolygonにデプロイされて数ヶ月後、PolygonのTVLは約1.5億ドルからほぼ100億ドルに急上昇した。当時、アクティブユーザー数や取引量などの指標で、Polygonはほとんどのチェーンをリードしていた。2024年6月時点でも、Polygon PoSは日次アクティブユーザー数で依然としてリードしている。（ただし、このデータは慎重に見る必要がある。なぜなら、実際のアクティブユーザー数は不明だからだ。データ提供業者は通常アクティブアドレスを追跡するが、1つのアドレスが必ずしも1人のユーザーを意味するわけではない。）
ZKの採用
Polygon PoSチェーンが成長する中、Polygon Labsはイーサリアムを拡張するさらなる方法を探求した。
2021年、ZKRがほとんど開発段階にあったとき、Polygon LabsはZK開発に10億ドルの資金を割り当てた。Hermez Network、Miden、Mir Protocolを買収した。これらチームはすべてZK領域に属しているが、それぞれ特定の用途を持っている。HermezはリアルタイムzkEVMの構築に注力し、Mirは業界トップクラスの証明技術の構築を目指し、zkVM Rollupのクライアント証明機能を実現する。
ZK技術はあと3〜5年でようやく実用化されると広く考えられ、ORは（不正防止機能なしに）近々登場すると予想されていた中、Polygon Labsは全力でZK開発に取り組んだ。なぜPolygon LabsはORソリューションを先に展開し、同時にZKを研究するという選択をしないのか、疑問に思う人もいただろう。
答えは二つある：
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スケーラビリティとセキュリティの観点から、ORはPolygon PoSよりも進んだソリューションになる。
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しかし、ZKRがORに勝つ最終的なソリューションになると一致している。
確かに、ORに不正防止機能があれば、そのセキュリティ保証はサイドチェーン（Polygon PoSなど）よりも優れているが、エンドユーザーにとってはコストに大きな違いはない。ただし、Optimismを除くすべてのORはまだ不正防止機能を実装していない。Optimismは2024年3月に不正防止機能のテストを開始した。したがって、すべてのORが各メインネットで不正防止機能を有効にするまでにはまだ時間がかかる。
杠鈴戦略の観点から見ると、リスクは投資ポートフォリオ内の極めてハイリスク・極めてローリスクのツールによって分配されるが、まさにそれがPolygonの戦略である。
ORとZKRの違い、および前者がすべてのトランザクションデータをイーサリアムに提出する必要があることを考慮すると、ORのトランザクション数が増えるにつれて、イーサリアムに公開されるデータ量はほぼ線形に増加する。一方、ZK証明のサイズは類線形的に増加する。したがって、トランザクション数が増えるにつれて、ZKRはORよりも明らかに効率的である。
ZK技術を十分に理解し、数千億ドルを扱えるインフラ層を構築できる人数はおそらく2桁程度しかいない。ZK技術には成熟に時間がかかる。ZK研究チームの買収は、Polygon Labsに業界でもまれな戦術的優位をもたらす。
Rollupと列車
zkEVMはPolygonの最も重要な技術の一つである。なぜそうなのか？
古い世代のブロックチェーンを古いエンジン式列車に例えよう。速度が遅く、容量が小さく、価格が高い。しかし、長年の経験で多くの地域にわたる線路網を築き上げてきた。最も広く採用された標準の一つとして、EVMをこの線路網と見なすことができる。
ORはこの列車の改良版に似ており、初期の列車と同じ線路を使いながら、速度は10〜100倍速くなる。しかし、それは不十分だ。高速かつ安価な旅行を保証するためには、さらにいくつかの桁の速度と容量の向上が必要である。ZK Rollupの目標はまさにそれを実現することだ。しかし問題は、これらの列車は古い線路網を使えないこと。いくらかの改造が必要になる。zkEVMは、ZK Rollupが既存のEVMツールと併用できるようにする。
セキュリティの観点から、ORは事故を効果的に防ぐことはできない。事故は起きないと仮定して運営される。不正防止はノーランの映画のようだ。事故を防ぐことはできないが、システムを過去に戻し、事故が起きる前に問題を解決できる。一方、ZK技術は事故を未然に防げる。
EVM同等性の問題
zkEVMについてもう少し深く掘り下げよう。
上記の比喩は、なぜEVMとの互換性が必要かを説明している。しかし、この互換性は0か1ではなく、スペクトラムである。証明器はZKメカニズムの重要な構成要素である。事実を明かさずに事象が起きたことを証明できる。
ではなぜzkEVMなのか？SNARKやSTARK技術により、暗号証明を作成できる。どちらの方法も簡単に検証可能な証明を生成でき、それを使ってあるチェーン上でトランザクションが発生したことを証明できる。イーサリアムを拡張したい場合、この技術を使って、あるレイヤー上でイーサリアム風のトランザクションが発生したことを証明できる。これらのレイヤーがRollupであり、ZK技術によりトランザクションデータを桁違いに圧縮してイーサリアムを拡張できる。目標がイーサリアムの拡張であれば、zkEVMの目標は、イーサリアムの実行層が検証できる方法で実行を証明することである。
Rollupが完全にイーサリアムと同等であれば、イーサリアムの既存のクライアントなどのアーキテクチャを再利用できる。完全にイーサリアムと同等とは、Rollupがイーサリアムのスマートコントラクトおよびエコシステム全体と完全に互換していることを意味する。例えば、アドレスが同じで、MetaMaskなどのウォレットがRollup上で使用できるなどである。
イーサリアムが理解できる方法で証明を行うのは挑戦的である。イーサリアムの設計時には、ZKの親和性は考慮されていなかった。そのため、ZK証明にとってイーサリアムの一部は大量の計算を必要とする。つまり、これらの証明を生成する時間とコストが増加する。したがって、証明システムがイーサリアムをそのまま使うなら、重たいものになる。一方、証明システムは比較的軽量にできるが、イーサリアムに基づいて独自のアーキテクチャを構築する必要がある。
そのため、異なるzkEVMは、既存ツールの使いやすさと証明のコスト・難易度の間でトレードオフを行う。Vitalikはあるブログ記事で既存のzkEVMの種類を紹介している。以下はいくつかのタイプのzkEVMである。Type 1は互換性が最も高く、パフォーマンスが最も低い証明器、Type 4は互換性が最も低く、パフォーマンスが最も高い証明器である。
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Type 1 - これらのzkEVMはイーサリアムと完全に同等である。
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Type 2 - EVMと同等だが、イーサリアムと同等ではない。つまり、証明生成を容易にするためにイーサリアムにわずかな修正が必要。
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Type 2.5 - Gasコストを除けばType 2と類似。ZK証明を行う際、すべての操作が同じ難易度ではない。このタイプのzkEVMは特定の操作のGasコストを増加させるため、開発者はそれを避けるべきである。
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Type 3 - このタイプのzkEVMは証明器の時間を短縮するためにイーサリアムを変更するが、その過程で一部の同等性を犠牲にする。
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Type 4 - この方法では、SolidityまたはVyper（イーサリアム言語）で書かれたソースコードを別の言語にコンパイルする。このタイプの証明器はイーサリアムとの互換性を完全に捨て、すべてのタイプの中で最も軽量である。欠点はイーサリアムと大きく異なる点で、アドレスからすべてが異なる。例えばStarknetは別のウォレット（Argentなど）を必要とし、アドレスの見た目もイーサリアムとは異なる。
最近、Polygon LabsはType 1証明器を採用した証明技術の新時代を導入するアップグレードを発表した。Type 1を使用することで、Polygon CDKで新たに生成されたEVMチェーンでも、独立したL1でも、すべてイーサリアム同等のZK L2になることが可能となる。
AggLayer & Polygon CDK：すべての統合
どのEVMチェーンもネットワーク全体の負荷を担うことはできない。そのためL2へと移行するのである。現在、市場には複数のL2があるが、ユーザー数と資本は同じスピードで成長していない。流動性、ユーザー、ロックされた価値は複数のL2に分割されている。ある意味で、L1とL2は逆説的である：基盤層はスケールできないが、マルチチェーンは規模を希釈する可能性がある。
この逆説を解決する方法は、資産と情報が複数のL1とL2間をシームレスに移動できるサービスを提供することである。さらに重要なのは、家賃を取らず、課税せず、これらのチェーンが主権を保持することを保証することである。
AggLayerはまさにそのために設計された。このソリューションにより、安全で迅速なクロスチェーン相互運用性が実現され、AggLayerに接続されたチェーンは流動性と状態を共有できる。AggLayer以前、異なるチェーン間で資産を送信するには、第三者のクロスチェーンサービスによる信頼前提とラッピング資産が必要だったか、L2からイーサリアムに引き出し、さらに目的のチェーンに移動する必要があった。これには高額な費用と悪いユーザーエクスペリエンスが伴った。
AggLayerは、クロスチェーン取引におけるこの摩擦を排除し、相互運用可能なチェーンネットワークを創出する。現在、L2はイーサリアム上の異なるコントラクトと見なせる。あるL2から別のL2に資金を移動するには、2つのL2コントラクトとイーサリアムという3つの独立したセキュリティゾーンが関与する。
クロスチェーン送金の場合、セキュリティゾーンはバリデータセットが交差するインフラの一部である。有効性チェックとトランザクション転送はこれらの境界で発生する。異なるセキュリティゾーンの結果として、ユーザーがL2から別のL2に資産を移動するトランザクションに署名すると、イーサリアムがその移動に関与する。資産はまずソースL2からイーサリアムに送られ、次にターゲットL2に預け入れられる。これは3つの異なる順序、または取引、または意図である。
AggLayerがあれば、この移動プロセス全体をワンクリックで完了できる。AggLayerはイーサリアム上に統一されたクロスチェーンコントラクトを持ち、どのチェーンもそれに接続できる。したがって、イーサリアムは1つのコントラクトとしてしか見えず、AggLayerは多くの異なるチェーンとして見える。いわゆる「悲観的証明（pessimistic proof）」と呼ばれるZK証明が、接続された各チェーンに対して疑念を持って扱い、統一クロスチェーン装置にロックされた総資金の安全性を保証する。言い換えれば、「悲観的証明」とは、あるチェーンがクロスチェーンブリッジ全体を破壊できないという暗号的セキュリティ保証である。
AggLayerにより、あるL2から別のL2への資産移動にイーサリアムの関与が不要になる。なぜなら、すべてのL2が状態と流動性を共有するからだ。上記の3つの取引または意図が一つに統合される。
SidがAチェーン上でNFTを購入したいが、彼のすべての資産がBチェーン上にあるとしよう。この場合、BチェーンからAチェーンへの資産のクロスチェーンは、AggLayerによって完全に抽象化される。
AggLayerの利点は以下の通り：
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流動性とユーザーが分散されるゼロサムゲームを、チェーン間のより協力的な関係に変える。
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主権を保ちつつ、Polkadotなどの初期モデルのようにボンドを発行せずに、セキュリティとツールから利益を得られる。
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イーサリアムよりも低いレイテンシでチェーン間相互作用が可能になる。
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クロスチェーン資産に代替可能性をもたらし、ユーザーエクスペリエンスを改善。すべてのことが1つのクロスチェーンコントラクト内で発生するため、ラッピング資産の異なるバージョンは不要。
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