Cartesi：アプリケーション特化型ロールアップ

原文标题：《Application-Specific Rollups》

作者：Cartesi Foundation

编译：ChainCatcher

長話短説

ブロックチェーン技術は革命の瀬戸際にあります。今、ますます多くのプロジェクトがモジュール化と専門化の必要性を理解しています。人気のある第一層は、以前よりも多くのデータをサポートすることを目指して、データの可用性に重点を移しています。

同時に、rollups（楽観的、ZK、または主権的）を通じて計算能力を拡張する実行環境と計算層は、増加するデータ能力に対応し、真のアプリケーションを開発するための十分に強力なインフラを提供する責任があります。

計算のスケーラビリティにおいて最も顕著な利益をもたらす設定は、アプリケーション特化型の楽観的ロールアップとインタラクティブな紛争解決です。同時に、計算のスケーラビリティの向上は、プログラマビリティの向上とツールの顕著な改善を可能にします。

Cartesiはこの道を選び、開発者により安価な計算を提供し、現実世界のオペレーティングシステムのランタイムで既存のオープンソースライブラリやコンポーネントを使用して強力なスマートコントラクトを構築する可能性を持っています。

ロールアップシステムの状態

ソフトウェアエンジニアリングの観点から彼らのコードベースを分析すると、ブロックチェーンDAppが直面するさまざまな技術的困難が際立ちます。Uniswapのようなプロジェクトは、ユーザーに対する通貨価値、ガス消費の最小化、安全性といういくつかの競合する目標をバランスさせるように設計されています。これらの基準を満たさないアプリケーションは、その採用に影響を与え、ユーザーを危険にさらし、激しいブロックスペースの入札戦争に敗北することになります。この状況はアプリケーションにとって好ましくなく、革新を妨げます。

さらに、従来のWeb 2.0バックエンドサービスと比較して、スマートコントラクトを書く体験は大きく制約されています。従来のウェブサーバーとブロックチェーンスマートコントラクトの能力の間にかなりのギャップがあると言うのは、控えめな表現です。

イーサリアムとEVMロールアップは分散型コンピュータであり、上記の側面に対処することを強いられます。彼らは非常に遅い「特殊なコンピュータ」であり、開発者はニッチなプログラミング言語を使用してコーディングする必要があります。

この奇妙な設定の中で、開発者はこれらの制限を克服することにエネルギーを費やし、解決策のコアを最適化することができません。その結果、通常は単純で限られた機能の周りに不必要で過度に複雑なコードが書かれます。

スケーラビリティの問題：特定アプリケーションのロールアップを保護する

すべての人がすべてを検証するネットワークは、大規模な採用には持続不可能です。グローバルコンセンサスにおいて、需要の増加は避けられず、アプリケーション間でブロックスペースを巡る自己破壊的な競争を引き起こします。この状況は高額な費用に退化し、プロジェクトやユーザーにとってますます大きな参入障壁を形成します。この闘争を解決するために、イーサリアムはロールアップ中心のロードマップに移行しました。

新しい計画は、スケーラビリティの問題にはデータスケーラビリティと計算スケーラビリティの2つの主要な側面があることを認識しています。この2つの違いは、現在同じガスコストの概念に絡み合っているため、しばしば無視されます。しかし、これらを区別することによって、イーサリアムは現在のロードマップを構想しました。

合併後、EIP-4844とシャーディングの進展により、ブロックチェーンにデータを追加するコストが数桁減少します。同時に、計算の拡張はロールアッププロジェクトに委託され（そのためロールアップ中心と呼ばれます）、イーサリアムプロトコルとロールアップソリューションの関係には、十分な注目を受けていない問題が隠れています。EVM互換のロールアップは、イーサリアムが実現するデータ可用性に匹敵する計算スケーラビリティを得るための最良の設計ではありません。

EVMベースのロールアップは、計算シャーディングとして描かれることがあります。ますます多くのアプリケーションが同じ仮想マシンを共有して展開されるにつれて、設計の欠陥が現れます。VMのCPU容量を分け合うゼロサムゲームは、高級化を引き起こします。各シャードにはわずかなアプリケーションしか存在できず、他のアプリケーションは排除されます。これらのネットワークは混雑し、高額になるのは時間の問題です。

幸いなことに、ロールアップを異なる方法で理解し、使用することができます。共有仮想マシンを放棄し、アプリケーションが独自のCPUを持ち、それに伴う超高性能を享受します。資産の決済、アプリケーション間の相互運用性、紛争解決は、汎用基盤層に委託できます。この設計は、アプリケーション特化型のロールアップと呼ばれます。

アプリケーション特化型ロールアップの専用コンセンサスは基盤層にリンクされ、その検証者ノード（許可されているかどうか）がその決済層の安全保証を保持できるようにします。言い換えれば、基盤層を持つことで、1-of-Nの安全モデルが可能になり、このモデルでは、誠実な検証者が基盤層の助けを借りて、協力から独立して正しい結果を強制することができます。同時に、アプリケーション特化型のコンセンサスは、アプリケーションがハードウェアの（非共有）全機能を享受できるようにします。これにより、ネットワークの高級化の問題を回避できるだけでなく、計算スケーラビリティの面でも顕著な利益を提供します。

共有コンセンサスから特定アプリケーションコンセンサスへの移行は、無関係ではありません。この設計選択は、アプリケーション間の相互運用性に大きな摩擦をもたらすことを意味しますが、私たちはこれがほとんどのアプリケーションにとって関連する問題ではないと考えています。彼らの通信が検証されるのを待つ必要があるか、ソフトな最終化技術（つまり流動性提供者）に依存することは、特定アプリケーションチェーンが提供する計算能力と予測可能性の大幅な改善と引き換えに、大きな妥協ではありません。

特に、インタラクティブな詐欺防止の楽観的ロールアップオプションは、分散型アプリケーションに対して主流に匹敵する計算リソースを提供します（例えば、数十億の命令ステップと大きなメモリアドレス空間を含む）、特別なハードウェアなしでコンセンサスを達成します。これは、インタラクティブな詐欺証明が計算リソースが限られた仲裁者が計算無限の証明者間の紛争を仲裁できることを可能にするため、唯一の可能性です。特に、私たちの仲裁者はリソースが限られた決済層であり、私たちの証明者は相対的に無限の計算リソースを持つロールアップ検証者です。これがどのように実現されるかをよりよく理解するには、Cartesi Core技術論文の第5.2節を参照してください。

最大のスケーラビリティとカスタマイズ性を求める中で、アプリケーションとプロトコルの開発者は、異なる形式のアプリケーション特化型チェーンに注目しています。いくつかの例を挙げると、Axie InfinityのRoninサイドチェーン、dYdXの主権チェーン、Starkwareのフラクタルスケーリング設計、Celestiaのモジュラー実行層があります。

アプリケーション特化型ロールアップチェーンは、このニーズを満たすことができ、その利点は主権（第一層）特化型アプリケーションチェーンの検証の危険な断片化を招かないことです。逆に、アプリケーション特化型ロールアップチェーンは、基盤層の強力な安全保証を引き継ぎ、危険であることが証明されたクロスチェーンブリッジに依存しません。

ロールアップアプリチェーンの技術的利点は、N人の誠実な当事者のうち1人に対して安全であるという事実に起因しています。誠実な多数の必要性はありません。要するに、アプリケーション特化型ロールアップは、アプリケーション特化型サイドチェーンと同じくらい優れており、安全性を大きく損なうことはありません。

私たちがイーサリアム第一層からEVMロールアップに移行し、最終的に専用アプリケーションチェーンに移行するにつれて、ブロックチェーンの計算能力が向上します。

この図は、組み合わせの拡張ソリューションの主要な領域を示し、計算とデータ容量のパフォーマンスを表しています。私たちがイーサリアム第一層からEVMロールアップに移行し、最終的に専用アプリケーションチェーンに移行するにつれて、計算能力が向上し、データはEIP-4844とシャーディングの増加に伴って改善されます。青い円錐体は、どのアプリケーションが2つの次元のスケーリングに伴って徐々に可能になるかを示しています。私たちは青い領域をweb3のイノベーションの円錐と呼んでいます。

円錐の外側の灰色の領域は、計算能力が不足しているため、データ可用性の利益を十分に享受できない場所です。逆もまた然りです。白い小さな四角は、これらのマイルストーンに到達したときに可能になるアプリケーションの例です------未表示のものは、環境がより堅牢になると、どのような素晴らしい新しいアプリケーションが出現するか分からないことを思い出させます。

イノベーションの円錐は正確を意味するものではありません。その方向と開口角度は文字通りに解釈されるべきではありません。さらに、各地域で可能になるアプリケーションは、異なる地域に落ちることが容易です。この図は、分散型アプリケーションの成長するイノベーションの展望を直感的に示すことを目的としています。

プログラマビリティの問題：より良い抽象化のための弁護

上記の計算制限に加えて、DAppの開発者はもう一つの大きな負担に直面しています：成熟した環境の欠如、すなわちソフトウェアツールやライブラリの不足です。

この問題をよりよく説明するために、最近私たちが遭遇した最も印象的な分散型ゲームの一つTopologyを挙げてみましょう。この野心的なプロジェクトは、戦略的インフラの構築と惑星力学を組み合わせています！クレイジーなことです。しかし、彼らのソースコードを見れば、彼らが克服しなければならない獣が見えてきます。例えば、彼らは惑星力学をシミュレートするための古典的なアルゴリズムをゼロから開発しなければなりませんでした。Topologyチームが示した驚くべき才能の背後には、心配な問題があります：優れた開発者だけが、このような未成熟な環境で彼らのアイデアを実現できるのです。

上記の例は決して唯一のものではありません。多くのライブラリ（例：1、2、3、4、5、6）は、スマートコントラクトやDAppを開発するためにSolidityで書かれています。しかし、この言語の現在の状態はまだ未成熟であり、いくつかの基本的なタスクは人々がフォーラムに助けを求める必要があります。

これは従来のソフトウェア業界の現実ではありません。例えば、ゲーム「Angry Birds」はTopologyと同じライブラリを必要とします（結局、惑星と鳥は同じ物理法則に従います）。しかし、「Angry Birds」の背後にいる開発者は、必要なすべてのコードをゼロから書くことを強いられていません。基本的に、想像できるすべての言語には既存のライブラリがあります！

従来の開発者がこれらすべてのライブラリにアクセスできるようにする一つのことは、プログラマビリティの問題を解決するためのゴールドスタンダードです：成熟したオペレーティングシステムです。Web2から従来のゲーム、さらには衛星の打ち上げに至るまで、すべての分野の開発者は、オペレーティングシステムが必要なサポートを提供することに依存しています。彼らがアイデアを実現するために必要な言語とライブラリは、彼らが本当に構築したいものに集中できるようにします。

これが、私たちがRISC-Vアーキテクチャを選んでロールアップソリューションを構築する理由です。これにより、Linuxや他のオペレーティングシステムをロールアップに移植することが可能になります。こうして、開発者はお気に入りの言語やライブラリを使って彼らのアイデアを実現でき、以前の記事（1、2、3）で述べたようなブロックチェーンの信頼できる安全保証を放棄することなく実現できます。

これまでのところ、Linuxが焦点となっていますが、RISC-Vにコンパイルできる任意のオペレーティングシステム、例えば非常に安全なマイクロカーネルも実行できます。

Cartesi Rollup

私たちはまず、モジュール化されたロールアップ実行層の重要性について議論しました。これにより、計算が本当に拡張され、DAppが計算リソースのゼロサムゲームに相互に関与するのを防ぎます。次に、開発者が主流の開発者のようにオペレーティングシステムの抽象能力に依存することがどれほど重要であるかを詳述しました。

これら2つのニーズを考慮して、私たちはCartesi Rollupsをモジュール化された実行層として設計・構築し、DAppsに以下の拡張の利点を提供します：

各DAppには独自の高性能ロールアップアプリチェーンと専用CPUがあります。他のDAppのリソースを侵食することはありません。ゼロサムゲーム環境の外で計算のスケーラビリティにおいて顕著な進歩を遂げます。基盤となるブロックチェーンの強力な安全保障を保持します。業界レベルのツールを提供する成熟したオペレーティングシステム。

Cartesi Rollupsアプリケーションは、第二層（つまりイーサリアムの上）、第三層（つまりArbitrumまたはZK-EVMチェーンの上）、または主権ロールアップ（つまりCelestiaの上）として機能できます。開発者は、最小限のコード変更でアプリケーションをあるプラットフォームから別のプラットフォームに移植できます。

Cartesi Rollupsアプリケーションは、第二層（つまりイーサリアムの上）、第三層（つまりArbitrumまたはZK-EVMチェーンの上）、または主権ロールアップ（つまりCelestiaの上）として機能できます。

最後の言葉

Cartesiは、開発者が構築している内容に集中できるようにし、彼らが構築している場所や直面する不便な制約に気を取られないようにします。

その結果、革新は人気のあるアプリケーションが未成熟なアプリケーションを食い尽くすことなく促進されます。分散型アプリケーションは、必要なすべての計算能力を持ちながら、コストの予測可能性を維持できます。開発者は実戦で検証されたプログラミングライブラリを活用し、真に興味深い分散型MMORPGを作成できます。そして、ゴブリンを倒すことはプレイヤーに3ドルもかかりません！

カスタマイズ性の観点から、Cartesi Rollupsアプリチェーンは、DAppが異なる操作に対して異なる価格を請求できるようにします。例えば、彼らは分散型取引所でマーケットメイカーのガス代を免除したり、海洋シミュレーターDAppで捕食的な漁業のコストを増加させたりできます。

Cartesiは、分散型技術における革命が間もなく起こるという非常に明確なビジョンを持っています。Cartesi Rollupsは、この新しい環境のニーズに対するレーザー焦点の答えとして開発中です。