モジュラーブロックチェーンのコンセプト

モジュラーブロックチェーンは、いくつかの責任を担当し、その他の責任を1つ以上の独立したレイヤーにアウトソーシングすることに焦点を当てたブロックチェーンです。モジュラーブロックチェーンは、以下の個々のタスクまたはタスクの組み合わせを処理するために使用することができます。

実行：取引の実行をサポートし、スマートコントラクトの展開とやり取りを可能にします。

データの可用性: トランザクション データの可用性を確保します。

合意：承認された取引の内容と順序。

決済: トランザクションの完了、紛争の解決、証明の検証、さまざまな実行レイヤーのブリッジに使用されます。

モジュラーチェーンは通常、2つ以上の相互依存関係のある機能を実行します。たとえば、データ可用性レイヤーはデータの順序付けに同意する必要があります。そうでなければ、正しいバージョンの履歴を表すデータを知ることは不可能です。

モジュラーブロックチェーン設計の利点

スケーラビリティ：ブロックチェーンでのモジュラリティの使用は、有害な信頼の前提を導入せずにスケールを拡大することができます。

新しいブロックチェーンを簡単に立ち上げることができます：モジュラーデザインを活用することで、すべてのアーキテクチャを正確に保つ必要がなく、新しいブロックチェーンをより速く立ち上げることができます。

柔軟性:専用のモジュラーチェーンは、トレードオフと設計実装のためのより多くのオプションを提供します。たとえば、モジュラーブロックチェーンシステムには、セキュリティとデータの可用性に重点を置いたモジュラーチェーンと、実行に重点を置いたモジュラーチェーンが含まれる場合があります。

モジュラーブロックチェーンデザインの欠点

セキュリティ：単一のチェーンとは異なり、モジュラーブロックチェーンは自身のセキュリティ品質を保証することができません。コンセンサスとデータの利用可能性を処理するために使用されるセキュリティレイヤーが効果的でない場合、モジュラーブロックチェーンは失敗のリスクにさらされます。

複雑さ：モジュラーなブロックチェーン設計の実装には新たな複雑さが導入されます。たとえば、Ethereumのデータシャーディング計画は、特定のシャード上のノードがデータを隠していないことを保証するために、データの可用性サンプリングに依存しています。同様に、実行レイヤーは、不正証明や妥当性証明などの複雑なメカニズムを作成する必要があります。これにより、セキュリティレイヤーがオフチェーンの状態遷移の妥当性を保証できます。

トークン値：一部のモジュラーブロックチェーンのネイティブトークンは、限られたアプリケーションのため、価値を吸収することができない可能性があります。たとえば、コンセンサスおよびデータ可用性レイヤーに焦点を当てたユーティリティトークンは、実行レイヤーよりも利用範囲が狭いため、そのようなネットワークに参加者を引き付けるのも難しいかもしれません。

Ethereumのモジュラーフォーム：シャーディングとロールアップ

ビットコインなどの第一世代ブロックチェーンのように、イーサリアムはもともと一枚岩のブロックチェーンとして設計されました。しかし、ネットワークのパフォーマンスを向上させ、スケーラビリティと持続可能性を向上させるために、イーサリアムネットワークは現在、モジュラーフレームワークへ移行しています。

Shardingは、システム（データベースなど）を複数のパーツに分割して実行するプロセスです。機能を複数のコンポーネントに分散させることで、システムはより大きな出力と効率を実現することができます。ブロックチェーンネットワークでは、Shardingはブロックチェーンを複数のサブチェーンに分割し、サブチェーンがネットワーク活動の異なる部分を処理します。

Ethereumのシャーディング設計では、64のシャードチェーンが並行して実行されます。シャーディングはトランザクションを並行して処理することができます（実行シャーディング）また、ブロックチェーンデータの異なる部分を格納するためにも使用することができます（データシャーディング）。データシャーディングでは、Ethereumノードは自分のシャードチェーンに公開されたデータのみを格納します。現在の構造とは対照的に、すべてのノードが同じデータを格納する必要があります。

Ethereumブロックチェーンのビーコンチェーンとシャードチェーンの関係

シャーディングは、異なるコンポーネント（シャードチェーン）が異なる責任を担当するモジュラリティの形態です。データシャーディングでは、シャードチェーンがEthereumデータの異なる部分を保存し、実行シャーディングにより、各シャードチェーンが独自のトランザクションセットを処理することが可能になり、データのスループットが向上し、処理時間が短縮されます。

一部の開発者は、Ethereumのスケーリングに対してロールアップ中心のアプローチを採用しています。純粋なオフチェーンスケーリングソリューション（サイドチェーンなど）とは異なり、ロールアップはメインチェーンと密接に統合されています。Ethereumブロックチェーンは、決済、コンセンサス、およびデータの利用可能性を保持しながら、計算をロールアップに外部委託しています。L2ロールアップの基礎レイヤーとしてEthereumが機能しているため、ロールアップは分散化やセキュリティを損なうことなく、より高速なブロックタイムや大きなブロックを通じて実行を積極的に最適化することができます。

モジュラーブロックチェーンアーキテクチャにおけるEthereum（L1ベースレイヤー）とロールアップ（L2）の機能

イーサリアムのモジュラー技術スタック開発プロセス

Ethereumのモジュラー技術スタックの開発プロセスは次のとおりです:

1. モノリシックブロックチェーン：Ethereum L1またはメインチェーンを表す、それ自体がモノリシックブロックチェーンです。

2. Rollup： ArbitrumやOptimismなどのL2ソリューションは、実行レイヤーとして機能し、Ethereum L1から実行レイヤーを移動し、状態のルートとロールアップデータを公開し、それをEthereum L1に送信します。

3. モジュラーロールアップ：モジュラーデータ可用性を備えたロールアップ。

イーサリアムのモジュラーL2技術スタックは、高いセキュリティと分散化を保持しながらスケーラビリティを提供できます。この強力な組み合わせにより、イーサリアムはより効率的で持続可能なブロックチェーンエコシステムの基盤を提供します。

モノリシックブロックチェーン

モノリシックブロックチェーンは、ロールアップやデータシャーディングを使用せずにすべてを処理する、イーサリアムの元の実行形態です。このモノリシックアーキテクチャは最高のセキュリティを提供しますが、高いコストと限られた拡張性のコストがかかります。そのため、イーサリアムのメインネットのトランザクションスピードは比較的遅く、平均TPSはわずか15〜20です。現在、イーサリアムはロールアップ中心のコンピューティングとデータシャーディング戦略の採用を通じて、段階的にモジュラーブロックチェーンに移行しています。

ロールアップ

Rollupは、モジュラーブロックチェーンにおける最初の技術的な飛躍であり、イーサリアムのモノリシックアーキテクチャを拡張し、実行用の別レイヤーを提供します。Rollupは、ブロックチェーンの実行レイヤーをシーケンサーに抽象化し、強力なコンピューターを使用して複数のトランザクションをパッケージ化して実行し、定期的に圧縮されたデータをイーサリアムのメインネットに送信して検証します。Rollupは、この計算プロセスをイーサリアムチェーンから外に移動することで、TPSを20〜50倍に増やすことができます。

現在のシナリオでは、ロールアップは実行レイヤーの役割を果たし、決済、コンセンサス、およびデータの利用可能性を外部委託しながら取引を処理します。例えば、楽観的なロールアップは楽観的な仮想マシンを使用し、ZKロールアップはzk EVMを実行します。これらのロールアップはスマートコントラクトを実行し、取引を処理しますが、それでもEthereumに依存しています:

清算：すべてのロールアップ取引はEthereum上で完了されます。楽観的なロールアップのユーザーは、チャレンジ期間が経過するのを待たなければならず、または不正防止計算後に取引が有効と判断されるまで待たなければなりません。zkロールアップのユーザーは、検証の有効性が証明されるまで待たなければなりません。

コンセンサスとデータの利用可能性: ロールアップは、CallDataの形式でトランザクションデータをEthereumメインネットに公開し、必要に応じて誰でもロールアップトランザクションを実行し、状態を再構築することができます。楽観的ロールアップでは、多くのブロックスペースと最終性までの7〜14日間の挑戦期間が必要です。 Zkロールアップは、30日間検証可能なデータを保持し、即時最終性を提供しますが、証明を作成するためにはかなりの処理能力が必要です。

ロールアップの基本層としてのEthereumを使用することで、ロールアップは、分散化やセキュリティを損なうことなく、より高速なブロック時間やより大きなブロックを可能にすることができます。ロールアップは、Ethereumにとって新しい時代の幕開けと言えるでしょう。 ArbitrumとOptimismの総取引数は最近、Ethereum上の取引数を上回り、Ethereumのモジュラートレンドを反映しています。

モジュラーロールアップ

新しいモジュラーロールアップは、データ可用性レイヤーをEthereumから外に移動します。 たとえば、Mantleは、決済とコンセンサスには引き続きEthereumを依存していますが、Mantle DAをデータ可用性レイヤーとして活用しています。 Mantle DAはデータのソートを実行し、トランザクションを実行せずにデータの認証を提供します。トランザクションの実行は、効果的にMantleの実行レイヤーに外部委託されます。

以前は、イーサリアムがロールアップのための唯一のデータ可用性ソリューションであったため、コストの問題につながりました。データの可用性は、ほとんどのロールアップ、特にイーサリアムへのトランザクションデータの保存にとって最大のコスト源であり、コストの最大70%を占める可能性があります。さらに、このコストは変動し、使用量に比例して増加するため、より多くのユーザーが参加するにつれて大きな障壁となります。これまでは、大規模なユーザー ベースに対応できるのは、大量のリソースを持つ大規模なロールアップだけでした。

幸いにも、Ethereumでは状況が変わりつつあり、トランザクションデータの提出コストを削減するためのデータ可用性レイヤーとして新しいモジュラーソリューションが登場しています。データ可用性レイヤーの主な例には、EigenDA、Celestia、Availなどがあり、すべてデータ可用性の問題に対処し、rollupの制限に対する潜在的な解決策を提供しています。

モジュラーな未来

過去10年ほど、ブロックチェーン分野はしばしばスケーラビリティの課題に直面し、イーサリアムの高コストや制限により新しいL1ブロックチェーンを継続的に作成してきました。しかし、イーサリアムの高額な手数料は実際には解決不可能なバグではありません。

L2ソリューションが大量導入の標準になりつつある世界において、モジュラーブロックチェーンは、実行、決済、コンセンサス、データ可用性の各レイヤーを分割することで、ブロックチェーンアーキテクチャに革命をもたらします。モノリシックなブロックチェーンがスケーラビリティに苦労するとき、モジュラーアーキテクチャの可能性が解き放たれるでしょう。

データ可用性レイヤーが進化し競争するにつれて、新しいロールアップの導入障壁が大幅に低下することになります。近い将来、OPまたはZKスタック上のアプリケーションは、データ可用性コストの低下やモジュラー機能のさらなる改善により、急成長する可能性があります。

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