Rollupエコシステムの概要：Optimistic Rollupやzk Rollup以外にどのような新しいデザインがあるのか？

執筆：Alex Beckett

編纂：Amber

2019年初に概念が誕生して以来、Rollupは大きな進展を遂げてきました。現在、市場には2つの主要な競争者が登場し、それに基づいて多くの想像力豊かな設計理論や混合進化が生まれています。本稿では、2022年中旬までのRollupエコシステムの発展状況を振り返ります。

Optimistic Rollup

一般的なOptimistic Rollupは先発優位性を持ち、大多数のRollupアプリケーションを獲得しています。その中でもArbitrumとOptimismは「Rollupの基準」とも言える存在です。

TVL（総ロック資産）で見ると、現在Rollupアプリケーションの中でArbitrumが1位にランクインし、ロックされた金額は24億ドルに達しています。主ネットでの運用が1年を超えたにもかかわらず、システムにはまだ多くのテストが必要な部分があります。現在、Arbitrumを開発しているOffchain Labsは唯一の中央集権的なオーダラーを運営しており、インタラクティブな詐欺証明は柔軟ですが、中央オーダラーは唯一、争議を提出して詐欺証明を生成できるホワイトリストの実体です。ユーザーの視点から見ると、システム全体が徐々に非中央集権化される傾向が予想されるものの、彼らは依然としてシステムに多くの信頼を寄せる必要があります。

プロトコルの新世代アップグレードNitroがDevnetで稼働を開始しました。Nitroは既存のアーキテクチャを根本的に変え、カスタムのArbitrum仮想マシンをWASM-Gethの組み合わせに置き換えます。Arbitrumのインタラクティブな詐欺証明はWASM上で動作し、ノードはGethに相当するコードベースを持ち、さらにいくつかの特定のRollup最適化が加わります。要するに、Nitroは大幅な最適化をもたらし、性能を向上させると同時に、より良いEVM互換性を提供します。

Optimismは第2のOptimistic Rollupであり、全てのRollupの中でTVLで3位にランクインし、4.69億ドルのロック資金を抱えています。Optimism PBCの運営状況はArbitrumに似ており、単一の中央集権的なオーダラーです。しかし、Optimism PBCは、オーダラーの利益を利用してネットワークに報酬を提供する方法を見つけ、エコシステムの発展を促進しています。第一ラウンドでは、100万ドルの資金が58の公共財に寄付されました。中央集権的な設計がブロックチェーンという「非中央集権の本源」の世界で積極的な影響を与えるのは難しいですが、Optimismの試みはこの問題を最大限に緩和したようです。

現在のOptimismの設計には詐欺証明が欠けており、徐々に非中央集権化と必要なセキュリティアップグレードが期待されています。しかし、ほぼすべてのRollupには即時または遅延のアップグレード可能性があるため、Rollupのセキュリティは最終的にマルチシグ設計のアップグレードに依存します。間もなく行われるBedrockアップグレードは、OptimismのアーキテクチャをArbitriumに似たものに変えます。現在のOptimism仮想マシンはMIPS-Gethの組み合わせに置き換えられ、ノードは通常のEthereum Gethノードに相当します。新機能にはインタラクティブな詐欺証明が含まれ、これは元の非インタラクティブな詐欺証明のアップグレードです。BedrockはOptimismのもう一つのマイルストーンとなり、システムに多くの機能と改善をもたらします。

さらに、Optimismは非エリートガバナンスの実験を行うという飛躍を実現しました。意思決定はトークンガバナンスとユーザーガバナンスの2つに分かれています。トークンガバナンスはトークンを投票の証拠とし、ユーザーガバナンスは一人一票制です。このようなシステムでは、投票者の身分の割り当てが最も難しい点であり、虚偽攻撃を最小限に抑える必要があります。もしユーザーが1つ以上の投票者の身分を得ることができれば、彼は「政府」に対して通常のユーザーよりも多くの影響を与えることができます。Optimismは、譲渡不可能なNFTを市民権の代表として使用することを指摘していますが、個人がより多くの投票権を得るために秘密鍵を交換する脅威は依然として存在します。

FuelはOptimismRollup分野のもう一つの注目すべき競争者であり、ArbitrumやOptimismとは全く異なるアプローチを取っています。Fuel LabsはFuel V2のためにカスタム仮想マシンを構築しており、Rustベースのプログラミング言語を使用しています。EVM互換のRollupはEthereum開発エコシステムにとって特に有用ですが、カスタムVMは多くの既定の基準に従う必要がないため、性能の最大化が容易です。

筆者がFuel V2で最も気に入っている部分は並行取引処理能力であり、データ量が相当な規模に達した場合、並行処理を実施するRollupは並行処理を実施しないRollupよりも優位性を持ちます。注目すべきは、Fuel V1がEthereum上で最初のOptimistic Rollupであり、現在も無許可のオーダラーと詐欺証明を持つ唯一のRollupであることです。

Fuelにとって、Optimistic Rollupはzk-Rollupsよりもはるかに優れています。一つは、Optimistic Rollupは完全で制限のないコンポーザビリティを持っています：zk-Rollupsはzk circuitsを通じてスマートコントラクトを組み合わせる際に先天的な劣位があります。唯一の普遍的なコンポーザビリティを持つzk-RollupはStarkNetですが、現在は許可されたスマートコントラクトのデプロイとブリッジがサポートできるTVLの数に上限があります。他のすべてのzk-Rollupsは特定のアプリケーションであり、またはトークン移転のみを行っています。

もう一つのポイントはEVM互換性です：zk circuitsはEVM内の標準的な特定のタイプの暗号学と固有の互換性の問題を抱えており、これがzkEVMを非常に困難なタスクにしています。Optimistic Rollupsはすでに主ネットで一定期間EVM互換性を持って運用されており、アップグレード後にはさらなる等価性が期待されています。

zk-Rollup

最近の間、Ethereumコミュニティはzk-RollupsがスケーラブルなRollupsの最終状態であるという合意に達しました。したがって、Optimistic Rollupと比較して、より多くのzk-Rollupが積極的に開発されているようで、その多くは今後2年間でのリリースを予定しています。

StarkNetは現在主ネット上で唯一の汎用的でコンポーザブルなzk-Rollupです。しかし、このシステムはまだ初期のアルファ段階にあり、さまざまな制限があります。StarkNetとEthereumの間のブリッジには制限があり、将来的には上限が徐々に増加する予定です。StarkNet上のスマートコントラクトのデプロイもホワイトリスト方式です。これは、スマートコントラクトのエラーが発生するリスクを減らすためであり、開発者がデプロイしたいすべてのコントラクトを監査するための監査人が十分にいない可能性が高いためです。StarkWareが一時的にこの役割を担うのは合理的です。監査可能性は新しいカスタム言語の一般的な欠点の一つであり、zkシステムの複雑さはそれをさらに複雑にします。

zkSyncはもう一つの主要な「zk-Rollup」競争者であり、最近のテストネットの立ち上げはzkEVMのリアルタイムテストネットでの最初のインスタンスのリリースを示しています。しかし、zkPorterの追加により、zkSync 2.0は単なるアップグレード版ではなくなりました。これにより、ユーザーはzkPorterとEthereumの間で取引データを公開する選択ができるようになります。Ethereumはdankshardingを通じてデータスループットを向上させていますが、volitionはユーザーにより良い選択肢を提供する素晴らしい中間地帯です。

ほとんどのzk-Rollupsがスケーラビリティを優先している一方で、プライバシーはzk-Rollupsが実現できるもう一つの重要な側面です。Aztecは現在、プライバシーを重視したzk-Rollup（zk.money）を通じてプライバシー分野でリーダーシップを発揮しており、筆者が知る限り唯一のプライバシー重視のEthereum Rollupです。Aztecはその次のイテレーションであるAztec connectを間もなく発表する予定で、これによりユーザーはEthereum DeFiにプライバシーアクセスできるようになります。これは、Tornado.cashのようなアプリを使用することと比較して大きな進歩であり、Tornado.cashのプライバシーは混合によってのみ実現され、取引を直接「隠す」ことはできません。

zk-Rollupsは非常に複雑であり、プライバシーの問題が加わるとさらに複雑になります。zk-Rollupsはプライバシーを持つコンポーザブルなスマートコントラクトの状態に決して達しない可能性があります。このため、プライバシーは特定のアプリケーションチェーンを通じて現れる可能性があり、zk-Rollupsまたはzk-Rollupの上にあるValidiumsを介して実現されるかもしれません。

さまざまなzk-Rollupsも徐々に頭角を現しており、ScrollやPolygonのさまざまなプロジェクトが含まれています。zk-Rollups間の大きな違いは、カスタム仮想マシンまたはzkEVM実行環境を使用するかどうかです。その利点と欠点はOptimistic Rollupに似ています。しかし、zk-RollupsはzkEVMの実現においてより多くの内在的な複雑さを抱えています。このため、StarkNetやCairoのようにカスタム仮想マシンと言語を採用するルートには非常に強力なケースがあります。

Sovereign Rollup

Rollupカテゴリの最後の2つは現在理論上にのみ存在しています。Sovereign Rollupは一般的なRollupと異なり、基盤層から独立してフォークすることを許可するフォーク選択ルールを持っています。対照的に、通常のRollupはそのフォーク選択権を決済層に委託します。なぜなら、Rollupの正確性を確保する必要があるからです。

Sovereign RollupはCelestiaのようなDA層で最も際立っており、そこでRollup取引の正確性はDA層によって保証されません。このため、CelestiaのようなRollup取引はデフォルトでSovereign取引となります。彼らは自らの取引の正確性を詐欺/有効性証明とフォーク選択を通じて確保する必要があります。これは合意と誤解されるべきではなく、Celestiaが提供する合意は取引の順序に関するプロトコルです。

楽観的なSovereign Rollupでは、取引は正しいと見なされるため、RollupノードはCelestiaからブロックデータをダウンロードするだけで済みます。zk-Sovereign Rollupは有効性証明を通じて正確性を確保し、これらの証明はp2pネットワークを介してRollupノード間で配布されます。

Sovereign Rollupの重要性は彼らのフォーク能力にあり、これによりRollupは基盤層から真に独立することができます。

決済Rollup

決済層は、決済のために特別に構築されたSovereign Rollup体です。重要なのは、決済層はRollupと双方向の信頼最小化ブリッジを持つ任意のブロックチェーンです。このブリッジにより、トークンはRollup層と決済層の間で双方向に移転できます。信頼最小化はブリッジの特性の一つであり、通信は検証データの可用性と詐欺/有効性証明を通じて誠実な少数者の仮定にのみ依存します。

どの決済層と同様に、決済Rollupの目的は「Rollup」に対して証明を検証し、争いを解決し、トークンをブリッジする環境を提供することです。技術的には、決済の上にある「Rollup」は混合型であり、決済Rollupが位置するデータ可用性層を通じてオフチェーンDAを使用するため、検証層または楽観的な検証層となります。

混合型

Validium

Validiumは混合型のzk-Rollupであり、取引データはオフチェーンで公開されます。これは、検証有効性証明のための決済層に加えて、外部環境にも依存することを意味します。StarkExは唯一の稼働中の検証体のインスタンスです。StarkExは特定のアプリケーションの検証者であり、現在3つのアプリケーションをサポートしています：Immutable X、Sorare、DeversiFi。StarkExはzk-Rollupモードもサポートしており、これは現在TVLで2位のRollupアプリケーションDyDxによって使用されています。

StarkExはデータ可用性委員会（DAC）を使用しており、これは信頼された各種の当事者のグループで構成され、StarkExの検証体にデータ可用性を提供します。データ可用性を許可された委員会に委託することはセキュリティを低下させますが、これによりStarkExの検証者はzk-Rollupsよりも安価な取引を提供できるようになります。コスト削減が可能なのは、Ethereumにデータを公開することが非常に高価であり、これがRollup取引手数料の主要な可変コストの原因だからです。

DACを伴うValidiumのいくつかのセキュリティ問題は、外部データ可用性層を使用することで軽減できます。セキュリティの主な増加は、ブロックチェーンが提供する暗号経済的セキュリティから来ており、ノードは不誠実な活動のために監禁されることや排除されることがあります。この実施の有効性は「Rollup」のコスト-セキュリティのトレードオフに関する興味深い実験です。

画像出典：Celestia

Optimistic Validium

Validiumと同様に、Optimistic Validiumも混合型のOptimistic Rollupであり、取引データはオフチェーンに公開されます。この特定の混合体が何と呼ばれるべきかについては、まだ普遍的な合意が得られていません。

Metisは現在唯一のOptimistic Validiumのインスタンスです。注意すべきは、Optimistic Validiumのセキュリティはその対応するValidiumよりも弱いということです。なぜなら、データの可用性は詐欺証明を生成し、争いを成功裏に解決するために必要だからです。もし争いが発生し、関連する状態変化のデータが利用できない場合、詐欺証明は詐欺を証明できません。このため、オフチェーンデータ可用性提供者がデータを提供できなかった場合、資金はOptimistic Validiumから盗まれることになります。

Volition

zk-RollupとValidiumの組み合わせにより、もう一つの混合型Rollupが存在します。それがVolitionです。Volitionはユーザーにオンチェーンまたはオフチェーンのデータ可用性を選択させます。この選択は個々の取引レベルで行われ、オフチェーンデータはより安価な手数料と低いセキュリティを代表し、オンチェーンデータはより高い手数料と高いセキュリティをもたらします。これにより、ユーザーは個別のシステムから選択の自由を得ることができ、ユーザーに適したコスト-セキュリティの好みを明示的に探す必要がなくなります。

現在、zkSync 2.0は唯一公に発表された開発中のVolitionです。zkSync 2.0では、オンチェーンデータはEthereumによって提供され、オフチェーンデータは彼ら自身の専用PoSチェーンであるzkPorterによって提供されます。しかし、現在詳細情報の開示が不足しているため、将来的にStarkWareがStarkExまたはStarkNetにユーザーがカスタマイズできるオプションを提供することを推測することしかできません。

Adamantium

Adamantiumは、すべての人がネットワークに自分のデータを提供する必要があるValidiumです。個人の取引データは個人が保存（オフチェーン）し、各ブロックのデータ可用性を証明するためにオンラインでいる必要があります。ユーザーがオンラインでない場合、または証明できない場合、彼らの資金は自動的にオンチェーンの決済層に戻されます。StarkWareがAdamantiumの設計を提案しましたが、現在この分野で進展を遂げたチームはありません。将来的にこの仮説が順調に実現すれば、自らのセキュリティをより個人的に制御したいユーザーや実体にとって非常に魅力的なものとなるでしょう。

Enshrined Rollup

Enshrined Rollupは、既存のブロックチェーンの一部で構成されるRollupです。簡単に言えば、これは実行シャーディングです。Ethereum 2.0の提案や他の類似のシャーディングブロックチェーンで見られるEnshrined Rollupと実行シャーディングの違いは、実行シャーディングが単一のシャードとして提案されていることです。グローバルな検証者グループは委員会に分割され、特定のシャードに割り当てられ、検証者グループとして機能します。実行シャーディングは独立したブロックチェーンとして機能し、独自の実行、合意、データ可用性を持ちますが、「信標チェーン」にチェックポイントを返します。これは、サイドチェーンが選択したチェーンにチェックポイントを返すのに似ています。理論的には、EthereumのRollupは実行のみを行い、信標チェーンを使用してデータ可用性と詐欺/有効性証明を検証します。