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概要
最も人気のあるブロックチェーンであるイーサリアムは、かなり長い間スケーラビリティの問題に直面してきました。その主な課題は、ネットワークの混雑による高いガス料金です。ネットワーク利用コストの高騰に伴い、数多くのスケーラビリティ対策が提案されています。本日のガイドでは、イーサリアムのスケーラビリティ対策についていくつか紹介し、ロールアップについて詳しく掘り下げていきます。
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イーサリアムのスケーラビリティ対策
あらゆるイーサリアムのスケーリングソリューションの主な目的は、ブロックチェーンの分散型という特性を損なうことなく、取引速度と処理能力を向上させることである。
こうしたスケーリングの解決策については、主に2つの方向から検討が進められています：
- オンチェーンのスケーリング。
- オフチェーンによるスケーリング。
オンチェーンのスケーリング
オンチェーンまたはレイヤー1のスケーリングソリューションとは、通常、1つのブロックに収容できるトランザクション数を増やすことで、ブロックチェーンの中核となるレイヤーの処理能力を向上させることを指します。イーサリアムの場合、オンチェーンスケーリングを行うには、イーサリアムメインネットのプロトコルを変更する必要があります。 イーサリアムのブロックに収容できるデータやトランザクションの量を増やすことは、ノードを稼働させるためのハードウェア要件も引き上げることになり、このスケーリングソリューションに対しては批判の声も上がっています。これによりノード数が制限され、分散化に影響を及ぼす可能性があります。しかし、イーサリアム2.0では「シャーディング」という概念が導入されます。シャーディングとは、イーサリアムのインフラストラクチャやデータベースを分割するプロセスです。これにより、作業を分担することでノードの負荷を軽減することができ、これははるかに広範な概念です。
オフチェーン・スケーリング
オフチェーン・スケーリング・ソリューションは、実際のコアブロックチェーンを使用せずにトランザクションを処理するための層を追加することで、プライマリなレイヤー1ブロックチェーンの間接的なスケーリングを図ることを目的としています。オフチェーン・スケーリングでは、ブロックチェーンのメインレイヤーを信頼および仲裁の層として利用します。オフチェーン・スケーリングは、イーサリアムのメインレイヤーの上に別の層を追加するため、しばしば「レイヤー2スケーリング」と呼ばれます。
レイヤー2のスケーリングは、イーサリアムコミュニティにとって最も重要な要素である分散化を維持できるため、イーサリアムのスケーラビリティ問題に対する即効性のある解決策と見なされています。ただし、レイヤー2ソリューションの実現には追加のハードウェアや複雑なソフトウェアの構築が必要となるため、ネットワークがその効果を実感するまでには時間がかかります。レイヤー2ソリューションはイーサリアムからセキュリティを継承しており、ユースケースに応じて個人、組織、またはコミュニティが独自に構築・運用することが可能です。
ソリューションの種類は以下の通りです：
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サイドチェーン：サイドチェーンとは、ブリッジを介してイーサリアムに接続された、EVM互換のブロックチェーンのことです。これらは独自のコンセンサスプロトコルとブロックパラメータを持っています。
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ロールアップ：ロールアップは、イーサリアムのメインブロックチェーンの外でトランザクションを実行し、そのトランザクションデータをイーサリアムのメインネットワークに送信します。
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ステートチャネル：ステートチャネルは、マルチシグチャネルを利用して、当事者間でメインチェーン外で取引を決済し、その状態をメインブロックチェーンに送信します。これらは非常に安全ですが、特定のユースケースに限られます。
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Plasma：Plasmaは、イーサリアムのメインブロックチェーンにアンカーされたサイドチェーンが存在するフレームワークであり、これらのサイドチェーンはルートコントラクトを介してイーサリアムブロックチェーンに接続されています。このコントラクトは現在の状態を記録し、子チェーンのルールを規定しています。
ロールアップ
一方では、イーサリアムのセキュリティによって完全に保護されているものの、特定のアプリケーション群にしか適さないチャネルなどのレイヤー2ソリューションがあります。他方、サイドチェーンは通常EVM互換であり、汎用的なアプリケーションのスケーリングが可能ですが、主な欠点は、セキュリティをイーサリアムに依存せず、独自のコンセンサスモデルを採用している点です。
ロールアップは、イーサリアムのセキュリティを維持しつつ、汎用的なソリューションを構築することで、これら両方の長所を兼ね備えることを目指しています。ロールアップは、イーサリアムのメインネットワーク外で取引を決済しますが、取引データをイーサリアムネットワークに投稿し、イーサリアムプロトコルからセキュリティを導き出しています。各ロールアップには、イーサリアムのメインネットワーク上に展開された固有のスマートコントラクトがあります。 ロールアップは、主にロールアップ専用のチェーン上でオフチェーンで取引を実行し、その後、取引データをバッチ処理して圧縮し、イーサリアムのメインチェーンに送信します。これにより、実際にそれらの取引を処理するイーサリアムメインネットワークへの負荷が軽減されます。
これにより、手数料の削減や、参加者の増加によるブロックチェーンの普及促進につながります。また、ロールアップを利用すれば、既存のイーサリアムのスマートコントラクトをすべて、ほとんど変更を加えることなく、あるいは変更を一切加えずにロールアップへ移行することが可能です。
ロールアップの種類
ロールアップは、イーサリアムのスケーラビリティ問題に対する有望な解決策のように見えますが、ロールアップによってイーサリアムに投稿されたトランザクションデータが有効であることを、どのように確認すればよいのでしょうか？ロールアップの種類によって、この処理方法は異なります。これに基づいて、ロールアップには「オプティミスティック・ロールアップ」と「ZK-ロールアップ」の2種類があります。
楽観的なロールアップ：
オプティミスティック・ロールアップは、その名称が示す通り、イーサリアム・ネットワークに送信されたトランザクションデータが正確かつ有効であることを前提としています。無効なトランザクションが存在する場合、紛争解決手続きが行われます。ある当事者がトランザクションデータのバッチをイーサリアムに送信し、誰かが不正なトランザクションを検出した場合、そのトランザクションに対する不正証明を提示することができます。ここでは、トランザクションデータのバッチを送信する当事者と、不正証明を提示する当事者の双方が、ETHをステーキングしています。 つまり、いずれかの当事者が不正行為を行った場合、その当事者はETHを失うことになります。不正証明が提出されるたびに、疑わしいトランザクションは、今度はイーサリアムのメインネットワーク上で再度実行されます。トランザクションが、ロールアップチェーン上で最初に実行されたときとまったく同じ状態で再実行されるようにするため、特定の関数呼び出しをロールアップの状態に置き換えるマネージャー契約が作成されます。
ZK-ロールアップ：
ZK-ロールアップ（ゼロ知識ロールアップ）は、オプティミスティック・ロールアップとは異なり、紛争解決メカニズムを一切備えていません。その代わりに、ゼロ知識証明という巧妙な暗号技術を採用しています。このモデルでは、イーサリアムに送信される各トランザクション・バッチには、SNARK（Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge）と呼ばれる暗号証明が含まれており、これはイーサリアムメインネット上にデプロイされたコントラクトによって検証されます。 このスマートコントラクトは、ロールアップチェーン上のすべての送金の状態を管理しており、この状態は有効性証明によってのみ更新可能です。つまり、膨大なトランザクションデータの代わりに有効性証明のみをイーサリアムのメインネットワークに保存すればよいため、ZK-ロールアップは比較的迅速かつ低コストになります。
結論
ここまで読み進めてくださった方は、イーサリアムのスケーリングソリューションについて少し理解が深まり、ロールアップについてはさらに詳しく知ることができたはずです。
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