イーサリアムの進化：レイヤー2スケーリングとワンクリックマルチチェーンが拓く無限の可能性

2024.07.19

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イーサリアムの進化：レイヤー2スケーリングとワンクリックマルチチェーンが拓く無限の可能性

業界のイノベーションが不足する中で、DeFiは依然としてRollupの主要なアプリケーションである。

2024.07.19 - 07:51:14

以太坊

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業界のイノベーションが不足する中で、DeFiは依然としてRollupの主要なアプリケーションである。

著者：YBB Capital リサーチャー Ac-Core

TL;DR

● 異なるブロックチェーンのアーキテクチャや合意形成メカニズムの違いにより、クロスチェーン資産移転には統一された標準がなく、検証プロセスが複雑かつ高価になり、資産の流動性に制限が生じている。既存のサードパーティブリッジは信頼性と安全性の課題に直面しており、中央集権型ブリッジは流動性を維持する必要があり、そのコストはユーザーに転嫁される。「ワンクリックでチェーンを展開」するソリューションは、いわゆる「トライアングル問題」を解決するための妥協案である。

● 市場成熟度では、OP StackとSuperchainが最初に市場を席巻し、Baseが成功事例として突出している。AggLayerはイーサリアムとのネイティブ互換性により受け入れられやすさを持つが、集約プロセスの安全性と信頼性を確保する必要がある。Elastic ChainについてはZKsync自体の発展を見極める必要があり、短期的にはOP、長期的にはZKが注目される。

● 業界における革新が不足する中、DeFiは引き続きRollupの主要な応用分野となる。現時点ではDePIN、RWA、大規模GameFiがRollup上で登場する可能性は低く、SocialFiやNFT市場は出現するものの、市場の盛り上がりは不透明。マタイ効果がブロックチェーン全体に適用され、無制限に発行されるRollupの趨勢においては、長期的にはトッププロジェクト、短期的には中下流層に注目すべきである。

一、孤島化するチェーンをつなぐ：ブリッジの問題

クロスチェーン資産移転を行う際、各ブロックチェーンは独自のアーキテクチャ、合意形成メカニズム、状態証明、状態遷移を持っており、統一された標準や相互運用性がないため、チェーン間通信とデータ交換には一定の複雑さが伴う。これらの検証プロセスは通常、オンチェーンで実行するには高すぎるコストがかかる。この制限により、相手チェーンの状態を証明するためにマルチシグ委員会を使用する認証ネットワークが急増している。そのため、すべてのブロックチェーン間で相互運用可能な汎用的な非中央集権型標準やプロトコルは存在しておらず、異なるブロックチェーン間での資産の自由な流通が制限されている。

クロスチェーン資産移転を促進するために多数のサードパーティブリッジが登場したが、これらは運用上、「信頼問題」という大きなサイバーセキュリティ上の課題に直面している。たとえ中央集権型ブリッジが完全なセキュリティを保証できたとしても、各統合チェーン上で十分な流動性を維持する必要があり、そのコストはユーザーに転嫁される。現在、ネイティブな非中央集権型資産ブリッジが未整備であり、サードパーティブリッジへの信頼も得られていない状況にある。このため、ZKsync、Polygon、Optimismの3社はそれぞれ、よりネイティブなElastic Chain、AggLayer、Superchain Explainerというローカル多チェーン拡張ソリューションを打ち出している。

二、ZKsync3.0：Elastic Chain

画像出典：zksync.mirror

2023年、ZKsyncの背後にある主要開発企業Matter Labsは、ZKsync技術を基盤に開発者が独自のブロックチェーンを構築できるツールキット「ZK Stack」を発表した。本質的に、これらのカスタムチェーンはすべてElastic Chain（弾力的チェーン）を通じて相互接続され、ZKsync 3.0は単一のイーサリアムL2からThe Elastic Chainへと進化する。

ZKsync 3.0のプロトコルのコアアップグレードは2024年6月7日にリリースされ、ZKsyncの現段階で最も複雑なアップグレードとなり、ZKsync L1ブリッジを共有ルーターコントラクトに再構成することで、拡大し続ける相互運用可能なZKチェーンネットワークをサポートするものだ。ZK RollupフレームワークZK Stackがサポートするチェーン間で、ネイティブかつ信頼不要、低コストの相互運用性を実現する。

Matter Labsによると、「Elastic Chain」とは、ZKチェーン（rollups、validiums、volitions）で構成される無限に拡張可能なネットワークであり、数学的検証手法によって安全性を確保しつつ、統一的で直感的なユーザーエクスペリエンスのもとシームレスな相互運用性を実現する。これにより、異なるZKsyncエコシステム内での相互運用性がよりスムーズになることを目的としている。

2.1 Elastic Chain 弾力的チェーンアーキテクチャ

Elastic Chainは単にZK技術だけに依存しているわけではなく、他の非ZKのマルチチェーンシステムにZK証明という「パッチ」を加えることで実現できるものでもない。高い次元から見ると、このネットワークはZK Router、ZK Gateway、ZK Chainsの3つの部分から構成されている。

1. ZK Router（ZKルーター）：

● コアルーティング機構：ZK RouterはZKSync 3.0アーキテクチャの主なルーティングコンポーネントであり、ネットワーク内の異なるチェーンおよびノード間の通信とデータ転送を管理・調整する役割を担う。

● クロスチェーン通信：効率的なクロスチェーン通信プロトコルを通じて、異なるチェーン間のデータを迅速かつ安全に転送し、ネットワーク全体の相互運用性とパフォーマンスを向上させる。

2. ZK Gateway（ZKゲートウェイ）：

● 入り口・出口ノード：ZK GatewayはZKSync 3.0ネットワークの入り口と出口ノードとして機能し、外部ブロックチェーン（例えばイーサリアムメインチェーン）とZKSyncネットワーク間のやり取りを処理する。

● 資産ブリッジ：外部ブロックチェーンとZKSyncネットワーク間の資産のブリッジと移転を担当し、資産が異なるチェーン間を安全かつ効率的に流動できるようにする。

● 取引集約：ユーザーの取引を集約してバッチ化し、ゼロ知識証明を生成して外部ブロックチェーンに検証のために提出することで、オンチェーンのデータ負荷と取引手数料を削減する。

● ミドルウェア：イーサリアムとZK Chainsの間に配置されたミドルウェアと理解でき、ZK Chains間の包括的な相互運用性を促進する。

3. ZK Chains（ZKチェーン自体）：ゼロ知識証明の生成と検証を通じて取引の有効性と安全性を保証し、その結果をZK Routerに集計・調整のために提出する。また、ZK GatewayとL1スマートコントラクトを介して相互接続され、ZKStackを使って構築された完全に独立して動作可能な、カスタマイズ可能な自律的なRollup、ValidiumまたはVolitionsである。

ZKsyncによれば、GatewayはElastic Chainの鍵となるコンポーネントであり、ZK Chainsがイーサリアムにシームレスに決済できるようにする。Gatewayを通じて証明とデータをイーサリアムに提出することで、以下の利点がある：

● 複数バッチ・複数チェーンにわたる証明の合成により、L1検証コストを削減。

● 小規模バッチデータの状態差分圧縮を行い、Gatewayに送信されたデータを大規模バッチとして効率的にL1に転送。

● 証明の検証と矛盾防止により、低遅延のクロスチェーンブリッジを実現。これは多数のバリデータのステーキングによって強化される。ZK Chainは他チェーンを信頼する必要がない。

● アクティビティ：各ZK Chainのアクティビティは個別のバリデータによって管理され、Gatewayはそのアクティビティに影響を与えない。チェーンは自由にGatewayから離脱可能。

● 審査耐性：クロスチェーン強制取引は通常のL1審査耐性取引よりも安価になり、すべてのユーザーにとってより利用しやすくなる。

ZK ChainsはZK Gatewayを使用しなくても、直接イーサリアムに決済することが可能であり、いつでもZK Gatewayネットワークから離脱してもチェーンの安全性に影響しない。ZK ChainsはZK Gatewayの使用と直接イーサリアムへの決済を自由に切り替えることができる。ZK Gatewayは、ネットワークの弾力性と信頼性を確保するために、非中央集権的で信頼不要なバリデータクラスターによって運営される。この非中央集権的な検証プロセスに参加するにはERC20トークンが必要となる。ZKSyncネットワークガバナンスは、この目的のために特定のトークン（ZKトークンである可能性がある）を指定する。

バリデータは、ブリッジ手数料およびZK Gatewayに発行される状態差分データ1バイトあたりの料金を受け取る。これはバリデータがZK Gatewayに参加するインセンティブとなり、価値ある取引が増えるほど彼らの収入は倍増する可能性がある。同時に、バリデータが提供する再圧縮サービスにより、ZK Gatewayを通じてのデータ決済はイーサリアムネットワーク上で直接決済するよりも安価になるため、多くのZK Chainsが参加を選びそうである。

三、Polygon 2.0：Agglayer

画像出典：Polygon Agglayer

3.1 Agglayer の設計の起源

OP StackやZK Stackと同様に、Polygon CDKを使って作成されたブロックチェーンはAgglayerに直接接続でき、統一されたブリッジとセキュリティサービスを利用して他のブロックチェーンとの相互運用性を実現し、Polygon 2.0のコアアーキテクチャを構成する。

Agglayerの核となるアイデアは、Umbra Researchが提唱した「共有有効性シーケンシング（Shared Validity Sequencing）」の設計思想に由来する。この設計は、複数のOptimistic Rollup間での原子的なクロスチェーン相互運用性を実現することを目指す。共有シーケンサーを通じて、システムは複数のRollupの取引順序と状態ルートの発行を統一的に処理し、原子性と条件付き実行を保証する。

実現ロジック：以下の3つのコンポーネントが必要：

1. 共有シーケンサー：クロスチェーン取引リクエストの受信と処理。

2. ブロック構築アルゴリズム：共有シーケンサーがクロスチェーン操作を含むブロックを構築し、それらの操作の原子性を保証する。

3. 共有詐欺証明：関連するRollup間で詐欺証明メカニズムを共有し、クロスチェーン操作を強制執行する。

既存のRollupはすでにレイヤー1とレイヤー2間の双方向メッセージ伝達機能を持っているため、UmbraはMintBurnSystemContractコントラクト（BurnとMint）を追加するだけで、上記3コンポーネントを補完できる。

動作フロー：

1. チェーンA上のBurn操作：任意のコントラクトまたは外部アカウントが呼び出し、成功後burnTreeに記録される。

2. チェーンB上のMint操作：シーケンサーが実行成功後にmintTreeに記録する。

不変性と一貫性：

Merkleルートの一貫性：チェーンAのburnTreeとチェーンBのmintTreeのMerkleルートは等しくなければならない。これにより、クロスチェーン操作の一貫性と原子性が保証される。

システムの動作：

共有シーケンサーは、2つのRollupの取引バッチと宣言された状態ルートをイーサリアムに発行する責任を負う。これは中央集権的でも、非中央集権的（例：Metis）でもよい。シーケンサーは取引を受け取り、Rollup AとB向けのブロックを構築する。A上の取引がMintBurnSystemContractと正常に相互作用した場合、B上で対応するMint取引を実行しようとする。Mint取引が成功すれば、A上のBurn取引とB上のMint取引を含める。失敗した場合は、両取引を除外する。

3.2 Agglayerの主要コンポーネント：

Polygon 2.0のAgglayerでは、統一ブリッジ（Unified Bridge）と悲観的証明（Pessimistic Proofs）が主要コンポーネントである。

1. 統一ブリッジ（Unified Bridge）

技術フレームワーク：

● クロスチェーン通信：統一ブリッジの核心は、異なるチェーン間のシームレスな通信を実現することにある。クロスチェーン通信プロトコルを通じて、異なるLayer2ソリューションとイーサリアムメインチェーン間のデータと資産の移転を実現する。

● 流動性の集約：このブリッジは、異なるLayer2ソリューションの流動性を一つに集約し、ユーザーが異なるチェーン間で資産を自由に移動できるようにする。流動性の分散を心配する必要がなくなる。

実装ロジック：

● メッセージ伝達：統一ブリッジは、メッセージ伝達メカニズムを通じてクロスチェーン通信を実現する。メッセージには取引に関する情報が含まれ、ブリッジプロトコルを通じてチェーン間で伝達される。

● 資産のロックと解放：ユーザーが一方のチェーンで資産をロックすると、統一ブリッジはターゲットチェーン上で同等の資産を解放する。このプロセスには、安全で透明性を確保するためスマートコントラクトを使用する。

● 相互運用性プロトコル：異なるチェーン間の相互運用性を確保するため、統一ブリッジは標準化された相互運用性プロトコルを採用する。これらのプロトコルは、クロスチェーン取引の処理方法、取引有効性の検証方法、潜在的な衝突の処理方法を定義している。

画像出典：Aggregated Blockchains: A New Thesis

2. 悲観的証明（Pessimistic Proofs）

技術フレームワーク：

● セキュリティ：悲観的証明は、悪意のある取引を防ぐためのセキュリティ対策である。取引検証プロセスに追加の検証ステップを導入することで、すべての取引が有効であることを保証する。

● 遅延検証：楽観的証明（Optimistic Proofs）とは異なり、悲観的証明は取引が悪意を持っている可能性があると仮定し、確認前に完全な検証を行う。

実装ロジック：

● 初期検証：取引が提出された後、システムは即座に初步検証を行う。これには、取引の基本情報と署名の有効性のチェックが含まれる。

● 詳細検証：初步検証を通過した後、取引は詳細検証フェーズに入る。システムは一連のスマートコントラクトを呼び出し、取引の複雑さと潜在的なリスクをチェックする。

● 紛争解決：検証中に問題が発見された場合、システムは紛争解決メカニズムを起動する。このメカニズムにより、ユーザーとバリデータが追加の証明を提出し、紛争を解決して取引の最終的な有効性を確保できる。

統一ブリッジと悲観的証明を通じて、Agglayerは高度に安全でスケーラブルかつ相互運用可能なブロックチェーン環境を提供できる。これらのコンポーネントはシステムのセキュリティを強化するだけでなく、クロスチェーン取引の操作を簡素化し、ユーザーが異なるチェーン間でより簡単にやり取りできるようにする。詳細はYBB Capital過去記事『モジュール化から集約へ：Polygon 2.0のAgglayerコアを探る』（1）参照。

四、Optimism：Superchain Explainer

Optimismは2023年に「ワンクリックでチェーンを展開」する道を先駆けて開いた。その第一歩は、OP Stackが統一ネットワークの標準を確立することだった。OP Stackは、イーサリアムのスケーリングソリューション――The Optimism Superchainの立ち上げプラットフォームであり、すべてのOP Stackを使って構築されたL2が相互にやり取りし取引を行うハブでもある。

OP Stackについては多くの方がご存知だろうが、簡単に説明すると、Optimism Superchainは共通のOP Stack開発スタック、ブリッジ、通信層、セキュリティを共有し、各チェーンが調和して通信し、単一ユニットとして機能することを保証する。この構造は5つの異なるレイヤーに細分化され、それぞれが特定の目的と機能を持つ：

● データ可用性層：OPスタックベースのチェーンの元データ入力は主にイーサリアムDAから取得される。

● シーケンス層：ユーザー取引の収集と転送方法を制御し、通常は単一のシーケンサーが管理する。

● 衍生層：元データを加工し、実行層の入力にする。主にRollupを使用。

● 実行層：システムの状態構造と変換機能を定義。イーサリアム仮想マシン（EVM）が中心モジュール。

● 決済層：外部ブロックチェーンが証明に基づくファルトプルーフを通じてOPスタックチェーンの有効な状態を確認できるようにする。

Elastic ChainやAgglayerと比較すると、Optimism Superchainは最も早期に登場し、市場を先行して席巻した。Baseを輩出し、毎日のGas支出において大部分を占めていることは、Baseのオンチェーン活性度を直感的に反映している。

画像出典：Dune Optimism - Superchain Onchain Data

五、「ワンクリックでチェーンを展開」に対する主観的考察

5.1 AggLayer、Superchain、Elastic Chainの競合状況について

（本章は著者の個人的見解を示す）

上記3つの拡張ソリューションはいずれも、各社のRollup拡張ストーリーの延長線上にある。市場成熟度から見ると、OP StackとSuperchainが最初に市場を獲得し、Baseが最も成功した代表例となっている。

AggLayerのネイティブ互換性は優位であり、既存のイーサリアムネットワーク上で直接動作可能で、底層プロトコルの大規模な修正が不要なため、既存のイーサリアムユーザーと開発者にとって受け入れられやすい。この方式の利点は、既存のイーサリアムネットワークを効果的に活用できることにあるが、課題は集約プロセスの安全性と信頼性をどう確保するかである。

Elastic Chainについては現段階での初步判断として、ZKsyncエコシステムの発展とコミュニティ構築を見極める必要がある。もしZK sync自体が発展しなければ、Elastic Chainが後々開発者を惹きつけ、コミュニティの熱意を維持することは困難になる可能性がある。市場的・技術的視点のどちらから見ても、短期的にはOP、長期的にはZKが注目される。

また、上記3つのソリューションはいずれもRollup固有の問題、すなわち中央集権化が進みすぎているという問題を引き起こす。最近登場したBased Rollupの拡張ソリューションも将来潜在的な競争相手となる可能性がある。これはシーケンサーをL1すなわちイーサリアム自体に直接任せることで、L2が追加のシーケンサーや複雑な検証ステップを必要としないようにする。このようなよりネイティブな拡張は、潜在的なMEV問題はあるものの、今後の発展は注目に値する。

画像出典：ZKsync - Introducing the Elastic Chain

5.2 Rollupの将来の趨勢とアプリケーション革新

全体として見ると、「ワンクリックでチェーンを展開」の推進により、イーサリアムの主流スケーリング手段であるRollupの数は増え続けるだろう。2023年のビットコインエコシステムの大爆発時でさえ、その非ネイティブ拡張は多くのイーサリアム拡張ロジックを参考にしている。市場の革新が不足する中、Rollupのアプリケーション革新と影響は限定的かもしれない。

各VMチェーンにおいて、市場の変化に関わらずTVLは依然主要指標であり、最初に登場するアプリケーションはさまざまなDeFiプロトコルとなるだろう。その他にはSocialFiプロトコルやNFT取引市場が登場する可能性もある。

他の分野では、DePINはRollupやL1では発展が難しく、リーダー的存在はSolanaに現れる可能性が高い。RWAの概念はL1で発展する可能性が大きいが、Rollup上では期待薄。GameFiも登場するが、大規模ゲームはGameFi専門のRollupにのみチャンスがある。従って、現時点では最も確実なアプリケーションは依然としてDeFi系である。

しかし、ブロックチェーンのマタイ効果は顕著であり、マルチチェーン時代の到来とともにリソースはトッププロジェクトに集中し、「強い者は益々強く、弱者は淘汰される」状況となる。