Coinbase：Layer1、Layer2およびサイドチェーンソリューションを一文で理解する

原文タイトル：《Scaling Ethereum \& crypto for a billion users》

著者：Justin Mart \& Connor Dempsey

編纂：去中心化金融コミュニティ

2021年末までに、イーサリアムは去中心化金融、NFT、ゲームなどの分野からの数千のアプリケーションをサポートするまでに成長しました。ネットワーク全体で毎年数兆ドルの取引を処理しており、そのうち1700億ドル以上がこのプラットフォームにロックされています。

しかし、言うまでもなく、お金が多ければ多いほど、問題も増えます。イーサリアムの去中心化設計は、最終的に処理できる取引の数を1秒あたり15件に制限しています。イーサリアムの人気は1秒あたり15件の取引をはるかに超えているため、結果として長い待機時間が発生し、各取引の手数料は200ドルに達することもあります。最終的には、多くのユーザーにとってコストがかかり、イーサリアムが現在処理できるアプリケーションの種類が制限されます。

スマートコントラクトに基づくブロックチェーンが数十億のユーザーをサポートする金融およびWeb 3アプリケーションに成長したいのであれば、スケーラブルなソリューションが必要です。幸いなことに、「騎兵」がすでに到来し、多くのソリューションが最近立ち上がりました。

競争か、相補か？

目標は、公開アクセス可能なスマートコントラクトプラットフォームが処理できる取引の数を増やしつつ、十分な去中心化を維持することです。単一のエンティティによって管理される中央集権的なソリューションを通じてスマートコントラクトプラットフォームを拡張することは取るに足らないことです（Visaは1秒あたり45000件の取引を処理できます）が、そうなると私たちは元の地点に戻ります：少数の強力な中央集権的な参加者が所有する世界です。

この問題を解決する方法は2つあります：(1)イーサリアムと競合する全く新しいネットワークを構築し、より多くのアクティビティを処理できるようにするか、または(2)イーサリアムの過剰容量を処理できる相補的なネットワークを構築することです。

大まかに言えば、これらは以下のいくつかのカテゴリに分けることができます：

• 第1層ブロックチェーン（イーサリアムと競合）
• サイドチェーン（イーサリアムと相補）
• 第2層ネットワーク（イーサリアムの補完）

それぞれのアーキテクチャやアプローチは異なりますが、目標は同じです：ユーザーが実際にネットワークを使用できるようにすること（例えば、DeFiやNFTとの相互作用など）、高額な手数料や長時間の待機を必要とせずに。

第1層

イーサリアムは第1層ブロックチェーンと見なされます------ユーザーの資金を保護し、取引を実行するための独立したネットワークです。UniswapのようなDeFiアプリケーションを使用して100 USDCをDAIに交換したいですか？イーサリアムはそのすべてが行われる場所です。

競合する第1層は、イーサリアムが行うすべてを行うことができます。彼らの違いは、新しいシステム設計がより高いスループットを実現し、取引手数料を低下させることができる点ですが、通常は中央集権の増加を代償としています。

過去10ヶ月間に、新しい第1層ネットワークが次々と立ち上がり、この期間中にこれらのネットワークの総価値は0ドルから約750億ドルに急増しました。この分野は現在、Solana、Avalanche、Terra、バイナンススマートチェーン（Binance Smart Chain）がリードしており、それぞれが100億ドルを超える成長するエコシステムを持っています。

非イーサリアムの第1層のTVL

すべての第1層は、開発者とユーザーを引き付けるために競争しています。イーサリアムのツールやインフラストラクチャ（これらのツールやインフラストラクチャはアプリケーションの構築と使用を容易にします）がない状態でこれを達成するのは困難です。このギャップを埋めるために、多くの第1層はEVM互換性と呼ばれる戦略を採用しています。

EVMはイーサリアム仮想マシンを指し、取引を発生させるための計算を実行する脳のようなものです。彼らのネットワークをEVM互換にすることで、イーサリアムの開発者はコードをコピー＆ペーストすることで、既存のイーサリアムアプリケーションを新しい第1層に簡単にデプロイできます。ユーザーも既存のウォレットを通じてEVM互換の第1層に簡単にアクセスでき、移行が簡素化されます。

バイナンススマートチェーン（BSC）を例に挙げます。EVM互換のネットワークを立ち上げ、より高いスループットと安価な取引を実現するためにコンセンサス設計を調整することで、BSCは昨年の夏にDeFiアプリケーションの使用量が急増しました。これらのアプリケーションは、UniswapやCurveなどの人気のあるイーサリアムアプリケーションに類似しています。Avalanche、Fantom、Tron、Celoも同様のアプローチを取っています。

一方、TerraとSolanaは現在EVM互換性をサポートしていません。

EVM互換vs非EVM互換第1層のTVL

相互運用可能なチェーン

やや異なる第1層のストレージ領域には、CosmosやPolkadotのようなブロックチェーンエコシステムがあります。これらのプロジェクトは、新しい独立したブロックチェーンを構築するのではなく、開発者が相互に通信できる特定のアプリケーションのブロックチェーンを作成するための標準を構築しています。例えば、これによりゲームブロックチェーンからのトークンがソーシャルネットワークの独立したブロックチェーン上で構築されたアプリケーションで使用できるようになります。

現在、Cosmos標準を使用して構築されたチェーンの価値は1000億ドルを超えており、最終的には相互運用可能になります。一方、Polkadotも最近マイルストーンに達し、同様にそのブロックチェーンエコシステムを統一します。

簡単に言えば、イーサリアムの直接の競争相手は多様であり、今後さらに増えるでしょう。

サイドチェーン

サイドチェーンと新しい第1層の違いは、間違いなく曖昧な違いです。サイドチェーンはEVM互換の第1層に非常に似ていますが、異なる点は、イーサリアムの過剰容量を処理するために特化されていることであり、全体としてイーサリアムと競争するのではありません。これらのエコシステムはイーサリアムコミュニティと密接に結びついており、相補的な方法でイーサリアムアプリケーションをホストします。

Axie InfinityのRoninサイドチェーンは典型的な例です。Axie Infinityはイーサリアムに基づくNFTゲームです。イーサリアムの手数料がゲームを非常に高価にするため、Roninサイドチェーンを構築することで、ユーザーはNFTやトークンをイーサリアムから低コストの環境に移行できるようになりました。これにより、より多くのユーザーがこのゲームを楽しむことができ、人気を博しました。

この記事を書いている時点で、ユーザーはAxie Infinityをプレイするために75億ドル以上をイーサリアムからRoninに移行しています。

Polygon POS

Roninのようなサイドチェーンは特定のアプリケーションに特化していますが、他のものはより一般的なアプリケーションに適しています。現在、Polygon POSサイドチェーンは業界のリーダーであり、AaveやSushiswap、Uniswapのクローン版Quickswapなど、100以上のDeFiおよびゲームアプリケーションに展開されており、価値は約50億ドルです。

同様に、Polygon POSはEVM互換の第1層とほとんど違いがないように見えます。しかし、これはイーサリアムを拡張するためのフレームワークの一部として構築されており、競争するためではありません。Polygonチームは、将来的にイーサリアムが高価値の取引と価値の保存の主導的なブロックチェーンであり、日常の取引はPolygonの低コストのブロックチェーンに移行すると考えています。（Polygon POSは、チェックポイントと呼ばれるプロセスを通じてイーサリアムと特別な関係を維持しています）。

取引手数料が非常に低いため、Polygonの将来のビジョンは実現可能なようです。インセンティブプログラムの助けを借りて、ユーザーはPolygon POSに殺到し、その日平均取引量はイーサリアムを超えています（スパム取引がこの数字を誇張していますが）。

第2層（Rollup）

第1層とサイドチェーンには明確な課題があります：そのブロックチェーンのセキュリティを確保することです。そのためには、新しい一群のマイナーまたはステークプルーフの検証者に手数料を支払って取引を検証し、セキュリティを確保する必要がありますが、通常は基礎トークンのインフレーションの形で（例えばPolygonの$MATIC、Avalancheの$AVAX）。

しかし、これには顕著な欠点もあります：

• 基礎トークンを持つことは、エコシステムをより競争力のあるものにし、イーサリアムと相補的ではなくなります。
• 取引を検証し保護することは複雑で挑戦的なタスクであり、あなたのネットワークは無期限にこのタスクを担当します。

もし私たちがイーサリアムのセキュリティを借りてスケーラブルなエコシステムを作成できるなら、素晴らしいことではありませんか？第2層ネットワーク、特に「Rollup」が登場します。簡単に言えば、第2層はイーサリアムの上に位置する独立したエコシステムであり、そのセキュリティはイーサリアムに依存しています。

重要なのは、これにより第2層はネイティブトークンを持つ必要がないということです------したがって、彼らはイーサリアムに対してより相補的であり、本質的にはイーサリアムの一部です。イーサリアムのロードマップは、イーサリアム2.0が「Rollup中心」であることを示しており、このアイデアに対する敬意を表しています。

Rollupの仕組み

第2層は通常Rollupと呼ばれます。なぜなら、彼らは更新された取引データをイーサリアムに送信する前に「Rollup」または取引をまとめて新しい環境で実行するからです。イーサリアムネットワークに1000件のUniswap取引を単独で処理させるのではなく（高額！）、結果をイーサリアムに提出する前に第2層で計算をオフロードする方が安価です（安い！）。

しかし、結果がイーサリアムに返されるとき、イーサリアムはデータが正しいかどうかをどうやって知るのでしょうか？イーサリアムは誰かが不正確な情報を公開するのをどうやって防ぐのでしょうか？これらの重要な問題は、2つのタイプのRollupを区別します：Optimistic RollupとZK-Rollupです。

Optimistic Rollup

イーサリアムに結果を提出する際、Optimistic Rollupの「Optimistic」はそれが有効であると仮定します。言い換えれば、彼らはRollupオペレーターに彼らが望む任意のデータ（潜在的に不正確または欺瞞的なデータを含む）を公開させ、それが正しいと仮定します------疑いもなく、これは楽観的な展望です！しかし、詐欺を打撃する方法はあります。バランスを取るために、すべての引き出しの後に時間ウィンドウがあり、誰でもこの間に詐欺行為を確認できます（ブロックチェーンは透明であり、誰でも何が起こっているかを見ることができます）。もし観察者の一人が数学的手法を通じて詐欺が発生したことを証明できれば（詐欺証明を提出することによって）、Rollupは詐欺取引を復元し、不正な参加者を罰し、観察者に報酬を与えます（賢いインセンティブシステム！）。

欠点は、ユーザーがRollupとイーサリアムの間で資金を移動する際に、観察者が詐欺行為を発見したかどうかを確認するための短い遅延があることです。場合によっては、これが1週間続くこともありますが、私たちはこれらの遅延が時間とともに減少すると予想しています。

重要なのは、Optimistic Rollupは本質的にイーサリアムと結びついており、イーサリアムの今日のスケールを助ける準備ができているということです。したがって、多くの主要なDeFiプロジェクトが主要なOptimistic Rollup------ArbitrumとOptimistic Ethereumに移行するにつれて、私たちは強力な初期成長を目の当たりにしています。

ArbitrumとOptimistic Ethereum

ArbitrumとOptimistic Ethereumは、現在Optimistic Rollupを実現している2つの主要なプロジェクトです。注目すべきは、両社ともまだ初期段階にあり、両社とも中央集権的な制御のレベルを維持していますが、時間の経過とともに去中心化を進める計画です。

成熟すれば、Optimistic Rollupはスケーラビリティを10〜100倍向上させることができると推定されています。初期段階でも、ArbitrumとOptimism上のDeFiアプリケーションは数十億のネットワーク価値を蓄積しています。

Optimisticは7つのDeFiアプリにおいて3億ドル以上のTVLを展開しており、最も有名なのはUniswap、Synthetix、1inchです。

Arbitrumはさらに進んで、60以上のアプリケーションにおいて、Curve、Sushiswap、Balancerなどのよく知られたDeFiプロトコルのTVLに約25億ドルを投資しています。

ArbitrumはRedditの拡張ソリューションとしても選ばれ、彼らが長い間期待していた努力がソーシャルメディアプラットフォームの5億人のアクティブユーザーにコミュニティポイントをマークすることを期待しています。

ZK-Rollup

Optimistic Rollupは取引が有効であると仮定し、他の人に詐欺を証明するスペースを提供しますが、ZK-Rollupは実際にイーサリアムネットワークに取引が有効であることを証明します。

取引をまとめた結果、彼らはイーサリアムのスマートコントラクトにいわゆる有効性証明を提出します。名前が示すように、有効性証明はイーサリアムネットワークが取引が有効であることを検証できるようにし、リレーターがシステムを欺くことを不可能にします。これにより、詐欺証明の必要がなくなり、イーサリアムとZK-Rollupの間で資金を移動することが即時の操作になります。

即時決済と引き出し時間がないことは素晴らしいことのように聞こえますが、ZK-Rollupにはトレードオフがないわけではありません。まず、有効性証明を生成するには大量の計算が必要であり、それらを機能させるためには高性能のマシンが必要です。次に、有効性証明に関する複雑さがEVM互換性のサポートを難しくし、ZK-Rollupにデプロイできるスマートコントラクトの種類を制限します。したがって、Optimistic Rollupが最初に市場に登場し、現在のイーサリアムのスケール問題を解決する能力が高いですが、長期的にはZK-Rollupがより良い技術的解決策になる可能性があります。

ZK-Rollupの採用

ZK-Rollupの状況は非常に深く、複数のチームが実装に取り組んでいます。一部の著名な企業にはStarkware、Matter Labs、Hermez、Aztecが含まれます。現在、ZK-Rollupは主に支払いまたは取引所のような比較的単純なアプリケーションをサポートしています。例えば、デリバティブ取引所dYdXはStarkware（StarkEx）のZKRollupソリューションを採用しており、毎週約500万件の取引と10億ドル以上のTVLをサポートしています。

しかし、真に称賛に値するのは、ZK-Rollupソリューションであり、完全にEVM互換であるため、Optimistic Rollupの引き出し遅延なしに人気のある汎用アプリケーション（DeFiアプリケーションの完全なスイートなど）をサポートできることです。この分野の主要な参加者は、MatterLabのzkSync 2.0、StarkwareのStarknet、Polygon HermezのzkEVM、Polygon Midenであり、現在すべてがメインネットのリリースに取り組んでいます。（同時に、Aztecはプライバシーにzk証明を適用することに焦点を当てています）。

多くの業界関係者（Vitalikを含む）は、ZK-Rollupをイーサリアム2.0と組み合わせて、イーサリアムを拡張するための長期的な解決策として考えています。これは、彼らがセキュリティや去中心化に影響を与えることなく、根本的に毎秒数十万件の取引を処理できるためです。完全にEVM互換のZK-Rollupは、イーサリアムの発展の過程で注目すべき重要な問題の1つとなるでしょう。

壊れた世界

長期的には、スマートコントラクトプラットフォームが数十億のユーザーに拡張したいのであれば、これらのスケーラブルなソリューションは必要です。しかし、短期的には、これらのソリューションはユーザーと暗号運営者に重大な課題をもたらす可能性があります。イーサリアムからこれらのネットワークにナビゲートするにはクロスチェーンブリッジを使用する必要があり、これはユーザーにとって複雑で、潜在的なリスクを伴います。例えば、一部のクロスチェーンブリッジは攻撃の標的となっています。

さらに重要なのは、マルチチェーンの世界が可組み性と流動性を破壊することです。Sushiswapが現在Ethereum、Binance Smart Chain、Avalanche、Polygon、Arbitrumで実現していることを考えてみてください。Sushiswapの流動性はかつて1つのネットワーク（イーサリアム）に集中していましたが、今では5つの異なるネットワークに分散しています。

イーサリアムアプリは常に可組み性の恩恵を受けてきました------例えば、イーサリアム上のSushiswapはAaveやCompoundなどの他のイーサリアムアプリと即座に接続できます。アプリケーションが新しいネットワークに拡張するにつれて、第1層/サイドチェーン/第2層で実現されたアプリケーションは、別の層で実現されたアプリケーションと組み合わせることができなくなり、可用性が制限され、ユーザーと開発者に課題をもたらします。

不確実な未来

AvalancheやSolanaのような新しい第1層は成長を続け、イーサリアムと競争するのでしょうか？CosmosやPolkadotのようなブロックチェーンエコシステムは急増するのでしょうか？サイドチェーンはイーサリアムと調和して運営を続け、その過剰容量を引き受けるのでしょうか？それとも、イーサリアム2.0と組み合わせたRollupが勝つのでしょうか？誰も確実に言うことはできません。

未来は不確実ですが、オープンで許可のないネットワークが直面する最も挑戦的な問題を解決するために多くの賢いチームが取り組んでいることを考えると、私たちは安心すべきです。ブロードバンドが最終的にインターネットが多くの革命的なアプリケーションをサポートするのを助けたように、私たちは最終的にこれらの成功したスケールソリューションを同じ目で見ることになると信じています。