イーサリアムレイヤー2拡張ソリューションの考察:オプティミスティックロールアップとZKロールアップ

イーサリアムは現在最も活発なブロックチェーンプラットフォームの一つとして、多くの分散型アプリケーションを支えています。DeFiからNFTまで、エコシステムは繁栄しています。しかし、オンチェーン取引の繁栄は、ネットワークの混雑による取引手数料の急騰、取引時間の延長、失敗率の増加といったいくつかの固有の課題を伴っています。これらの問題は、参加者の熱意に深刻な影響を与えています。

これらの問題を解決し、メインチェーンの分散特性を維持するために、コミュニティは主にL2スケーリングソリューションを採用しています。L2の核心原理は、計算と取引をメインネット（L1）から第2層ネットワークに移し、最終的な取引結果のみをメインネットに提出することです。この方法は、取引効率を向上させ、コストを削減し、同時にメインネットの安全性を維持することができます。

現在、よりよく知られているL2ソリューションには、ロールアップとサイドチェーンが含まれます。 ロールアップはさらに、楽観的なロールアップ(OP-Rollups)とゼロ知識ロールアップ(ZK-Rollups)に細分されます。

オプティミスティックロールアップ

OP-Rollupsはすべての取引計算と状態更新をL2ネットワークで行い、その後圧縮された取引の原始データをまとめてメインネットに公開します。L2ノードはデフォルトでこれらの取引を有効と見なし、悪意のある行為を含まないと考えます。これは現実世界の無罪推定の原則に似ています。このモデルは大量の無駄な検証を削減し、取引の確認速度と効率を大幅に向上させます。

取引が提出された後、バリデーターが問題を発見した場合、7日以内に詐欺証明を提出できます。L1上のスマートコントラクトがこの証明を検証し、指定された取引をチェックするだけで、迅速に問題の有無を判断します。もし問題のある取引が実際に含まれている場合、その取引が属するバッチおよび後続のバッチはロールバックされ、L2チェーンは問題のある取引が実行される前の状態に戻ります。悪行を働いたノードは罰せられ、バリデーターは報酬を得ます。

7日以内に詐欺証明を受け取らなかった場合、すべての取引は合法と見なされます。「詐欺証明」メカニズムの存在自体が強力な抑止力を持っており、実際には詐欺証明を提出したり、悪事が確認されたりするノードはほとんどありません。これは、各プロジェクトが十分にテストされており、悪事を働くコストが非常に高く、潜在的な経済的および評判の損失が得られるわずかな利益をはるかに上回るためです。

ノードの悪意ある行為と比較して、ネットワークの変動やソフトウェアのバグによる問題の方が一般的です。OP-Rollupsの主な欠点は、7日間のチャレンジ期間による資金の流動性の問題と潜在的な中央集権リスクです。

ゼロ知識ロールアップ

OP-Rollupsと比較して、ZK-Rollupsはデータをチェーン上に提出する際、データを圧縮するだけでなく、有効性証明も添付する必要があります。ZK-Rollupsは同様にオフチェーンで取引を処理し、メインネットにパッケージして提出しますが、正式に提出する前にオフチェーンで有効性証明を計算する必要があります。

ZK技術はブロックチェーンが登場する前から存在していましたが、現実世界の複雑性がその適用範囲を制限していました。ブロックチェーンがZK技術を適用する利点は、複雑性をスマートコントラクト内に限定できることにあり、チェーン上のデータと計算を検証するだけで済むということです。これは、ユーザーが分散型のスマートコントラクトを信頼するだけで、中央集権的な組織や個人に依存する必要がないことを意味します。

ZK-Rollupsの複雑性は、取引実行のデータとロジックに基づいて、複雑な論理回路図にコンパイルする必要があることにあります。そして、専用の証明器を使用して暗号計算を行い、迅速に検証可能な結果を生成します。このプロセスは通常、専用のコンパイラと検証器を必要とし、強力な計算能力に依存します。

レイヤー2のコスト

OP-Rollupsのコストは主に2つの側面から来ています：L1に圧縮取引データを提出するための費用と、L2ノードの運営コストです。これらのコストは最終的にはユーザーに転嫁されます。幸いにも、イーサリアムのEIP-4844案はL2とメインネットとの相互作用の費用を大幅に削減しました。さらに、ノードを維持するためには大量の資金をロックする必要があり、これにより投資家は他の機会を逃す可能性があります。

ZK-Rollupsの主なコストは計算リソースから来ており、ゼロ知識証明を生成するには大量の計算リソースと専門的なハードウェアが必要です。同時に、データをチェーンに提出するための取引手数料も負担しなければなりません。専門的なハードウェアの需要はネットワークをより中央集権化させ、一般ユーザーが参加しにくくなる可能性があります。

まとめ

OP-RollupsとZK-Rollupsのいずれも、イーサリアムエコシステムがスケーラビリティの課題に対処するための重要なソリューションです。現在、これら2つのソリューションは引き続き進化しています。イーサリアムのEIP-4844などのアップグレードの実施により、L2のデータ公開コストが大幅に削減されており、これにより両方のソリューションの潜在能力がさらに引き出され、イーサリアムエコシステムの持続的な発展に強力なサポートを提供します。