状態チャネル

コンセプトと機能

ステートチャネルは、限られた数の参加者(通常は2人)間で安全で効率的なオフチェーントランザクションを可能にするレイヤー2スケーリングソリューションです。 ビットコイン用ライトニングネットワークなどの支払いチャネルは、両替専用に設計された州チャネルの一般的な例です。

続きを読む: ビットコインライトニングネットワークとは何ですか?

ステートチャネルでは、参加者は最初に一定量の暗号通貨をオンチェーンに預け、ブロックチェーンの外部にマルチシグネチャウォレットを作成します。 残高が負でない限り、マイナーやメインチェーンを関与させることなく、互いに直接取引でき、[turn_number、金額、署名]の形式で状態の更新を送信します。

参加者がチャンネルを閉鎖したい場合、最後の状態の更新をメインチェーンに送信して「終了」を実行し、メインチェーンは更新を検証し、最終的な残高を当事者に転送します。 セキュリティを確保し、不正な出口を防ぐために、他の参加者がより高いturn_numberで状態の更新を提示できるチャレンジ期間があり、最初の出口に効果的に挑戦します。 望楼は、そのような試みのためにメインチェーンを監視するために使用することができます。

状態チャネルは、メインチェーンがその正確性を検証できる限り、ゲームやスマートコントラクトの実行などの他のタイプの状態遷移に適用できます。 即時のファイナリティ、低料金、比較的シンプルな構造を提供するため、支払いやゲームなどのさまざまなユースケースに適しています。

使用例と例

ステートチャネルは、主に即時のファイナリティ、低料金、効率的なオフチェーントランザクションにより、いくつかのユースケースで広く採用されています。 これらのユースケースには、次のようなものがあります。

• 支払い:ビットコインのライトニングネットワークなどの支払いチャネルは、お金を交換するための高速で安全なオフチェーントランザクションを可能にする人気のあるレイヤー2ソリューションです。

• ゲーム:州のチャンネルは、プレイヤーがメインチェーンと対話することなく、自分の動きをトランザクションとして互いに送信できる、安全なオフチェーンゲーム体験を促進することができます。

• スマートコントラクト:ステートチャネルは、スマートコントラクトをオフチェーンで実行するためにも使用でき、必要なレベルのセキュリティと効率を維持しながら、メインチェーンの負荷を軽減します。
  多くの利点があるにもかかわらず、ステートチャネルの安全な実装は複雑な作業になる可能性があり、潜在的なエッジケースと脆弱性に細心の注意を払う必要があります。

サイドチェーン

コンセプトと機能

サイドチェーンは、ブロックチェーンネットワークのスケーリングソリューションの一形態であり、メインチェーンと独立して動作してパフォーマンスを向上させます。 独自のバリデーターとオペレーター、およびメインチェーンとサイドチェーンの間で資産を転送できるブリッジがあります。 サイドチェーンは、フォークを防ぐためにメインチェーンへのブロックヘッダーのスナップショットを作成することもできます。

メインチェーンからサイドチェーンにアセットを移動するには、参加者はメインチェーンでアセットをロックし、サイドチェーンのロックの証明を提供します。 メインチェーンのアセットのロックを解除するには、サイドチェーンで出口を開始し、サイドチェーンブロックに含まれると出口の証拠を提供します。

メインチェーンのセキュリティを利用してフォークを防止しているにもかかわらず、サイドチェーンは、共謀しているバリデーターが無効なブロックを作成し、他の参加者から資金を盗む無効な状態遷移攻撃に対して脆弱です。 ほとんどのサイドチェーンは、バリデーターの大多数が破損しないことを前提に設計されています。

使用例と例

サイドチェーンは、メインチェーンのスケーラビリティと効率を向上させるために採用されており、次のようなさまざまなシナリオで利用できます。

• メインチェーントランザクションのオフロード:サイドチェーンはメインチェーンのトランザクションの一部を処理できるため、メインチェーンの全体的な負荷が軽減され、パフォーマンスが向上します。

• 実験的な機能の実装:サイドチェーンは、メインチェーンの安定性に影響を与えることなく、新機能や改善の試験場として機能します。

• カスタマイズ可能なブロックチェーンアプリケーション:サイドチェーンは、特定のユースケースや業界に合わせて調整でき、メインチェーンに過負荷をかけることなく、カスタマイズされたブロックチェーンアプリケーションを可能にします。
  サイドチェーンはブロックチェーンネットワークのスケーリングソリューションの一形態ですが、メインチェーンの上で動作する特定のタイプのスケーリングソリューションであるレイヤー2(L2)スケーリングソリューションとは見なされません。

潜在的なセキュリティリスクにもかかわらず、サイドチェーンはブロックチェーンエコシステムの重要な部分であり続け、メインチェーンのスケーラビリティと柔軟性を強化します。

ロールアップ (オプティミスティック ロールアップと ZK ロールアップ)

コンセプトと機能

ロールアップは、複数のトランザクションをメインチェーンに送信する前に1つのプルーフに結合または「ロールアップ」するレイヤー2スケーリングソリューションです。 これらは、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つのタイプで利用できます。 どちらのタイプのロールアップも、トランザクションのスループットを向上させ、ガスコストを削減しますが、検証とセキュリティに対するアプローチが異なります。

楽観的ロールアップ

楽観的ロールアップは、トランザクションが他の方法で証明されるまで有効であると推定される「楽観的」仮定のシステムに依存しています。 彼らは、ユーザーが無効な取引に異議を唱えることを可能にする「詐欺防止」と呼ばれる紛争解決メカニズムを使用しています。 トランザクションが無効であることが判明した場合、ロールアップは元に戻され、チャレンジャーに報酬が与えられます。

ZKロールアップ

一方、ZKロールアップは、ゼロ知識証明(zk-SNARK)を使用して、メインチェーンに送信される前にトランザクションの有効性を暗号化で保証します。 これにより、無効なトランザクションをロールアップに含めることができないため、クレーム解決メカニズムが不要になります。

使用例と例

ロールアップは、そのセキュリティと効率の特性により、今日最も有望なレイヤー2スケーリングソリューションの1つです。 ロールアップの利点とユース ケースには、次のようなものがあります。

• データの可用性の向上: ロールアップでは、ブロックのスナップショットを作成するときに完全なブロックまたは状態を引数として渡す必要があるため、データが差し控えられないようにします。

• 状態遷移の検証: ロールアップは、zk-SNARK (ZK ロールアップの場合) または不正防止 (オプティミスティック ロールアップの場合) を提供して、状態遷移の正確性を証明し、無効なブロックが作成されないようにします。

• フォークなし: ロールアップのフォーク選択ルールは、常に最後にスナップショットされたブロックを含むチェーンを優先し、フォークの作成を防ぎます。

• ガスコストの削減:ロールアップは、オンチェーン検証のガスコストを大幅に削減し、オンチェーントランザクションよりも効率的になります。

• 瞬間的な終了: ロールアップ オペレーターが協力すれば、終了ゲームを必要とせずに即座に終了を実行できます。

ロールアップ実装の例

楽観主義は、スマートコントラクトと分散型アプリケーション(dApps)を拡張するように設計されたイーサリアムネットワーク上で人気のある楽観的ロールアップ実装です。

zkSyncは、低コスト、高速、安全なトークン転送の提供に焦点を当てたイーサリアム用のZKロールアップソリューションです。

プラズマ

コンセプトと機能

2017年、ジョセフ・プーンとヴィタリック・ブテリンは、レイヤー2スケーリングソリューションとしてPlasmaを最初に提案しました。 メインチェーンをルートとする子チェーンのツリーを作成し、各子チェーンはトランザクションを個別に処理できる個別のブロックチェーンとして機能します。 これにより、メインチェーンから処理がオフロードされ、全体的なスループットが向上します。 資産は、スマートコントラクトのシステムを通じてメインチェーンと子チェーンの間で転送できます。

プラズマチェーンは、マークルツリーと不正防止の組み合わせに依存して、オフチェーントランザクションのセキュリティと整合性を確保します。 プラズマ設計は、最小生存プラズマ(MVP)、プラズマキャッシュ、プラズマデビット、およびより生存可能なプラズマ(MoreVP)など、いくつかのタイプに分類できます。 各タイプは、セキュリティ、効率、使いやすさの点で異なるトレードオフを提供し、特定のユースケースとアプリケーション要件に対応します。

プラズマの利点

• スケーラビリティ:プラズマチェーンは、メインチェーンから独立して多数のトランザクションを処理できるため、全体的なスループットが大幅に向上します。

• 取引手数料の削減:取引をPlasmaチェーンにオフロードすることで、オンチェーン取引に関連する手数料を削減できます。

• カスタマイズ性:各Plasmaチェーンは独自のコンセンサスメカニズムとルールを持つことができ、特定のユースケースに合わせたソリューションを可能にします。

• セキュリティ:プラズマチェーンはメインチェーンのセキュリティを継承し、不正防止を使用してオフチェーントランザクションの整合性を確保します。

使用例と例

Plasmaにはいくつかの利点があり、さまざまなユースケースに適しています。

• 分散型取引所(DEX):プラズマを使用すると、メインチェーンを混雑させることなく、高スループット、低遅延の分散型取引所を作成できます。

• ゲームとNFT:プラズマチェーンは、スケーラブルで効率的なゲームプラットフォームと非代替トークン(NFT)マーケットプレイスをサポートできます。

• IoTとサプライチェーン:Plasmaは、複雑なサプライチェーンエコシステムでリアルタイムのデータ処理と資産追跡を可能にします。
  プラズマ実装例

• OMGネットワーク(旧OmiseGo):高速で低コストのトークン転送と分散型交換機能の実現に焦点を当てたプラズマベースのイーサリアムスケーリングソリューション。

• マティックネットワーク(現在のポリゴン):スケーラブルで効率的なdAppを作成するためのプラットフォームを提供するイーサリアムのプラズマベースのサイドチェーン。 その後、Polygonは、ZKロールアップやオプティミスティックロールアップなどの他のレイヤー2手法もサポートするマルチチェーンスケーリングソリューションに進化しました。