Foresight Ventures: Rollupの現在、障害、競争、そして未来

フォーサイト・ベンチャーズ

2022-06-14 13:58:16

コレクション

本文では、現在のRollupの利点と欠点を探り、将来的にそれらが分散化、さらなるスケーラビリティ、相互運用性、プライバシーなどの追加機能においてどのような潜在的なルートとソリューションを持つか、それぞれの優劣について考察します。

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著者: msfew、Foresight Ventures

この記事は、イーサリアムのLayer2 Rollup宇宙（Secured rollupのみを含む）に焦点を当て、シンプルで理解しやすいコア概念とメカニズム設計から出発し、現在のRollupの良し悪しを探求し、去中心化、さらなるスケーリング、コンポーザビリティ、プライバシーなどの追加機能におけるそれぞれの潜在的なルートとソリューションの利点と欠点を想像します。

Secured Rollupとは、ArbitrumやOptimismのようなモデルで、決済、コンセンサス、データの可用性がイーサリアムなどのL1に依存し、自身は実行のみを担当するRollupです。

Rollupの中で決済、コンセンサス、データの可用性がL1以外のソリューションを使用している場合、それは純粋なSecured Rollupではなく、狭義のRollupではありません。

0. Rollupの本質と原理

a) Rollupの本質

ブロックチェーンのスケーリングには2つの方法があります: 一つはブロックチェーン自体を最適化すること、もう一つはブロックチェーンをより良い方法で使用することです。

Rollupは後者であり、その本質は非常にシンプルで、より速く、安価で「信頼できる」方法でブロックチェーンを使用して、ブロックチェーンを拡張することです（基本的にはイーサリアムを指します）。

Rollupは: チェーン上のスマートコントラクト + チェーン外のアグリゲーターです。

これだけです。そして、この2つの特性が組み合わさることでRollupが定義され、その概念が豊かになります。

チェーン上のスマートコントラクトは、その信頼モデルがイーサリアム上のスマートコントラクトであり、イーサリアムの安全性を借りていることを示しています。Alt L1のように新しい信頼コンセンサスを構築する必要はありません。私たちはUniswapのプロトコル（コアはスマートコントラクト）を信頼するのと同じように、Arbitrumのプロトコルを信頼できます。
チェーン外のアグリゲーターは、チェーン外で取引を実行し、アグリゲートし、大量の取引を圧縮し、最終的にイーサリアムメインネットにアップロードして、より速く、安価な目的を達成します。

イーサリアムの原理は、各ノードがユーザーが提出したすべての取引を保存し、実行するため、非常に高価な分散型ネットワークです。

以下は、ArbitrumとOptimismを代表とするOptimistic Rollupと、zkSyncとStarkNetを代表とするzk Rollupのメカニズム原理について、読者が簡単に理解できるように説明します。

b) Optimistic Rollupの原理

Optimistic Rollupはその名の通り楽観的であり、無罪推定に似たアプローチを採用しています。すべての実行が正しいと仮定し、各バッチの状態は詐欺証明によって挑戦されることで安全性が保証されます。

ユーザーがArbitrumに取引を提出すると、Arbitrumのシーケンサーが取引を実行し、バッチごとに状態ルートと取引データを完全にイーサリアムメインネットのスマートコントラクトに提出します。

Optimistic Rollupが実行中にエラーが発生した場合はどうなりますか？

Optimistic Rollupには争議検証期間があります。つまり、チェーンに載せた後のデータは、例えば1週間の時間を経て初めて正式に確定されます。この期間中、誰でもそれに挑戦し、バッチが不正であることを証明できます。

c) zk Rollupの原理

zk Rollupはその名の通り、zkゼロ知識証明技術（実際にはValidity Proof）を使用し、有罪推定に似たアプローチを採用しています。すべての実行が間違っていると仮定し、各バッチに含まれる証明によって安全性が保証されます。

ユーザーがzkSyncに取引を提出すると、zkSyncのシーケンサーが取引を実行し、保存し、バッチごとに状態証明と新しい状態を完全にイーサリアムメインネットのスマートコントラクトに提出します。

zkはどのように自分の実行が間違っていないことを証明しますか？

Prover（ほとんどの場合はシーケンサー）は、取引の実行に対して偽造不可能な証明を生成し、これらの新しい状態と実行が正しいことを証明します。シーケンサーは証明などのデータを圧縮して、イーサリアムメインネットのスマートコントラクトに提出して検証します。

彼らはどのようにデータを圧縮し、ガス料金を削減しますか？

Rollupは各取引のバイト数を圧縮できます。 Nonceや署名なども含まれます。zk Rollupの場合、状態更新に関係のないデータをチェーンに載せる必要がないため、さらに圧縮できます。 zk証明は状態更新の正しさを証明できるため、Optimistic Rollupは挑戦可能である必要があるため、この部分のデータを無視することはできません。

彼らはなぜ完全な状態を必要とするのですか？

シーケンサーが逃げるのを防ぐためです。 私たちはイーサリアム上のデータを通じてLayer2全体を再構築できます。これがデータの可用性の概念です。

d) 2つのRollupの違い

もし理解できない場合は、以下の図を参照してください。

Optimistic Rollupの設計はArweaveに似ており、経済学とゲーム理論を通じてメカニズムを設計しています。性能は良いですが、実際には100%の正確性を保証することはできません。

zk Rollupの設計はFilecoinに似ており、暗号学と数学を通じてメカニズムを設計しています。100%の正確性を保証できますが、常に追加の計算と時間のオーバーヘッドがあります。

彼らの違いは、1つは挑戦期間を使用してエラーが発生した場合に修正できること、もう1つは暗号学を使用してエラーが発生することが不可能であることです。

後のセクションでは、両者の最終的なパフォーマンスを詳細に比較します。

1. Rollupは非常に優れています

まず、Rollupネットワーク全体の優れた点を振り返りましょう:

エコシステム: ArbitrumはNFTとメタバースエコシステムを展開しました; Optimismはトークンを発行し、ガバナンスとコミュニティを持ちました; StarkNetはさまざまなGameFiの革新を育んでいます; zkSyncには多くのDeFiの新プロジェクトがあります。各Rollupは独自の派閥を持っています。
スケーリング: TPSは確かに優れています。理論的なピーク値ほど高くはありませんが、L2の迅速な確認は迅速かつ安価なWeb3体験を提供します。
体験: 開発者やユーザーにとって、Rollupに切り替えることは簡単なことであり、体験はイーサリアムとほとんど変わりません。さまざまなクロスチェーンブリッジ、ウォレット、Uniswapなどのインフラもユーザーのスムーズな体験をサポートしています。これも良好なエコシステムによって支えられています。
革新: Rollupはすでにイーサリアムアプリケーションの革新の優れた土壌であり、Polygonの「大規模テストネット」型ネットワークよりも想像力に富んでいます。

さらに、サブネットとRollupの比較に興味がある場合は、以前の研究やToghruiの見解を参考にしてください。

より詳細に言えば、各Optimistic Rollupとzk Rollupはそれぞれ以下のようなパフォーマンスを示しています:

Arbitrum: TVLは約24億ドルです。Nitroアップグレードはすでにテストネットに上线され、今後はWASM-GethがArbitrumの既存のVMを置き換え、性能と適合性を最適化します。（次の記事ではWASMのさまざまな可能性について詳しく話しましょう）
Optimism: トークンを発行し、その基盤の上で多くの「革新的で非常に楽観的な実験」を行っています（さまざまな問題が発生し、事実を隠蔽し、最近は失望したユーザーから「イーサリアム財団の廃太子」と疑問視されています）。BedrockアップグレードによりVMがMIPS-Gethに変わり、EVMの同等性を実現します。Optimismの開発者は常にzkMIPSの概念について言及していますが、今後この方向に進むかどうかは不明です。
StarkNet: 現在、クロスチェーンブリッジは完全には開放されていません。特別な言語CairoとStarkNetのエコシステムは良好に構築されており、ゲームエコシステムは注目に値します。StarkExのValidiumモードはdYdX、ImmutableXなどのアプリケーションを生み出しました。また、StarkNet自身も決済層を構築し、L3を構築できます。
zkSync: 最初に比較的完全なzkEVMを実現しました。2.0バージョンのVolitionモードでは、ユーザーがzkPorterまたはイーサリアムのデータ可用性ソリューションを柔軟に選択できます。
Aztec: UTXOモデルのプライバシーzk Rollupで、プライバシーDeFiエコシステムをサポートする予定です（ただし、取引データのサイズが大きすぎるため、現在は追加の最適化が必要です）。汎用計算をサポートしていませんが、実際にzkである数少ないzk Rollupの一つです。
Fuel: V1はOptimistic Rollupであり、非常に去中心化されています。V2は通常の道を進まず、EVMに適合せず、UTXOモデルの高性能VMを通じて並行tx処理をサポートし、最速の実行層を構築することを目指しています。

イーサリアムをメインネットとするRollupの他にも、以下のものがあります:

everPay: Arweave上のSCPパラダイムに基づくLayer2。
Milkomeda: Algorand上のEVM Rollup。
Orbis: Cardano上のValidiumモードのRollup。

Rollupソリューションの異なる設計には非常に多くの独自の特徴があり、実際に無数のユーザーにサービスを提供し、より良いCryptoとブロックチェーン体験をもたらしています。

2. Rollupには改善の余地がある

上記の章での称賛の後、本節ではRollupが解決すべきいくつかの問題を指摘します:

a) 中心化

Rollupネットワークのスムーズなユーザー体験は、安全性の妥協によって得られています。 ネットワークの多くの構成要素は中心化されており、以下の3点でこの問題を「弁護」できます:

zk Rollupのzk証明は数学的に偽造できません。
ユーザーはL1のDAを通じてすべての状態を再構築できます。
信頼モデル自体が中心化されたスマートコントラクトです。

しかし、Rollupの中心化は依然として検閲や安全性の低さなどの問題を引き起こします。現在の中心化は主に以下の点に現れています:

中心化されたシーケンサー: 大部分のOptimistic Rollupとzk Rollupのシーケンサーは中心化された形式で存在しています。つまり、txの実行、順序付け、ブロック生成はすべて中心化されたサーバーによって支えられています。以前、Arbitrumはシーケンサーのハードウェアの問題により、ネットワーク全体がダウンしました…
中心化されたアップグレード: 大多数のRollupネットワークのアップグレードは中心化されており、実際にはネットワーク上の数十億のTVLと比較して、全体のRollupをハッキングするコストは非常に小さいです。例えば、zkSyncはセキュリティカウンシルによってアップグレードを管理しています。以前のRoninハッキング事件を思い出すと、数十億の資金が数人のマルチシグに依存しているのは絶対に安全ではありません。
クローズドソースコンポーネント: 一部のRollupの重要なコンポーネントはクローズドソースです。例えば、StarkNetのほぼすべての重要なコンポーネントはオープンソースではなく、依然として中心化された開発であり、オープンソースライセンスもありません。これはWeb3とは言えません。

私の考えでは、ネットワークやプロトコルとして、最終的には去中心化かつオープンソースでなければならず、そうでなければCryptoとWeb3の精神に反します。

b) 実際の性能

Rollupが現在示している超高性能は「偽物」であり、真のファイナリティはそれほど優れておらず、性能には依然として改善の余地があります。これは両刃の剣です。

ユーザーがL2に取引を提出すると、すぐに取引の成功または失敗のフィードバックを受け取りますが、実際にはこの即時のユーザー体験はL2上のファイナリティに過ぎません。

データがL1に提出されていないか、Proverが証明または仲裁ウィンドウの期間中である限り、これらのデータはL1ファイナリティを取得していません。したがって、Rollupのユーザー体験が非常に優れているのは、ユーザーがRollupを通じて時間を借りて、最初にソフト確認を得ているからです。

上記の設計により、以下の問題が発生します:

偽のファイナリティ: データがイーサリアムなどの真のブロックチェーンに載せられたときが真のファイナリティです。では、Rollupの真のファイナリティはどれくらい速いのでしょうか？言い換えれば（もちろん本当にTPSを計算する場合、1バッチのデータに含まれるtxの数も考慮する必要があります）、彼らはどれくらいの頻度でデータをイーサリアムに提出するのでしょうか？ここにチェーン上のデータによる真の分析があります。

誇張されたTPS: 私個人の意見では、TPSは非常に悪い指標であり、現在は廃止されるべきです。さまざまなRollupやパブリックチェーンは、無数の前提条件や混乱した概念を通じて、超高いまたは少なくとも競争相手より高いTPSを計算し、自らの強さを示しています。しかし、実際の使用において、彼らの性能はそれほど「Web3」ではありません。私が理想とする真のWeb3体験は完全に無感覚であり、同時にネットワーク全体も去中心化されている必要があります。

c) 経済メカニズム

Optimismのトークンを例に取り、Layer2 Rollupのビジネスと経済メカニズム、トークンモデル、MEVを研究します。

ビジネスモデル: Rollupの利益 = Layer2手数料 - Layer1ブロックスペース手数料（L1上で証明などのデータを保存し、検証するための安全コスト） - ノードサーバーなどの計算コスト。ここで、Layer2手数料 = ガス手数料 + MEV + Layer2が徴収するプレミアムの一部。しかし、このビジネスモデルでは、ユーザーはノードとして参加できず、Rollup開発者のみが利益を得ることができます。以下は、ArbitrumとOptimismのLayer2手数料とLayer1ブロックスペース手数料の収益とコストです。

トークンメカニズム: Optimismのネットワークは良好ですが、トークン経済は依然として弱いです。OPには以下の3つの致命的な問題があります: 1. 何のユーティリティもない（ネットワークのガスやPoSステーキングの支払いに使用できない、もちろんこれら2つは良いRollupユーティリティではありません）、単にガバナンスに使用されます。 2. ネットワークの収益やブロックスペースの価値を捕捉できないため、シーケンサーがいくら稼いでもホルダーには関係ありません。 3. 流通量が非常に少なく、売却圧力が大きく、マーケットメイキング時の事故がこの状況をさらに悪化させています。これらの問題はOptimismだけの問題ではなく、他のLayer2 Rollupも同様の試練に直面する可能性があります。

MEV: 現在、Rollupは中心化されたシーケンサーであるため、これらの収益はすべてシーケンサーによって捕捉されます。MEVは二面性のあるものです。良い面では、RollupネットワークはMEVがネットワークに与える価値を受け入れ、ネットワークが去中心化された後の経済メカニズムとマイナーのインセンティブの重要な部分にすることができます。悪い面では、RollupネットワークはMEVの存在を排除する必要があります。なぜなら、それはしばしばユーザーに対する追加の税金と見なされるからです。ArbitrumはMEVを「無視」し、先着順のメカニズムを採用していますが、これはノードの性能に対してより高い要求を持ち、DDoSのコストを低下させます。

オープンネットワークのビジネスモデル、トークンメカニズムの改善、MEVの処理は、Rollupネットワークがトークンを発行し、去中心化する際に直面する3つの大きな課題です。

3. Optimistic Rollupとzk Rollupの最終的な性能比較

私は他の記事のようにOptimisticとzk Rollupの2つの陣営のTPSなどの表面的な性能を比較したくありません（興味がある場合は、文末の参考資料を詳しく読むことができます）。代わりに、彼らの本質と特性、そして長期的な最終的なパフォーマンスを比較します:

この図の詳細な解釈と注目すべき点は以下の通りです:

EVM同等性の実現難易度: 実際、EVM互換性、ノード構成要件、最適化の観点から、zk Rollup全体の実現難易度はOptimistic Rollupよりも高いです。これは追加の証明コストの存在の一つの証明でもあります… 追加の証明コストは、ネットワークの性能に常に余分な負担をかけるだけでなく、EVM互換の技術実現にとっても大きな障害です。
プライバシーなどのニーズをより便利に実現できる: すでにzkを使用しているので、真のプライバシーを持つzk-zk Rollupの開発はzk-Op Rollupよりもはるかに簡単です。もちろん、zk-Op RollupプロジェクトのZKOPRUのようなものもすでに上线されています。
最適化の方向性: Optimistic Rollupにとって、並行処理のtxは非常に直接的かつ効果的な最適化手段ですが、zk Rollupが同様のアプローチを取る場合（StarkNetの次のバージョンのシーケンサーは並行処理が可能です）、長期的にはOptimistic Rollupに負けるでしょう（再び追加の証明コストのためです）。したがって、zk RollupはFractal L3スケーリングの代替案を採用し、Rollupの上にさらにRollupを構築します。再帰的な超能力は、L2がL3の証明が正しいことを検証できるだけでなく、L1がL2がL3の検証の正しさを検証できることを可能にします。
具体的な最適化の方向性: これはルートマップと予想される設計案から得られたもので、現在は実践されていません。個人的には、これらのアップグレードを完了するには非常に長い時間がかかると考えています。その中には副作用があるアップグレードもあり、新しいメカニズムを導入するには追加の信頼仮定が必要です。
この図は、Optimistic Rollupの性能が長期的にはzk Rollupよりも高いという結論を導き出しましたが、数学によって保証された信頼はより強力です。私はRollupの性能の最終的な結果はOptimisticであると考えていますが、真の全体的な結果はzkになるでしょう。

設計は非常に完璧ですが、エンジニアリングの実現難易度は依然として巨大です。上記の比較は、TPSの比較と同様に、紙上の議論に過ぎません。私たちは実際の出発点から、Rollupネットワークの安全性、去中心化、実際のパフォーマンスとエコシステムを観察する必要があります。

4. Rollupの未来

Optimistic Rollupとzk Rollupを比較した結果、私たちはそれらの未来の性能最適化の提案を全面的に理解しました。では、他の観点からRollupの未来の発展はどうなるのでしょうか？

a) 去中心化

去中心化の観点から、私たちはシーケンサーとコントラクトのアップグレードの問題に焦点を当てています。未来において、Rollupは去中心化でなければならず、以下のような去中心化設計が必要です:

去中心化シーケンサー: Optimistic Rollupのシーケンサーのメカニズムは基本的にさまざまな改良されたPoS（リーダー選出、MEVオークション、ローテーションメカニズム）であり、zk RollupのHermezのProof of EfficiencyやProof of Validity Proof、またはTendermint PoSのようなメカニズムです。もちろん、ネットワークがPoSメカニズムである場合、追加の資金コストが必要です。
去中心化コントラクトのアップグレード: コントラクトのアップグレードはマルチシグによって管理されるべきではなく、去中心化されたガバナンス（トークンに関連）によって管理されるか、完全にコントラクトのアップグレード権限を放棄するべきです（Uniswap V2からV3への非強制的なアップグレードのように）。
多言語クライアント: イーサリアムのように、多言語のクライアントも去中心化の必要条件であり、ネットワークの100%の稼働時間を保証します。