ZK-ロールアップとイーサリアムのスケーリングへの道

イーサリアムの使用コストが増加するにつれて、ネットワークを拡張する必要性がかつてないほど明らかになっています。 ゼロ知識ロールアップテクノロジーは、分散化とセキュリティを損なうことなくガス料金を下げることを約束します。

イーサリアムのスケーラビリティの問題

高いガス料金はイーサリアムにとって大きな問題になっています。

取引手数料はETHで支払われるため、資産の価格が上がるとネットワークの使用コストが上昇します。 ETHは今年460％増加しています。これは、トランザクションのコストも米ドルベースで460％増加したことを意味します。

取引手数料は、ネットワークの混雑度によっても異なります。 今日、イーサリアムのブロックスペースに対する需要が非常に高いため、ガス料金も高くなっています。

ネットワークの使用コストが高いため、多くのユーザーがDeFi、NFT、さらにはDAOに参加することもできません。 多くの暗号愛好家は、イーサリアムの費用のために、ソラナやアバランチなどの他のレイヤー1ブロックチェーンに移行しています。

過去数年にわたって、イーサリアムの混雑を緩和し、トランザクションのコストを削減するのに役立ついくつかのスケーリングソリューションが開発されてきました。 ポリゴンは2019年に発売され、間違いなく、大きな牽引力を獲得した最初のイーサリアムスケーリングソリューションでした。 ネットワークは、プラズマと呼ばれるスケーリングソリューションを使用します。これは、メインのイーサリアムブロックチェーンから専用のサイドチェーンにトランザクションをオフロードします。 CurveやAaveなどの多くのEthereumネイティブDeFiアプリケーションが今年Polygonでリリースされました。

Polygonは低料金でユーザーを引き付けることに成功していますが、真のスケーリングソリューションではないと批判されることがよくあります。 Polygonは、独自のProof-of-Stakeコンセンサスメカニズムを使用します。 ノードバリデーターのセット。 これは、トランザクションの検証にイーサリアムメインネットを使用しないため、一般的に安全性が低く分散化されていると見なされていることを意味します。 Polygonを管理するバリデーターは100個だけです。 からのデータによると ポリゴンスキャン、 上位のバリデーターアドレスは ネットワークの27％以上。

過去1年間で、ロールアップと呼ばれる別のタイプのスケーリングソリューションが、イーサリアムコミュニティで話題を呼んでいます。 現在、イーサリアムのすべてのトランザクションには、スマートコントラクトとやり取りするときに必要なすべての計算データが含まれています。 ブロックスペースが限られているため、イーサリアムは簡単に混雑する可能性があり、その結果、取引の確認が遅くなり、ガス料金が高くなります。

ロールアップは、計算データをアウトソーシングし、有効性の証明をイーサリアムのメインネットに送り返す方法を提供します。 これにより、ブロックスペースが節約され、トランザクションをまとめることができるため、メインネットにコミットされるデータの量がさらに削減されます。 トランザクションがバンドルされると、ガス料金は多くのユーザー間で分割されます。 ロールアップは、ユーザーにほぼ瞬時のトランザクション速度を提供し、維持しながら手数料を50〜200分の1に削減できます。 イーサリアムメインネットのセキュリティと分散化。

ゼロ知識ロールアップとは何ですか？

ロールアップには2つのフレーバーがあります。 楽観的でゼロ知識。 楽観的なロールアップは、ベースチェーンに送り返されるトランザクションが正当であると想定しています。 チェーンを監視している誰かが詐欺の証拠を提出することによって彼らが詐欺であると証明できる場合にのみ、取引は拒否されます。 言い換えれば、楽観的なロールアップは、トランザクションを検証するために「有罪が証明されるまで無罪」のアプローチを取ります。

逆に、ZK-Rollupsとも呼ばれるZero-Knowledge Rollupsは、トランザクションがメインネットに返送されたときに正当であることを示す暗号証明を生成します。 トランザクションは、暗号証明が検証された後にのみイーサリアムで受け入れられます。 楽観的なロールアップとは異なり、ZKロールアップは検証に対して「無実であることが証明されるまで有罪」のアプローチを取ります。

現在、オプティミスティックロールアップは、アプリケーションの開発が容易なこともあり、最も多く採用されています。 Optimistic Rollupsは、箱から出してすぐに完全なスマートコントラクトを機能的にサポートでき、開発者は、Ethereumのネイティブプログラミング言語であるSolidityを使用してアプリケーションをコーディングできます。 からのデータ L2beat は、今日最大の楽観的ロールアップであるArbitrumが、DeFiアプリケーションに閉じ込められた合計25億ドルを超える価値を引き付けたことを示しています。 イーサリアムで最も人気のあるDeFiアプリケーションの多くをホストします。

ただし、楽観的なロールアップにはいくつかの課題があります。 取引を検証するアプローチのため、イーサリアムのメインネットに返送された資金は、最大1週間の紛争期間の対象となります。 これはユーザーに不便をかけ、構成可能性を損ないます。

Optimistic Rollupsは、Polygonのようなプラズマベースのソリューションで改善されていますが、一般的にZK-Rollupsより劣っていると見なされています。 楽観的なロールアップには紛争期間とオファーがあります スケーラビリティの向上 最大77倍。ZK-Rollupsには紛争期間がなく、最大500倍の改善が見られます。

ただし、ZK-Rollupsは、Optimisticの対応するものと同じレベルの互換性にまだ達していません。 ZK-Rollupsにはすべてのトランザクションに付随する有効性の証明があるため、それらのテクノロジーを構築することはより困難です。 ZK-Rollupsは、直接転送や取引などの単純なタスクを処理するために開発されました。 スマートコントラクト機能を統合することは可能ですが、それははるかに困難であることが証明されています。

今年と同じくらい最近、イーサリアムの共同創設者ヴィタリック・ブテリン 予測 完全に構成可能なZK-Rollupsの開発には数年かかるでしょう。 ただし、開発者は予定より進んでいます。 いくつかのZK-Rollupは、ロールアップ間でも相互に構成可能で相互運用可能なソリューションを展開する準備をしています。

ZK-Rollupsの開発により、イーサリアムメインネットと複数のレイヤー2ネットワーク間の共有通信フレームワークが可能になり、ネットワークは流動性を共有し、レイヤー1ブロックチェーンが直面する最大の採用課題を克服できます。 ZK-Rollupベースのネットワークは、分散型取引所を通じて効率的な取引を提供するために流動性を競う必要はなく、代わりにイーサリアムを拡張するために協力して機能することができます。

ZK-Rollupsには別のユニークな機能もあります。 トランザクションのバッチごとに料金が計算される方法により、より多くの人々がそれらを使用するにつれて、トランザクションはより安くなります。 バッチを送信するためのコストはそれほど変動しないため、より多くのトランザクションがバッチにバンドルされるため、ガスコストをより多くのユーザー間で分割できます。 ZK-Rollupsはほぼ無限の量のトランザクションをバンドルできるため、トランザクションのガス料金は、十分なユーザーがいる場合は数分の1に削減できます。 この機能は、有効性証明償却と呼ばれます。

イーサリアムはまだスケーラビリティの問題に直面していますが、いくつかの開発者はすでにレイヤー2 ZK-Rollupネットワークを展開しており、スマートコントラクト、他のレイヤー2ソリューション、およびイーサリアム仮想マシン間の完全な構成可能性と互換性を約束しています。

ZKロールアップの種類

現在、イーサリアムスケーリングソリューションで利用されているZK-Rollupには2つの異なるタイプがあります。

最初で最も広く使用されているタイプのZK-Rollupは、ZK-SNARKを使用します。これは、知識の簡潔で非対話型の引数です。 SNARKは、発見された最初のタイプのゼロ知識証明でした。 初期のブロックチェーンプロジェクトであるZcashは、早くも2016年にそれらを使用していました。SNARKはZK-Rollup開発者ライブラリと公開されたコードの大部分を形成し、イーサリアムスケーリングプロジェクトの強力なオプションと見なされています。

SNARKの大きな欠点の1つは、 トランザクションに必要なプルーフを作成するために使用されるキーの初期作成イベント。 信頼できるセットアップイベントのキーが破棄されていない場合、それらを使用して、空中から新しいトークンを作成したり、トランザクションを改ざんしたりする可能性があります。

今日最も有名なSNARKベースのスケーリングソリューションは、MatterLabsのzkSyncプロジェクトです。 2020年6月にリリースされたzkSyncは、現在の反復で1秒あたり2,000トランザクションを約束しており、将来的にはより高いスループットを達成することを期待しています。 5月、プラットフォームは、zkEVMテストネットの立ち上げにより、EVM互換環境でのスマートコントラクトの展開に向けて作業を開始しました。

zkSyncの主な焦点は、イーサリアムメインネットからの移行を可能な限り簡単にすることです。 zkEVMで開発したい人は、イーサリアムのプログラミング言語であるSolidityを使用してスマートコントラクトを書くことができます。 Matter Labsは最近、AndreessenHorowitzが主導するシリーズBの資金調達ラウンドでzkSyncの開発を支援するために5,000万ドルを調達しました。 さらに、同社はCurve Finance、Aave、1inchなどのいくつかのEthereumDeFiブルーチップと提携しています。

もう1つのタイプのZK-Rollupは、STARK（スケーラブルで透過的な知識の引数）を使用します。 STARKは、ハッシュ関数に完全に依存し、信頼できるセットアップを必要としないため、SNARKよりも優れています。 これは、STARKがSNARKよりも理論的に安全であることを意味し、EthereumFoundationのお気に入りになっています。

StarkWareは、STARKを使用してイーサリアムをスケーリングした最初の企業であり、現在、STARKベースのテクノロジーの開発の背後にある主要な推進力です。 StarkWareは、Cairoと呼ばれるSTARKベースのZK-Rollups用のチューリング完全プログラミング言語を作成しました。 Cairoを使用して、最初の製品であるStarkExプロトコルを作成しました。

StarkExは、dYdX、Immutable X、Sorare、DeversiFiなどのいくつかのイーサリアムプロジェクトで現在使用されているアプリケーション固有のスケーリングソリューションです。 StarkWareは、開発者がレイヤー2で直接アプリケーションを構築および起動できる、許可のないZK-RollupネットワークであるStarkNetをリリースしようとしています。StarkNetは、 真の分散型マルチアプリスケーリングソリューション。

ZK-Rollupsは、暗号コミュニティがイーサリアムを使用する方法を変えようとしています。 zkSyncやStarkNetのような高速で低コストのネットワークが実現するにつれて、イーサリアムメインネット上のトランザクションはますますレイヤー2にアウトソーシングされるようになります。これにより、イーサリアムはスケーラブルで安全な分散型ブロックチェーンネットワークになるというビジョンに近づくことができます。

開示：この機能を書いている時点で、作者はETHと他のいくつかの暗号通貨を所有していました。