Nansen研究 ：Arbitrum、ブロックチェーン拡張の未来？

撰文：Yasmine Karimi，Nansen

编译：深潮

紹介

暗号通貨の歴史において、イーサリアムネットワークのガス料金が天文学的な数字に急上昇したのは3回ありました：2017年のブルマーケット、2020年夏のDeFi、そして2021年夏のNFTです。

イーサリアムのガス料金の2015年から2021年の変動状況

ガス料金が再び急騰するたびに、イーサリアムブロックチェーンのスケーラビリティに関する議論が再び舞台の中央に戻り、多くの人々が次の競争力のあるブロックチェーンを投資先として探し始めます。実際、私たちはガス料金が単なる氷山の一角であることを直面しなければなりません。ガス料金がこれほど高い理由は、現在のイーサリアムがスケールアップできていないからであり、つまり取引の需要がイーサリアムブロックチェーンが実際に処理できる量を上回っているのです。

あなたは、スケーラビリティに関する議論が暗号通貨の企画者や開発者によって主導されているという印象を持っているかもしれません。彼らは、なぜイーサリアムがスケールの問題に直面しているのか、スケールとは何を意味するのか、そしてこのスケーラビリティ競争があなた自身や暗号通貨の分野にどのような利害関係をもたらすのかを理解するのが難しいです。以下は、現在の状況に対する解釈です。

初心者向けのスケーラビリティ問題に関する議論

ブロックチェーンは、取引を処理し、それをブロックに記録するモデルであり、ブロックチェーンの作成には信頼できる権威機関が必要なく、二重支出を回避できます。初期のブロックチェーン、例えばビットコインやイーサリアムは、彼らのコンセンサスモデルに基づいてこれらの取引の作業証明を処理し記録します。

作業証明モデルでは、取引を開始すると、それは未処理の取引プールに置かれ、ネットワークのすべてのノードに広がります。すべてのノードに広がりますが、取引を計算するのは1人のマイナーだけであり、他の取引と一緒にブロックに追加することでそれを検証し、マイニングのガス料金報酬を得ます。

まず、取引は検証の前後でネットワークに広がる必要があり、これにより取引の処理時間が長くなります。次に、デジタル計算に必要な計算能力は大量の電力を消費します。最後に、1つのブロックに含まれる取引量は限られており、これによりユーザー間で競争が生じ、ガス料金——マイナーが取引を処理するために受け入れる最低価格——が上昇し、その価格は時には取引の価値を超えることがあります。ブロックチェーン技術を利用して取引を処理し保存するdAppsがメインネット上に構築されるにつれて（現在約3000個）、これはますます問題となっています。

したがって、これらの問題を解決するために、イーサリアムはスケールアップする必要があります。これは、ネットワークが処理できる取引の数（TPS、毎秒取引量で測定）と取引速度を増加させることで実現できます。そのために、いくつかのスケーリングソリューションが開発中であり、主にイーサリアム2.0、レイヤー1スケーリングソリューション、サイドチェーン、レイヤー2スケーリングソリューションに焦点を当てています。イーサリアム2.0、Polkadot、Solanaなどのレイヤー1スケーリングソリューションは、イーサリアムの基盤となるコンセンサスとチェーンモデルを構造的に変更し、レイヤー2スケーリングソリューションはイーサリアムメインネットとそのプロトコルの上に構築されています。

賭けは高く、リスクも大きい。この競争で際立つ少数のブロックチェーンは、全体のDeFi空間とNFTを推進し、DAOや仮想世界を維持し、全体のクリエイター経済とメタバースを支えることになります。

私は、Arbitrum（Marc Cuban、Polychain Capital、Pantera Capitalが投資した会社）のようなレイヤー2スケーリングソリューションが、今後少なくとも5年間、イーサリアムのスケーラビリティをリードすると信じる理由を以下に詳述します。

イーサリアムのスケーラビリティソリューションの簡単な概要

上記のように、スケーリングとは取引のスループット（処理可能な取引の数）を増加させ、取引速度を向上させることを指します。以下は、現在この目標を達成することを目的とした既存のソリューションの簡単な紹介です：

2021年のスケーラビリティソリューション、@yasminekarimi_制作

スケーリングブロックチェーンエコシステムの2つの方法があります。

レイヤー1スケーリングソリューション

レイヤー1ソリューションは、基盤となるプロトコル、つまりメインネットブロックチェーン自体のコードを処理し、ブロックチェーンの取引能力を向上させます。これらはさらに以下のように分類できます：

プロトコルの改善

プロトコルの改善は、取引のスループットを拡大するために基盤となるプロトコルに対して行われる変更であり、具体的には、1つのブロックに配置できる取引の数を増加させること（短期的に持続可能）、ブロックの作成間の時間差を減少させること、または作業証明から権利証明への構造的な転換を通じて実現されます。「作業証明」モデルとは異なり、「権利証明」は、プロトコルに投入された仮想通貨の量に基づいて検証者を選択します。検証者はこの基準に基づいて選ばれるため、大量の計算能力は必要なく、ガス料金が天文学的な数字に達するマイナー間の競争も存在しません。取引の検証時間ははるかに短く、単一のノードは、PoSベースのブロックチェーンSolanaの30,000 TPSやPolkadotの1000 TPSのように多くの処理能力を投入する必要がありません。比較すると、イーサリアムは16 TPSしか処理できません。

シャーディング

シャーディングは、1つのブロックチェーンの計算タスクとデータスペースを複数のチェーンに分割します（イーサリアム2.0には63以上があります）。シャーディングブロックチェーンプロトコルは、初期ネットワークのノードをより小さなグループに分割し、各グループが保留中の取引のユニークなサブセットを承認し、グローバルステータスのサブセットを保存することを意味します。可検証なランダム関数によって実現された暗号的な順序付けメカニズムにより、ノードはシャードに割り当てられ、悪意のあるノードが多数を占める場合のシャードハイジャック攻撃を回避します。特定のノードに関連する取引は、そのノードによって検証されるため、競争が高い料金を引き起こすことはなく、取引もより迅速に行われ、これにより1秒間に処理できる取引の数が増加します。Vitalik Buterinによれば、シャーディングとPoSコンセンサスモデルは、イーサリアム2.0で100,000 TPSを実現できるはずです。

レイヤー2スケーリングソリューション

レイヤー1スケーリングソリューションはブロックチェーンのプロトコルを変更し、レイヤー2スケーリングソリューションは、オンチェーンで構築されたスマートコントラクトによってレイヤー1スケーリングソリューションを拡張します。レイヤー2スケーリングソリューションは、レイヤー1スケーリングソリューションに報告する前に取引の実行を外部委託することで、取引の処理に追加のスペースを作り出します。これを実現する方法は多くあります。

サイドチェーン

まず、資産を取引手数料と速度がより理想的なサイドチェーンに移動することができます（例えば、xDaiが使用する委任された権利証明コンセンサスメカニズムは、0.000021ドルで5秒のTPSを実現します）。資産のクロスチェーン移転は、第一のチェーンで資産をロックし、第二のブロックチェーンで取引を作成する双方向アンカー（2WP）プロトコルによって実現されます。その入力情報には、ロックが正しいことを証明する暗号証明が含まれます。この点での完璧な例はPolygonです。

プラズマ

次に、プラズマ（Joseph PoonとVitalik Buterinのホワイトペーパーを参照）は、ブロックチェーンシステム内のブロックチェーン構造です。資産はプラズマチェーンを管理するスマートコントラクトに送信され、そのコントラクトが取引を実行します。詐欺の証拠がない限り、ブロックヘッダーのハッシュ値のみがルートチェーンに提出され、詐欺が発生した場合、ブロックはロールバックされ、ブロック作成者は罰せられます。この「のみの場合」のスキームは、ルートブロックチェーンの状態更新を最小限に抑えることで取引を迅速にし、巨大なスケーラビリティをもたらします。

ステートチャネル

ステートチャネルは、参加者がオフチェーンでx回の取引を行うことを許可し、イーサリアムネットワークには2回のオンチェーン取引のみを提出するオープンソースプロトコルとスマートコントラクトを指します。ユーザーは最初にチャネルを開くときに、イーサリアム取引を作成し、支払う必要があります。そして、チャネルを閉じる準備ができたとき、ユーザーは再度、イーサリアムブロックチェーン上の取引を処理するための手数料を支払う必要があります。これにより、処理および保存する必要のある取引の数が減少し、ガス料金はチャネルを開くためと閉じるために必要な費用にまで減少します。イーサリアム上でステートチャネルを利用している主要なプロジェクトには、State Channels、Celer、Perun、Raidenがあります。

ロールアップ

ロールアップは、単一の「バッチ」で取引を集約し、圧縮ツール（例えば、値の長さを減少させる科学的記号、バイト単位）を使用し、それらをオフチェーンで検証し、状態データをレイヤー1スケーリングソリューションに保存することでメインネットを拡張します。圧縮とバッチ処理は、より高いスループットをもたらし、各取引の速度を向上させ、コストを最小限に抑えます。

次に、検証方法によってロールアップには2つの異なるタイプがあります。私たちが検証する方法は、取引がバッチ処理された後、後の状態のルート（すなわち、アカウント残高、契約コードなど、「ロールアップ内」にあるもの）が正しいかどうかを確認することです。zkロールアップでは、各バッチ取引が有効性証明を生成し、これをZK-SNARKと呼びます。一方、Arbitrumのような楽観的ロールアップでは、ノードが取引が詐欺的であると疑う場合にのみ証明計算が行われ、取引速度とスループットがさらに向上します。

ユーザーとして、私はどのようにArbitrumロールアップとインタラクトすればよいですか？

ユーザーとして、あなたが最も可能性が高いシナリオは、dAppを使用しているときです。これらのdAppは、通常イーサリアム上で使用され、取引が必要です（例えば、UniswapやAave）。具体的には、Arbitrumとインタラクトする際には、まずArbitrum OneネットワークをMetaMaskウォレットに追加し、接続してから資産をブリッジします。

なぜArbitrumが近い将来にイーサリアムの拡張をリードするのか？

Arbitrumは、ブロックチェーンの三難問題：スケーラビリティ、分散化、安全性を解決しました。

単にスケールアップするだけでは不十分です。取引スループットを増加させると同時に、ブロックチェーンはブロックチェーン技術の2つの基本的な属性：分散化と安全性を保持しなければなりません。これがいわゆるブロックチェーンの三難問題です。現在のところ、これら3つの要素を満たす唯一のイーサリアム拡張ソリューションは、Arbitrumのようなロールアップです。Arbitrumで処理された取引の総数は356万件に達し、2021年9月12日には日取引数が最高の26.8万件に達しました。

一定期間におけるArbitrumの毎日の取引総額

処理能力の面で、Arbitrumは40,000 TPSを実現できるはずであり、イーサリアムの基盤拡張を使用する場合と比較して、平均コストの5倍の優位性があります（現在のイーサリアムは2ドルに対して10.38ドル、リアルタイムのレイヤー2拡張費用を参照）。さらに、Arbitrumは実際に手数料を90%-95%さらに削減する努力をしており、これにより数十セントでNFTを鋳造したり、ethを移転したりできることを意味します。Arbitrumで毎日支払われるガス料金の総額もイーサリアムを下回っています。そして9月12日の顕著な急騰は、ArbiNYANという名のレイヤー2拡張流動性マイニングプラットフォームの導入によるものでした。

ArbitrumとEthereumで支払われた毎日の総ガス料金

Arbitrumは、この高いスループットを実現しながら、レイヤー1拡張コンセンサスから安全性を得ています。比較すると、初期のレイヤー1拡張ソリューション、例えばEthereumやBitcoinは、分散化と安全性を優先しましたが、スケーラビリティを犠牲にしました。これは今日の高いガス料金からも明らかです。同様に、SolanaやEOSのような他の競争力のあるレイヤー1拡張ソリューションは、それぞれ200と21のノードしかネットワークを制御していないため、分散化を犠牲にしています。逆に、中央集権化は安全性にも影響を与え、51%攻撃の機会を増加させます。同様に、サイドチェーンは、独自のコンセンサスとブロック検証モデルに依存しているため、メインネットに攻撃の媒介をもたらす可能性があります。プロトコルの改善も安全性が限られている例であり、「より大きなブロック」を持つブロックチェーンは本質的に検証が難しく、より中央集権化される可能性があり、結果として安全性が低下します。ただし、すべてのロールアップが初期段階で分散化されているわけではなく、ほとんど、あるいはすべてが段階的な分散化を目指しています。

Arbitrumはこれまでで最もEVM互換性のあるレイヤー2拡張ソリューションです

Arbitrumは、これまでで最もEVM互換性のあるレイヤー2拡張ソリューションです。これにより、開発者は既存のイーサリアムアプリケーションをロールアップに移行するのがほぼ容易になります。なぜなら、コードを再記述する必要がないからです。Arbitrumは現在、無数のdAppをサポートでき、最大のイーサリアムレイヤー2ネットワークであり、DeFiプロトコルにロックされている総価値は23億ドルを超えています。比較すると、ZKロールアップや支払いチャネルは、単純な支払い、交換、その他の特定のアプリケーションの使用しかサポートしていません。現在、合計2361の検証済み契約があり、9月以降、平均して毎日12の契約が追加されています。

Arbitrum上の毎日の検証アドレス数

より多くのdAppがArbitrumロールアップに統合されるにつれて、Arbitrumは開発者にとって非常に魅力的であり、そのためユーザーにとっても魅力的です。Arbitrumを使用する特定のアドレスの増加は、この主張を証明しています。

一定期間におけるArbitrum上の独立アドレスの総数

これらのアドレスの中で、賢いお金のアドレスはArbitrumに特別な関心を寄せているようです。以下のように、イーサリアムのETH百万長者の50%がArbitrumも使用しています。Nansenラベルにまだ不慣れな方のために説明すると、ETH百万長者とは、ETH残高が少なくとも100万ドルのアドレスを指します。

Arbitrum上のアクティブな賢い資金の割合

簡単に言えば、それは暗号通貨分野の王者——イーサリアム——の上に構築されています

私たちがArbitrumのようなロールアップが今後数年間、イーサリアムのスケーラビリティを主導すると信じるもう一つの理由は、それらがイーサリアムの上に構築されているからであり、イーサリアムは暗号通貨分野の王者です。これにより、彼らは先発の利点を持っています。まず、使用状況に関して、イーサリアムは依然として世界で最も人気のあるブロックチェーンプロトコルであり、3000以上のdApps、DeFi、NFT、DAO、仮想世界エコシステムがあります。ビットコインはこの点で唯一比較できるブロックチェーンですが、ロールアップをサポートする能力が欠けています。

次に、ほとんどの人が考えるように、イーサリアム2.0がロールアップを時代遅れにするという見解とは異なり、イーサリアム2.0が数年後に完全に展開されることを考慮すると、Arbitrumのようなロールアップは事実上の最初の拡張ソリューションであるべきです。そして、逆に、データシャーディング、すなわちイーサリアム2.0の第2段階は、主にロールアップを加速するためのものです。ロールアップはストレージの状態を分割し、シャーディングは取引の履歴を分割し、ロールアップは特定のシャードに登録され、ロールアップのスループットのスケーラビリティは指数関数的であり、2030年には1500万TPSに達する可能性があります。

これらの理由から、Arbitrumのようなロールアップが近い将来にイーサリアムのスケーラビリティソリューションの波をリードする独自の地位を持つことは明らかです。

第二層スケーリングソリューショントークンの到来に備えましょう

あなたが開発者や初期投資家でない限り、プロジェクトのネイティブトークンを購入することでエクスポージャーを得ることができます。Arbitrumのようなロールアップのほとんどはまだネイティブトークンを持っていませんが、ほとんどのロールアッププロジェクトは最終的にトークンを発行することが予想されます。

現在ロールアップが直面しているいくつかの課題

最初の課題は、楽観的ロールアップにとって、引き出し期間が長いことです。引き出しには7日かかる可能性があり、取引が詐欺であると疑われる場合に、詐欺の証拠を公開し、引き出しをキャンセルするための時間が必要です。

次に、楽観的ロールアップを安全に保つ条件は、少なくとも1つのノードが誠実であり、詐欺的な取引を識別できることです。

さらに、私たちはロールアップを通じて資産やデータを移動することがますます容易になることを期待できますが、ロールアップはまだ初期段階にあり、相互運用性を持っていません。それにもかかわらず、Hop、Connext、cBridge、Biconomyなどの相互運用性を持つソリューションがあります。

最後に、多くの人々は、ユーザーが最良の価格を得るためにインセンティブを受けているため、イーサリアムの流動性が異なるロールアップ間で分散していると考えていますが、時間が経つにつれて、流動性はArbitrumのようなロールアップに蓄積されるでしょう。

今から5年後のロールアップ

現実的に言えば、長期的に見てロールアップの潜在能力はイーサリアムに限定されません。スケーラビリティソリューションの未来は、実際には複数のレイヤー1スケーリングソリューションチェーン上の相互依存するスケーラビリティソリューションで構成される、より複雑なシステムです。この複雑な未来において、私たちは3つの主要なトレンドを期待できます。

上記のように、短期的には、Arbitrumのようなイーサリアム上のロールアップがスケーラビリティソリューションの風景を支配し、その後、イーサリアム2.0とそのシャーディングソリューションの展開によってさらに強化されるでしょう。レイヤー2スケーリングソリューションは、ロールアップに限らず、その進歩を示し、パフォーマンスを向上させ、実行面でレイヤー1スケーリングソリューションと競争するようになります。

次に、他の競争力のあるレイヤー1スケーリングソリューションが満杯になると、それらはますますそのメインネットの基盤の上にロールアップを構築し始めるでしょう。実際、多くの人々はロールアップの潜在能力をまだ理解しておらず、すべてのレイヤー1スケーリングソリューションはロールアップを必要とします。イーサリアムはそれに向けて準備を進めてきた最初のものであり、かなりの時間が経っています（2015年から）。例えば、Tezosはロールアップ中心のロードマップを受け入れています。同様に、NEAR、Celestia、Polygonもそうであり、最近、拡張ソリューションPolygon Maidenに基づく高度なzk-STARKs（zk-Rollupから派生）を発表しました。

実際、イーサリアムとブロックチェーンに対する需要が一方向的であることを考慮すると、すべてのスケーラビリティソリューションが現在および将来の市場参加者の増大する需要を満たすために同様に効果的で必要であると予想できます。

結論

要するに、高額なガス料金は確かに氷山の一角に過ぎません。イーサリアムは設立以来、スケーラビリティの問題に直面しており、現在の多くのスケーリングソリューションはこの問題を解決するために存在しています。その中で、Arbitrumロールアップは現在最大のイーサリアムレイヤー2ネットワークであり、今後数年間でスケーリングソリューションを主導する可能性があります。Arbitrumロールアップは、メインネットの分散化と安全性に影響を与えることなく、イーサリアムのスケールを拡張する能力を持っています。より多くのユーザーが最良の価格を得るためにArbitrumに移行するにつれて、より多くの開発者がその上で開発を行うでしょう。なぜなら、それは最もEVM互換性のあるものだからです。イーサリアムを超えて、ロールアップは他の競争力のあるレイヤー1スケーリングソリューションに出力され、ますます複雑化するさまざまなスケーリングソリューションに統合されるでしょう。

暗号通貨分野のすべての人にとって、Arbitrumのようなレイヤー2スケーリングソリューションは単なる投資の問題ではなく、DeFi、NFT空間で進行中および将来のプロジェクトの基盤であり、DAOや仮想世界を維持し、全体のクリエイター経済とメタバースを支えることになります。