Pantera パートナー：Arbitrum と L2 拡張レースの他のシード選手の優劣を比較する

この記事はChainNewsに掲載され、著者はPaul Veradittakit、ブロックチェーン投資機関Pantera Capitalのパートナー、翻訳者はPerry Wangです。

2019年初頭、PanteraはOffchain Labsのシードラウンド資金調達を主導し、Offchain LabsはArbitrumプロトコルを構築しました。これは、Optimistic Rollups技術を使用したEthereum DAppのスケーリングソリューションです。最近、（NBAダラス・マーベリックスのオーナー）マーク・キューバンが追加投資を行ったようです！

先週の金曜日、開発者専用のArbitrumメインネットが立ち上がり、Uniswapコミュニティの支持を受けて「Uniswap v3をArbitrum上にデプロイ」することになりました。以下の本文では、Arbitrumの動作原理やEthereum上の他の第2層（L2）ソリューションとの比較について詳しく説明します。

• Ethereumの設計理念は、安全性と信頼を効率性の上に置くものであり、Ethereumの大規模普及と取引量の急増により、ネットワークの効率が非常に低下しています。そのため、Ethereum DApp上の暗号ユーザーはひどいユーザー体験に直面し、通常は非常に高額な取引手数料を支払わなければならず、極めて遅い取引時間に直面しています。したがって、Ethereum上でL2ソリューションを構築する需要が高まっており、L2ソリューションは取引データを効果的にパッケージ化し、定期的にEthereumネットワークに公開する方法を見つけ、Ethereumの元のネットワークの多くの効率の悪さを解決しています。
• Offchain Labsは最近、Optimistic Rollupsメカニズムを採用したL2スケーリング技術Arbitrumのメインネットテスト版であるArbitrum Oneをデプロイしました。
• Arbitrumは、Arbitrumネットワークに送信されたすべての取引を実行し、そのデータをEthereumのインボックススマートコントラクトに記録するRollupチェーンを中心に構築されています。
• Ethereum上でこれらの取引を反映させるために、検証者はインボックス内の複数の取引データを要約した「アサーション」（assertion）を作成し、それをEthereumメインネットに公開します。これらのアサーションは、設定された待機期間内に他の検証者から異議を唱えられない限り、有効であると楽観的に考えられます。不正確なアサーションや異議は、資金の没収という罰則を受けます。
• このメカニズムは、Ethereumネットワークが完全に検証しなければならない個々の取引の数を効果的に減少させ、Arbitrumが取引速度を大幅に向上させ、取引コストを削減できるようにします。
• Arbitrumは、開発者に非常に優しいように設計されており、Ethereum仮想マシン（EVM）と完全に互換性があり、Etherscan、Hardhat、Truffleなどのサードパーティツールをネイティブにサポートしています。これらの利点と、Arbitrumの大規模なスケーラビリティの改善により、このプロトコルは高スループットDApp開発者を引き付ける人気のシード候補となっています。
• L2プロトコルをサポートする2つの競合技術は、サイドチェーンとZK Rollupsです。
• (Polygonが採用している) サイドチェーンは、本質的に完全に独立したブロックチェーンであり、Ethereumにブロックヘッダーを公開することで定期的にEthereumと「状態を同期」します。これらのサイドチェーンはEthereumの取引量のごく一部しか受け取らないため、コスト効率と速度を大幅に向上させることができます。しかし、サイドチェーンは基盤となるブロックチェーンから完全に独立して動作するため、さまざまな攻撃に対して脆弱であり、開発者がサイドチェーン上で構築する意欲に影響を与えます。
• (StarkWareが採用している) ZK Rollupsは、Optimistic Rollup技術に似ています：それらはオフチェーン（Rollupチェーン上）で取引を実行し、すべての取引データを記録し、定期的に複数の取引を集約したアサーションをEthereumメインネットに公開します。しかし、Optimistic Rollupsとは異なり、常にアサーションが有効であると楽観的に仮定するわけではありません。検証者は、ZK-STARKという付随する有効性証明を公開する必要があります。不幸なことに、ZK-STARK技術はまだ成熟しておらず、うまく要約できず、通常はその計算が非常に遅くなります。この技術の優れたセキュリティ保証は、Ethereumスケーリングソリューションの将来の候補としての地位を確立していますが、現状では使用が難しく、扱いにくいです。
• Optimistic Rollupsは、ある程度サイドチェーンとZK Rollupの中間に位置し、適切に設計されたインフラストラクチャを通じて、ZK-STARKと同様の多くのセキュリティ保証を保持しています。
• Arbitrum開発者メインネットテスト版が立ち上がってから1週間以内に、250以上のプロジェクトが次々と登場し、Ethereumスケーリングインフラストラクチャに対する狂った需要を明確に示しています。このテスト版期間中、必要に応じて、Arbitrumチームはネットワークを一時停止またはアップグレードする能力を保持し、最後の瞬間に発生する可能性のあるエラーや効率の悪さを排除します。すべてのプロジェクトがArbitrum上でアプリケーションを構築しテストできるようになった後、このプロトコルは最終ユーザーにオープンし、完全に分散化に移行する予定です。
• 最終的に、暗号通貨とDeFiが爆発的な成長を続ける中、ArbitrumはEthereum上で強力でユーザーフレンドリーかつ効率的なDAppを構築したい開発者にとって、最も有望なスケーリングソリューションの1つを提供します。

Arbitrumとは？

過去1週間で、Offchain LabsはそのEthereumスケーリングソリューションArbitrumプロトコルをEthereumメインネットにデプロイしました。L2プロトコルとして、ArbitrumはOptimistic Rollups技術を使用してスマートコントラクト実行データを効率的にコンパクトにEthereumにパッケージ化し、取引速度を大幅に向上させ、取引コストを削減します。

L2とは？

Ethereumは間違いなく、今日最も人気のあるDAppブロックチェーンの1つであり、Ethereum上のさまざまなDeFiプロトコルは約650億ドルの資産をロックしています。Ethereumに基づくDAppは、毎日100,000人以上のアクティブユーザーを持っています。Ethereumネットワークは、検証可能性と安全性を最適化することを主眼としており、受け取る取引の膨大な量（毎日約150万件）に直面して、その処理能力は限界に達し、取引速度が極めて遅く、Gas料金が非常に高額になっています。ここで背景知識を紹介しますが、Ethereumユーザーは現在、自分の取引が約4分で完了することを期待しています。平均Gas料金は1ドルです。Uniswapのような大規模な取引の場合、Gas料金は8〜9ドルに達することがあります。

過去1年のGwei単位でのEthereum Gas料金水準、出典：YCharts

DAppやDeFiプロトコルの高スループットをより良く処理するために、いくつかのプロジェクトがL2ソリューションを導入し、ブロックチェーンの「第一層」L1であるEthereumの上に構築されています。L2プロトコルは、高レベルで取引データを効果的にパッケージ化し、定期的にEthereumネットワークに公開する方法を見つけました。取引量が非常に多い場合、Ethereum上で直接各取引を検証することは、料金が高騰し、効率が非常に遅くなる可能性があります。一方、L2はネイティブEthereumよりもはるかに大きな性能改善を実現できるため、各取引の計算負荷を効果的に減少させます。

ArbitrumはEthereumの効率をどのように向上させるのか？

Arbitrum L2ソリューションの鍵はOptimistic Rollupです。Rollupでは、取引検証者がオフチェーンでこれらの取引を実行し、複数の取引をまとめて、取引データとスマートコントラクトの最終状態の簡潔なアカウント（「アサーション」と呼ばれる）をL1ブロックチェーンに公開します。

Arbitrumは特にOptimistic Rollupsを使用しており、Ethereumに公開されるアサーションは他の検証者から異議を唱えられない限り、楽観的に「真実」と「正しい」と仮定されます。検証者はアサーションを公開するだけで、付随する有効性証明をEthereumネットワークに公開する必要はありません。誠実な検証を促進するために、検証者は特定の期間内にEthereumに保証金を投入する必要があります。このウィンドウ期間中に、別の検証者が元の検証者のアサーションに異議を唱えると、彼らはEthereum上でそのアサーションを正式に「挑戦」し、自分の保証金を投入することができます。元の検証者のアサーションが不正確であれば、元の検証者は保証金を失います。挑戦者が不正確であれば、挑戦者は自分の保証金を失います。アサーションが成功した挑戦を受けずに指定された時間ウィンドウを通過すると、それは「受け入れられた」と見なされ、Ethereumブロックチェーンの最終状態と統合されます。

Arbitrum上のアサーションの検証と挑戦、出典：Arbitrum Whitepaper

複数の取引をEthereumとの単一のインタラクション（単一のアサーションを公開）に集約することで、ArbitrumはEthereumが処理しなければならない個々の取引の総数を大幅に減少させます。これらの取引は技術的には依然としてEthereumに「公開」されます（アサーションを通じて）が、ネットワークはもはや各取引を独立して検証する必要がなく（各ノードで各取引の各ステップを完全に実行する必要がありません）、また、アサーションはコンパクトに設計されているため、通常はEthereumブロックチェーン上で占めるスペースが少なく、より早くEthereumブロックにパッケージ化されるのに役立ちます。要するに、これらの効率の向上は取引速度とコストの大幅な改善をもたらし、DAppが大量のユーザーや取引により容易に対応できるようにします。

アーキテクチャの観点から見ると、Arbitrum上の取引はArbitrum Rollupチェーンに送信され、これはEthereumチェーン外での取引実行を処理するためのサイドチェーンと見なすことができます。これらの取引からのデータは記録され、その後Ethereumのオープンなインボックススマートコントラクトに公開されます。検証者（誰でも可能で、Arbitrumは完全に許可不要です）は、インボックス内の取引データをアサーションに集約し、それをEthereumに公開します。外部ユーザーは、インボックスに公開された取引を実行することで、Arbitrum Rollupチェーンの現在の状態を復元できます。

Arbitrumは、開発の難易度を高度に最適化しており、完全なEVM互換性、Etherscanとの統合、HardhatやTruffleなどの人気ツールへのネイティブサポートを提供しています。これらの特徴に加え、Arbitrumの大規模なスケーラビリティの改善により、このプロトコルは高スループットDApp開発者を引き付ける人気のシード候補となっています。

ArbitrumはL2競争の他のプロトコルと比較してどのような利点と欠点があるのか？

Ethereumの広範な人気を考慮して、一部のプロジェクトはブロックチェーンのスケーラビリティを強化するためにL2ソリューションを導入しています。Optimistic Rollup技術に加えて、L2ソリューションの他の2つの人気技術はzk-Rollupsとサイドチェーンです。

Polygon（以前はMatic Networkとして知られていた）が使用するサイドチェーンは、本質的に完全に独立したブロックチェーンであり、取引を実行し、時折L1ブロックチェーンと相互作用します。サイドチェーンはL1ネットワーク全体の取引量のごく一部しか処理しないため、高スループット「ブロック」される可能性が大幅に低下し、より低い取引手数料とより速い取引速度を提供できます。サイドチェーンとL1ブロックチェーンの整合性を確保するために、サイドチェーンは定期的にそのブロックヘッダーをL1チェーンに公開し、両方のチェーンの「状態」を一致させます。サイドチェーンはEthereumの外で取引を実行することで効率を向上させ、Ethereumの全体的な計算負荷を軽減します。このようにすることの不幸な結果は、サイドチェーンがL1ブロックチェーンと同じセキュリティ保証を提供できないことが多いということです。根本的に、L1チェーンが各取引/ブロックを自動的に検証しないことを要求するからです。無効な状態遷移攻撃が可能になり、サイドチェーンの大多数の検証者が共謀して、取引参加者から資金を盗むために人工的にブロックを生成し、伴うブロックヘッダーをEthereumに公開して盗難を完了する可能性があります。Optimistic Rollupsは、すべての取引データをEthereumのインボックスに記録することで、このような攻撃を防ぎます。誰でもインボックスで取引を実行してRollupチェーンの状態を確認し、検証者のアサーションを検証または挑戦できます。サイドチェーンとOptimistic Rollupsの主な違いは、サイドチェーンがブロックチェーンの履歴スナップショットをEthereumに公開するのに対し、Optimistic Rollupsはブロックチェーンの全履歴をEthereumに記録することです。

StarkExが採用するZK-Rollups技術は、アーキテクチャ的にはOptimistic Rollupsに似ています。両者は独立したRollupチェーンで取引を実行し、その後定期的にアサーションを使用してすべてのデータをEthereumに記録し、Rollup取引を検証します。両者の重要な違いは、zk-Rollupsでは、検証者がEthereumに有効性証明と彼らのアサーションを公開する必要があることです。Optimistic Rollupsとは異なり、zk-Rollupsプロトコルはこれらのアサーションが有効であると楽観的に仮定しません。その接頭辞ZKは、付随する証明がZK-STARK、または簡潔な全透明ゼロ知識証明であるという事実に由来します。ZK-STARKの具体的な技術的詳細はこの記事の範囲外ですが、簡単に言うと、ZK-STARKはユーザーが特定の事実を「知っている」ことを証明することを可能にする暗号的原理であり、その証明自体にはその事実に関するいかなる開示情報も含まれません。ZK-STARKのスケーリングにおける主な利点は、それらが非常にコンパクトであり、検証者がアサーションと関連する証明をEthereumに公開する効率を大幅に向上させることです。これらの証明は、Rollupチェーンの状態が常にEthereumと同期していることを保証します。すべてのアサーションが証明可能に有効でなければならないため、Optimistic Rollupsとは異なり、Ethereumに無効なアサーションが保存される可能性のある「挑戦期間」は存在しません。

コンパクトな構造と強力なセキュリティ保証を持ちながら、ZK-STARKを効果的に構築し計算するための技術と抽象はまだかなり未発達であり、この技術は使用が難しく、通常は高度にユースケース特有です。ZK Rollupsの既存の実装のほとんどは、トークン転送や原子交換などの特定のタイプの取引しか処理できません。また、構築速度が非常に遅くなることがあります。約1000件の取引を持つ1つのブロックの例では、非専門的なハードウェアで検証アーキテクチャを構築するのに約20分かかることがあります。ZK-STARKSに特化したより専門的なハードウェア（例えばGPU検証者）と暗号的抽象が登場するにつれて、ZK Rollupsは最も成功したL2スケーリングメカニズムの1つになる可能性があります。それまでは、この技術は効率の改善と可用性の面で依然として非常に限界があり、短期的にはOptimistic Rollupsがより有望なソリューションとなります。

Arbitrumの今後の取り組みは？

先週発表されたArbitrumメインネットは、「Arbitrum One」と特別に命名され、Arbitrum技術によって支えられたフラッグシップブロックチェーンとして明確に位置付けられています。Arbitrumエコシステムが進化し続ける中で、他のRollupチェーン（Arbitrum技術を使用しているが、変更される可能性がある）も出現する可能性があり、さまざまなユースケースに特化したものになるでしょう。

Arbitrum Oneは現在メインネットテスト段階にあり、必要に応じてArbitrumチームはブロックチェーンを一時停止およびアップグレードする能力を持っています。この期間中、開発者はArbitrumの安全性と効率を体験し、このブロックチェーンが大量のスループットを受け入れる前に、最後の瞬間に発生する可能性のあるバグやエラーを特定することができます。現在、Arbitrum Oneはすべてのアクセスリクエストを受け入れており（250以上のプロジェクトがすでに参加）、すべてのプロジェクトがArbitrum上でDAppを構築しテストできるようになった後、最終ユーザーにアクセスが開放される予定です。チームの目標は、今年の夏の終わりまでに完全に分散化に移行することです。

一言感想

最近、暗号分野への関心が急増していることは両刃の剣です------新しいユーザーと流動性の源をもたらす一方で、Ethereumには深刻なネットワークの混雑、長い取引時間、巨額のGas料金が発生しています。Ethereumが現在および将来にわたって普及し続ける中で、持続可能なインフラストラクチャを構築し、効率的かつ安全により大きなスループットを持つDAppを支えることが、これまで以上に重要になっています。

Arbitrumは、Optimistic RollupsをL2スケーリングメカニズムとして使用する強力な現実のサンプルを提供し、Ethereum取引のコストと時間効率を大幅に向上させ、いくつかの重要なセキュリティ保証を保持しています。多数のプロジェクト（250以上、さらに増加中）がすでにArbitrum開発者メインネットで構築されており、このスケーラブルなインフラストラクチャに対する需要と、現在のL2競争の選手に対する失望を証明しています。Ethereumエコシステムが引き続き繁栄する中で、Arbitrum L2ソリューションは新しい世代の高度にスケーラブルで効率的なDAppを生み出し、世界中の暗号ユーザーに顕著な改善（より安価で迅速な）体験を提供します。