Rollup相互運用性の進展に関する研究：なぜZK Rollupが最適解なのか？
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Rollup相互運用性の進展に関する研究：なぜZK Rollupが最適解なのか？
Rollupがイーサリアムのスケーリングの中心となるにつれ、L2間の相互運用性が極めて重要になる。OP Rollupの遅延と分断化の問題を踏まえると、ZK Rollupの方が長期的なソリューションとしてより理想的である。
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ロールアップがイーサリアムのスケーラビリティの中心となるにつれて、L2間の相互運用性は、ロールアップ中心のロードマップの成功にとって極めて重要である。L2の断片化は非効率を引き起こし、採用のペースを遅らせる。
数か月前、我々は「2024年のロールアップ相互運用性の現状」についての調査を発表した。以下にその調査結果を紹介する。
1. 現在の課題：L2の断片化
Arbitrum、zkSync、OptimismなどのL2ロールアップは互いに独立して動作しており、クロスチェーン通信には高コストと遅延が伴う。シームレスなクロスロールアップ取引が実現しない限り、イーサリアムエコシステムは流動性や合成可能性（コンポーザビリティ）の面で断片化されたままとなる。
2. オプティミスティックロールアップ：標準ブリッジの問題点
ロールアップブリッジは、そのステートをイーサリアムL1に証明することでセキュリティを継承する。しかし、OPロールアップでは「チャレンジウィンドウ」による遅延（通常7日間）が生じる。
この遅延はクロスチェーン取引のボトルネックとなる――DEX取引のために1週間待つ人は誰もいない！
3. ZK代替案
ZKロールアップはゼロ知識証明を用いることでより迅速な最終性を提供するが、そのブリッジの最終性までは依然として数時間かかる（@zksync Era：21時間、@Starknet：9時間）。遅延の主な原因は実行バッファおよびL1上での高価な証明検証にある。ZK証明の検証はOPロールアップよりも高速だが、計算負荷は依然高い。
出典：@l2beat
4. キーストアロールアップ：アカウント管理の簡素化
昨年、@VitalikButerinはキーストアロールアップを提唱した。これは完全な仮想マシン（VM）ではなく、アカウントの鍵情報を保管することに焦点を当てるものである。L1上に保存された鍵のMerkle証明を用いて取引を検証することで、異なるロールアップ間でのウォレット操作を簡素化する。ユーザーはメインウォレットから複数のL2アカウントを検証・管理でき、ユーザーエクスペリエンスが向上する。
ただし、Vitalikのオリジナル設計以外にも、現在有力な3つのキーストアロールアップモデルが存在する。
1）@Scroll_ZKP の方式：キーストアデータをL1に保存し、zkEVMロールアップはL1SLOADプリコンパイルを利用してアカウント設定を同期することで、低コストなL1読み取りを実現する。
2）@base の設計：ステートルートのみをL1に保存し、calldataを使ってトランザクションをソートする。L2間のアカウントデータ同期にはMerkle証明を使用。
3）@0xStackr の設計：Baseと非常に類似しているが、「マイクロロールアップ」フレームワークを最小限のVMとともに採用。
こうした進展がある一方で、証明検証のガス代は依然として主要な課題である。
5. Aligned Layer：効率的なZK証明検証
@alignedlayer は、ZKロールアップにおける高コストな証明検証問題の解決策を提供する。@EigenLayerのAVSとして、担保付き検証者を利用することで、イーサリアム検証者が極めて低いコストでZK証明を検証できるようにする。
Alignedは検証コストを1証明あたりわずか3000gasまで削減――イーサリアムL1上では事実上ゼロであり、小規模ロールアップにとって拡張可能なソリューションとなる。
ただし、これにより信頼前提（trust assumption）が新たに生じる――あるロールアップのTVL（総ロック価値）が供託された保証金を上回った場合、攻撃が利益を生む可能性がある。
6. 証明集約層：証明効率の向上
証明集約は、複数のZK証明を単一の証明に統合することで、オンチェーン検証の負担を軽減する画期的な技術である。
主に2種類の証明集約プロトコルが存在する。
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汎用集約：複数の証明タイプ（Groth16、Halo2、Plonky2）をサポートし、アプリケーションのガス費用を削減。
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集約ロールアップブリッジ：@0xPolygon の AggLayer や @zksync の Hyperbridge など、ZKスタックに組み込まれており、検証コストの最小化とクロスロールアップのコンポーザビリティ強化を目指す。
7. 効率的なインテンションベースのブリッジとキーストア+ロールアップ
StargateFinance（@LayerZero_Core使用）のような多くのクロスチェーンブリッジはメッセージベースである。これらは送信元チェーンでトークンをロックし、宛先チェーンにメッセージを送信してから等量のトークンをアンロックする。しかし、この方式はメッセージ伝達プロトコルに対する信頼に大きく依存する。
一方、インテンションベースのブリッジはメッセージ伝達の必要性を排除する。
どのように機能するのか？
資金は「クロスチェーン注文」としてロックされ、誰でも宛先チェーンでトークンを送信することでその注文を履行できる。履行者は宛先チェーンで取引が確定した後、送信元チェーンでロックされた資金を受け取ることができる。
例：@AcrossProtocol のようなプロトコルは、@UMAprotocol のようなオプティミスティックオラクルを活用し、最終性が達成される前にL2の最終状態を取得する。
すべてのチェーンに対応する統一ENS
すべてのロールアップで使える単一のイーサリアムドメイン名サービス（ENS）アドレスを持つことを想像してほしい。キーストアロールアップは、バイトコード互換チェーン上にミニアカウントをデプロイすることでこれを可能にする。
CREATE2およびマルチチェーンファクトリを用いることで、ユーザーはすべてのロールアップ上で同じアドレスを維持でき、アカウント管理と全体的なユーザーエクスペリエンスが簡素化される。
キーストア+ロールアップにおけるソート機構
ソートはロールアップ相互運用性におけるもう一つの重要な要素である。キーストアロールアップでは、中央集権的なソーターを分散型のソートメカニズムに置き換えることが可能となり、単一障害点を排除するとともに検閲耐性を高める。
分散型ソートメカニズムにより、約12秒の時間枠内でトランザクションを処理でき、迅速なクロスロールアップ取引を実現しつつ、非中央集権性を損なわない。
8. なぜ共有ソートに依存しないのか
共有ソートはOPロールアップの相互運用性の解決策としてよく議論されるが、我々の調査ではその限界が明らかになった。共有ソートは単一のソーターが複数のロールアップを管理できるため、中央集権的な支配を招き、ロールアップエコシステムに対して寡占的支配が生じる可能性がある。
対照的に、共有証明集約ブリッジを採用するZKロールアップは、複数のロールアップ間で迅速な最終性を実現しつつ、非中央集権性を維持する――これはより持続可能で安全なロールアップ相互運用性のソリューションである。
本研究は主にZKロールアップおよびZK技術に焦点を当てている。というのも、OPロールアップは根本的に迅速な客観的最終性を欠いているためである。客観的最終性はゼロ知識証明によってのみ実現可能であり、この点からZKロールアップは長期的な相互運用性ソリューションとして最も適している。
楽観的ロールアップはこの点で制約があるものの、そのエコシステム内でも顕著な進展がある。例えば、Optimismは有効性重視の設計を研究しており、数か月前には@RiscZeroと協力して新たな統合を模索していた。
9. ZKロールアップ vs OPロールアップ
ゼロ知識証明を採用するZKロールアップは、OPロールアップよりも迅速に取引を確定できる。チャレンジ期間（OPロールアップでは最大7日間）を必要としないため、クロスロールアップ相互運用性において優位性を持つ。
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ZKロールアップの利点：独立した証明集約により、集中化のリスクなく複数のロールアップ間でコンポーザビリティを実現できる。
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現在の楽観的ロールアップの状況：技術的制約はあるものの、@Optimism、@arbitrum、@base といった楽観的ロールアップは、強力なエコシステム、優れた開発ツール、使いやすいインフラストラクチャにより、現在も主流を占めている。
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