Nansenリサーチ：Arbitrum、ブロックチェーンスケーリングの未来か？
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Nansenリサーチ：Arbitrum、ブロックチェーンスケーリングの未来か？
Arbitrumのようなレイヤー2スケーリングソリューションは、単なる投資の問題にとどまらず、DeFiやNFT分野で現在進行中かつ将来予定されているプロジェクトの基盤となる。これらはDAOやバーチャルワールドを支えるだけでなく、クリエイター経済全体およびメタバースを支えることになる。
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著者：Yasmine Karimi、Nansen
深潮 TechFlow にて翻訳・転載許可を得る
はじめに
暗号通貨の歴史において、イーサリアムネットワークのガス料金が天文学的な水準まで跳ね上がったのは3度ある。2017年の好況期、2020年夏のDeFiバブル、そして2021年夏のNFTブームである。
2015年から2021年にかけてのイーサリアムガス価格の変動
ガス価格が再び急騰するたびに、イーサリアムブロックチェーンのスケーラビリティに関する議論が再燃し、多くの人々が次なる有望な競合ブロックチェーンへの投資先を模索する。実際、ガス高は氷山の一角にすぎないという現実に直面しなければならない。ガス価格がこれほど高い理由は、現在のイーサリアムがまだスケールアップできていないため、取引需要がイーサリアムブロックチェーンが実際に処理可能な量を上回っていることにある。
おそらく、拡張性に関する議論は暗号資産分野のプランナーと開発者によって主導されており、なぜイーサリアムがスケーリング問題に直面しているのか、拡張とはそもそも何を意味するのか、そしてこの拡張性競争があなた自身や暗号資産業界にとってどのような意味を持つのかを理解するのは難しい印象を受けるかもしれない。以下では、現在の状況を解説する。
初心者のためのスケーリング問題入門
ブロックチェーンは信頼できる権威機関を必要とせず、二重支払いを防ぎつつ、取引を処理してブロックに記録する仕組みである。初期のブロックチェーン、例えばビットコインやイーサリアムは、コンセンサスモデルに基づき、取引を処理・記録するためにプルーフ・オブ・ワーク（PoW）方式を採用していた。
プルーフ・オブ・ワーク方式では、ユーザーが取引を開始すると、その取引は保留中のトランザクションプールに置かれ、ネットワーク内のすべてのノードに配信される。全ノードに配信されるものの、実際にその取引を計算してブロックに追加し、ガス報酬を得るのは1人のマイナーだけである。
まず、取引は検証前後ともネットワークに広く伝播するため、処理時間が長くなる。次に、演算処理には膨大な電力が必要となる。さらに、1つのブロックに含められる取引数には限界があり、ユーザー間での競争が生じ、ガス料金――つまりマイナーが取引処理を受けるために要求する最低価格――が上昇し、時には取引額自体を上回ることさえある。現在約3000ものdAppsがメインネット上に構築され、ブロックチェーン技術を用いて取引を処理・保存する中で、これはますます深刻な問題となっている。
したがって、これらの問題を解決するには、イーサリアムはスケールアウトする必要がある。これは、ネットワークが処理できる取引件数（TPS：1秒あたりの取引数）および取引速度の向上によって達成される。この目的のために、いくつかのスケーリングソリューションが開発されており、主なものとして、第1層スケーリングソリューションであるイーサリアム2.0、サイドチェーン、第2層スケーリングソリューションがある。イーサリアム2.0、Polkadot、Solanaなどの第1層スケーリングソリューションは、イーサリアムの基盤となるコンセンサスモデルとチェーン構造を変更する一方、第2層スケーリングソリューションは、イーサリアムのメインネットおよびプロトコル上に構築される。
賭け金は大きく、リスクも高い。この競争に勝ち残る少数のブロックチェーンが、DeFi空間とNFTを支え、DAOやバーチャルワールドを維持し、クリエイター経済全体とメタバースを支えることになるだろう。
以下では、なぜ私はMarc Cuban、Polychain Capital、Pantera Capitalが投資するArbitrumのような第2層スケーリングソリューションが、今後少なくとも5年間はイーサリアムのスケーラビリティを牽引すると信じているのかを詳しく説明する。
イーサリアムスケーラビリティソリューション概要
前述の通り、スケーリングとは取引スループット（処理可能な取引数）の増加と取引速度の向上を指す。以下に、現在それらを実現しようとする既存のソリューションを簡単に紹介する。
2021年のスケーラビリティソリューション、@yasminekarimi_作成
ブロックチェーンエコシステムを拡張する方法は2つある。
第1層スケーリングソリューション
第1層ソリューションは、メインネットブロックチェーン自体の基盤プロトコル、すなわちコードを変更することで、ブロックチェーンの取引処理能力を高める。これらはさらに以下の通りに細分化できる。
プロトコル改善
プロトコル改善とは、取引スループットを高めるために基盤プロトコルに施される変更であり、具体的には1ブロックに含められる取引数を増やす（短期的には持続可能）、ブロック生成間隔を短縮する、あるいはプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの構造的移行を行うことである。「プルーフ・オブ・ワーク」と異なり、「プルーフ・オブ・ステーク」では、バリデータは彼らがプロトコルに預け入れた仮想通貨の量に応じて選ばれる。このようにして選ばれたバリデータは、大量の計算能力を必要とせず、ガス料金を天文学的に押し上げるマイナー同士の競争も不要となる。検証時間も大幅に短縮され、個々のノードはSolanaの30,000 TPSやPolkadotの1,000 TPSのように多くの処理能力を投入する必要がない。比較として、イーサリアムはわずか16 TPSしか処理できない。
シャーディング
シャーディングは、ブロックチェーンの計算負荷とデータ領域を複数のチェーン（イーサリアム2.0では63以上）に分割する。シャード化されたブロックチェーンプロトコルでは、元のネットワークのノードがより小さなグループに分けられ、各グループが未承認の取引の特定部分集合を承認し、グローバル状態の一部を保管する。検証可能なランダム関数による暗号化ソート機構により、ノードがシャードに割り当てられ、悪意のあるノードが多数派を占めるシャードによる乗っ取り攻撃を回避する。特定の取引は、ブロックチェーン全体ではなく対応するノードのみで検証されるため、高コストの競争は発生せず、取引も高速化され、結果として1秒間に処理可能な取引数が増加する。Vitalik Buterinによれば、シャーディングとPoSコンセンサスモデルにより、イーサリアム2.0では10万TPSを実現できる見込みだ。
第2層スケーリングソリューション
第1層スケーリングソリューションはブロックチェーンのプロトコルを変更するが、第2層スケーリングソリューションは、第1層上でスマートコントラクトによって実装される、第1層の拡張である。第1層に報告する前に取引の実行を外部委託することで、第2層ソリューションは取引処理のための余剰空間を生み出す。これを実現する方法は複数存在する。
サイドチェーン
まず、ユーザーは資産を取引手数料が低く、スピードが速いサイドチェーンに移転できる（例：xDaiは委任型プルーフ・オブ・ステークを採用し、0.000021ドルで5秒のTPSを実現）。資産のクロスチェーン移転は、双方向ペグ（2WP）プロトコルによって実現され、最初のチェーンで資産をロックし、その後2番目のブロックチェーン上で、そのロックが正しく行われたことを証明する暗号化証明を含む取引を作成する。代表例がPolygonである。
Plasma
第二に、Plasma（Joseph PoonとVitalik Buterinのホワイトペーパー参照）は、ブロックチェーン内のブロックチェーン構造である。資産はPlasmaチェーンを管理するスマートコントラクトに送られ、そこで取引が実行される。不正の証拠がない限り、ルートチェーンにはブロックヘッダーのハッシュ値のみが提出される。不正が発覚した場合、ブロックはロールバックされ、ブロック作成者は罰則を受ける。この「必要最小限」のアプローチにより、ルートチェーンの状態更新が最小化され、取引が高速化されるため、非常に高いスケーラビリティが実現される。
ステートチャネル
ステートチャネルは、参加者がオンチェーンで2回の取引のみを送信しながら、チェーン外でx回の取引を行えるオープンソースプロトコルおよびスマートコントラクトである。ユーザーはチャネルを開く際に一度イーサリアム上の取引を作成し、料金を支払う必要がある。また、チャネルを閉じる際も、イーサリアムブロックチェーン上で取引を処理するために料金を支払う必要がある。これにより、処理・保存が必要な取引数が削減され、ガス費用はチャネルの開閉に必要な費用にまで圧縮される。イーサリアム上でステートチャネルを利用する主要プロジェクトには、State Channels、Celer、Perun、Raidenなどがある。
Rollups
Rollupは、複数の取引を単一の「バッチ」にまとめて、圧縮ツール（例：科学表記法で値の長さを短縮、バイト単位）を使用し、チェーン外で検証した後、状態データを第1層上に保存することで、メインネットを拡張する。圧縮とバッチ処理により、スループットが向上し、各取引の速度が上がり、コストが最小化される。
第二に、検証方法の違いにより、Rollupには2種類の異なるタイプがある。検証とは、取引がバッチ処理された後に、最終状態のルート（口座残高、コントラクトコードなど、「Rollup内」のすべて）が正しいかどうかを確認することである。zk-Rollupでは、各バッチがZK-SNARKと呼ばれる有効性証明を生成するが、ArbitrumのようなOptimistic Rollupでは、ノードが取引に不正の疑いを持った場合にのみ証明計算が行われるため、さらに取引速度とスループットが向上する。
ユーザーとして、どのようにArbitrum Rollupと相互作用するのか？
ユーザーとして、あなたがArbitrumと相互作用する最も可能性の高い場面は、UniswapやAaveなど、通常イーサリアム上で使用し、取引を必要とするdAppを使うときである。具体的には、Arbitrum OneネットワークをMetaMaskウォレットに追加し、接続した後、資産をブリッジする。
なぜArbitrumが近い将来、イーサリアムのスケーリングをリードするのか？
Arbitrumは、ブロックチェーン三難問題——スケーラビリティ、非中央集権性、セキュリティ——を解決している。
規模拡大だけでは不十分である。取引スループットを増加させる一方で、ブロックチェーンは非中央集権性と安全性という2つの基本的属性を保持しなければならない。これがいわゆる「ブロックチェーン三難問題」である。現時点で、この3要素すべてを満たす唯一のイーサリアム拡張ソリューションは、ArbitrumのようなRollupである。Arbitrumではこれまでに総計356万件の取引が処理されており、2021年9月12日には1日の取引数が最高の26.8万件に達した。
一定期間におけるArbitrum上の1日あたりの取引総数
処理能力に関して、Arbitrumは最大40,000 TPSを実現可能であり、イーサリアムの基盤拡張と比較して平均コストで5倍の優位性を持つ（現時点ではイーサリアムが2ドルに対し10.38ドル、リアルタイム第2層費用を参照）。
さらに、Arbitrumは実際、費用をさらに90〜95％削減しようとしている。これはつまり、NFTを鋳造したりETHを送金したりするのに数十セントしかかからないということだ。Arbitrum上で1日に支払われるガス料金の総額も常にイーサリアムを下回っている。ただし、9月12日の顕著な急騰は、第2層流動性マイニングプラットフォームArbiNYANのローンチによるものである。
Arbitrumとイーサリアムで支払われた1日あたりの総ガス料金
Arbitrumはこのような高スループットを実現しつつ、第1層コンセンサスからセキュリティを継承している。
比較として、イーサリアムやビットコインのような初期の第1層ソリューションは、非中央集権性とセキュリティを優先した結果、スケーラビリティを犠牲にしている。これは今日の高額ガス料金から明らかである。同様に、SolanaやEOSといった他の競合第1層ソリューションは、それぞれ200および21のノードのみがネットワークを制御しており、非中央集権性を犠牲にしている。逆に、中央集権化はセキュリティにも悪影響を及ぼし、51％攻撃のリスクを高める。
同様に、サイドチェーンはメインチェーンに攻撃経路をもたらす可能性がある。なぜなら、それらは独自のコンセンサスとブロック検証モデルに依存しているからである。セキュリティが限定的なもう一つの例がプロトコル改善であり、「大きなブロック」を持つブロックチェーンは本質的に検証が難しくなり、より中央集権化されやすく、結果として安全性が低下する。ただし注意すべきは、早期の段階ではすべてのRollupが非中央集権的であるわけではないが、ほとんどの、あるいはすべてのプロジェクトが段階的に非中央集権化を目指している点である。
Arbitrumは現時点で最もEVM互換性の高い第2層スケーリングソリューション
Arbitrumは、現時点で最もEVMと互換性の高い第2層スケーリングソリューションである。これにより、開発者は既存のイーサリアムアプリケーションをRollupに移行するのがほとんど手間がかからず、コードを書き直す必要がない。Arbitrumは現在、無数のdAppをサポートしており、DeFiプロトコルでロックされた総価値が23億ドルを超える最大のイーサリアム第2層ネットワークである。比較として、ZK-Rollupやペイメントチャネルは、単純な支払い、交換、その他特定アプリ用途のみをサポートしている。現在、検証済みコントラクトは合計2361件あり、9月以降平均して1日12件のコントラクトが追加されている。
Arbitrum上での1日あたりの検証済みアドレス数
より多くのdAppがArbitrum Rollupに統合されるにつれ、Arbitrumは開発者だけでなくユーザーにとっても非常に魅力的になる。Arbitrumを利用している固有アドレス数の増加が、この主張を裏付けている。
一定期間におけるArbitrum上の独立アドレス総数
これらのアドレスの中で、「賢い資金」アドレスは特にArbitrumに注目しているようだ。以下に示す通り、イーサリアムのETH百万長者のうち50%がArbitrumも利用している。Nansenのラベリングに馴染みのない人向けに補足すると、「ETH百万長者」とはETH残高が少なくとも100万ドル以上のアドレスを指す。
Arbitrum上で活動する賢い資金の割合
要するに、それは暗号資産界の王者——イーサリアム——の上に構築されている
ArbitrumのようなRollupが今後数年間でイーサリアムのスケーラビリティを支配すると私たちが信じるもう一つの理由は、それらが暗号資産界の王者であるイーサリアムの上に構築されていることにある。これにより、先行者利益を得ている。まず、利用面において、イーサリアムは依然として世界で最も普及したブロックチェーンプロトコルであり、3000以上のdApp、DeFi、NFT、DAO、バーチャルワールドエコシステムが存在する。これに匹敵するブロックチェーンはビットコインしかないが、ビットコインはRollupを搭載する能力に欠けている。
第二に、多くの人が考える「イーサリアム2.0がRollupを陳腐化させる」という考えとは異なり、イーサリアム2.0の完全展開には数年かかるため、ArbitrumのようなRollupこそが事実上の最初の拡張ソリューションとなるべきである。逆に、データシャーディング、すなわちイーサリアム2.0の第2フェーズは、主にRollupの高速化を目的としている。Rollupが状態を分割し、シャードが取引履歴を分割し、Rollupが特定のシャードに登録することで、Rollupのスループットのスケーラビリティは指数関数的に向上し、2030年には1500万TPSに達する可能性がある。
これらの理由から、ArbitrumのようなRollupは、近い将来、イーサリアムスケーラビリティソリューションの波をリードする独特の立場にあることは明らかである。
第2層トークンの到来に備えよ
開発者や初期投資家でない限り、依然としてプロジェクトのネイティブトークンを購入することで参画できる。Arbitrumのような多くのRollupはまだネイティブトークンを持っていないが、最終的にはほとんどのRollupプロジェクトがトークンを発行すると予想される。
現在Rollupが直面する課題
第一の課題は、Optimistic Rollupの場合、出金期間が長いことである。出金には最大7日かかる。これは、取引に不正の疑いがある場合に、不正の証拠を提示し出金を取り消す時間を確保するため、出金に一定の遅延が必要だからである。
第二に、Optimistic Rollupのセキュリティを保証する条件は、少なくとも1つのノードが誠実であり、不正取引を識別できることにある。
さらに、アセットやデータをRollup間で移動することがますます容易になると期待できるが、Rollupはまだ初期段階にあり、相互運用性が不十分である。それでも、Hop、Connext、cBridge、Biconomyなど、相互運用性を提供するソリューションが存在する。
最後に、多くの人々は、ユーザーが最良の価格を得ることを求めるため、イーサリアムの流動性がさまざまなRollupに分散していると感じるが、時間とともに流動性はArbitrumのようなRollupに集積していくと考えられている。
5年後のRollupの展望
率直に言えば、長期的にはRollupの可能性はイーサリアムに限定されない。スケーラビリティソリューションの未来は、複数の第1層チェーン上に存在する相互依存的なスケーリングソリューションから成る、より複雑なシステムである。この複雑な未来において、3つの主要なトレンドを期待できる。
前述の通り、短期的にはArbitrumのようなイーサリアム上のRollupがスケーリングソリューションの主流となり、その後イーサリアム2.0とそのシャーディング方式の展開によってさらに強化される。第2層スケーリングソリューション、特にRollupを含むものは、着実に進歩を遂げ、性能がますます高まり、第1層ソリューションと執行面で競合するようになるだろう。
次に、他の競合第1層ソリューションが容量いっぱいになると、それらも自らのメインネット上にRollupを構築し始めるだろう。実際、多くの人々はまだRollupの潜在力を理解していないが、すべての第1層ソリューションはいずれRollupを必要とする。イーサリアムはその準備をずっと前から（2015年以降）進めてきた最初の存在である。例えば、TezosはRollup中心のロードマップを受け入れている。同様に、NEAR、Celestia、Polygonもそうであり、Polygonは最近、高度なzk-STARKs（zk-Rollup由来）をベースにしたスケーリングソリューションPolygon Maidenを発表した。
実際、イーサリアムとブロックチェーンに対する需要は一方向にしか向かっていないことを考慮すれば、現在および将来の市場参加者の増大するニーズに応えるために、すべてのスケーリングソリューションが同様に有効かつ必要になることが予想される。
結論
まとめると、高額なガス料金は確かに氷山の一角にすぎない。イーサリアムは創設以来、スケーリング問題に直面しており、現在多くの拡張ソリューションがその解決を目指している。
その中でも、Arbitrum Rollupは現在最大のイーサリアム第2層ネットワークであるだけでなく、今後数年間でスケーリングソリューションを支配する可能性が高い。
Arbitrum Rollupは、メインチェーンの非中央集権性とセキュリティを損なうことなくイーサリアムをスケールする能力を証明してきた。より多くのユーザーが最良の価格を求めArbitrumに移行し、より多くの開発者がEVMとの高い互換性からその上に開発を行うだろう。イーサリアムを離れても、Rollupは他の競合第1層ソリューションに輸出され、ますます複雑化するスケーリングソリューション群に融合していくパラダイムとなるだろう。
暗号資産分野のすべての人にとって、Arbitrumのような第2層スケーリングソリューションは投資対象にとどまらず、DeFiやNFT空間における現在および将来のプロジェクトの基盤であり、DAOやバーチャルワールドを支えるだけでなく、クリエイター経済全体とメタバースを支える。
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