著者:msfew、Foresight Ventures

Rollupのボトルネック

もし前回の私が書いたRollupに関する記事を読んだなら、Optimisticとzk Rollupの終局比較部分で、意図的か無意識かにかかわらず、穴が残されていることに気づくかもしれません。

その時の結論は、Proving Overheadがないため、Optimistic Rollupは長期的な視点でzk Rollupを大きく上回るというものでした。しかし、実際には異なる時間帯の発展において、Optimisticとzk Rollupの性能は交互にリードすることになります。

異なる段階の異なるタイプのSecured Rollupには異なるボトルネックがあり、現在それらにとって最も重要な問題は、Ethereumが現在提供しているデータ可用性のソリューションが、彼らの理論的な性能のピークを制限していることです。

現段階のRollupのこの性能問題を解決するために、私たちには二つの方法があります。

1. Ethereumのメインネットをアップグレードし、成功するのを待つ。欠点は主導権を握れず、時間がかかる可能性があることです。
2. Rollupのタイプを切り替える（例えばValidiumに変更する）、直接性能の優れたデータ可用性のソリューションを使用する。欠点は一部の安全性を犠牲にすることです。

ブロックチェーンのモジュール化

私たちが指しているSecured Rollup（Arbitrumなど）は、実際にはモジュール化されたブロックチェーンの一つの実装であり、将来的にはより多くの異なるモジュール化ブロックチェーンの実装、あるいは異なる変種のRollupが登場するでしょう。

EthereumのRollupの路線はブロックチェーンのモジュール化のトレンドを反映しており、ブロックチェーンのレイヤーを分離し、それぞれの役割を果たし、ネットワークがRollupできるようにしています。

以前のRollupの記事では、スケーラビリティの二つのルートについて言及されており、一つはブロックチェーン自体のアップグレード、もう一つはRollupの方法を用いてブロックチェーンをより良く活用することです。

モジュール化されたブロックチェーンは、二つのルートを組み合わせ、1+1 > 2を実現し、ブロックチェーンのモノリシックアーキテクチャを根本的に切り替え、新しいモジュール化されたブロックチェーンネットワークをRollupが最も成長しやすい土壌にし、これらのRollupソリューションにより多くのモジュール選択肢とより高い性能を与えます。

a) 二つのレイヤー、四つのモジュール

一つのブロックチェーンは二つのレイヤーに分割でき、合計四つのモジュールを含みます。

安全レイヤー: ブロックチェーンの安全性を保証します。

• データ可用性モジュール（以下DAと呼ぶ）: 取引データが使用可能であることを保証します（保存され、検証可能であり、利用可能であることを保証）。
• コンセンサスモジュール: 取引の順序などを決定します（PoWなどは攻撃防止のメカニズムであり、コンセンサスの基礎ですが、コンセンサスの全てを代表するものではありません）。

実行環境レイヤー: ブロックチェーンの実行環境を提供します。

• 決済モジュール: 状態の約束を決済します。
• 実行モジュール: 個別の状態変換を計算します。

各レイヤーにおいて、二つのモジュールが同一のソリューションを採用することで安全性が高まり、信頼仮定が少なくなります。 例えば、決済と実行の両方がEthereumの安全性を採用することは、決済がEthereumを採用し、実行がArbitrum環境の安全性を採用するよりも優れています。

モノリシックブロックチェーンの代表にはEthereum自体、Solana、Binance Smart Chainなどがあり、Secured Rollupの代表にはArbitrum、Optimismなどがあり、DAレイヤーの代表にはCelestiaのDA、Polygon Availなどがあります。

ブロックチェーンのモジュールとコンピュータ構造を類推すると、次のようになります。

• ブロックチェーンの実行モジュール ⇒ コンピュータのオペレーティングシステム（実際に命令を実行する環境）
• ブロックチェーンのDAモジュール ⇒ コンピュータのメモリ（短期的なデータアクセスを実現）
• ブロックチェーンの決済とコンセンサスモジュール ⇒ コンピュータのCPU（ハードウェアが命令実行の正確性を保証）

今後の記事では、これらの「モジュール」を「レイヤー」と呼ぶことにしますが、実際にはモジュールです。

b) Webの発展からモジュール化のトレンドを予測する

私たちはWebの発展からブロックチェーンの未来のモジュール化の発展ルートを借りることができます。

ブロックチェーンネットワークは、実際にはより分散化され、より安定したクラスターであり、ノードが集まって計算能力を形成し、世界中に広がる大規模な信頼できるコンピュータを形成します。

ブロックチェーンのモジュール化の区分は、Web2の分散システム（分散データベースの分散とは異なる）に非常に似ています。本質的にはビジネスを分割し、下の図のUberのアーキテクチャに似ており、モジュールがそれぞれの役割を果たします。

Web2の分散システムとWeb3のブロックチェーンのモジュール化は、私たちに二つの考えるべき問題をもたらします。

• 分割: ブロックチェーンネットワークは、前述の二つのレイヤーと四つのモジュールに簡潔に分割されました。
• 接続: モジュール間の通信と安全性を保証すること。これが同源のモジュールがより高い安全性を持つ理由でもあります。なぜなら、追加の接続が不要で、プロセス中に露出する危険を回避できるからです。

分割の問題は明確に定義されましたが、接続の問題はモジュール化アーキテクチャに影響を与えます。安全性とユーザー体験をどのように向上させるかは、モジュール化ブロックチェーンが解決すべき問題かもしれません。

c) なぜモジュール化なのか？

モジュール化ブロックチェーンは、モノリシックブロックチェーンをデカップリングし、新しいネットワーク構造 = ArbitrumやStarkExのような異なるRollup + Ethereumのような基盤のメインネット。

彼らが向上させる重点は、もはや共通のコンセンサスとDAに結びついた従来のモノリシックブロックチェーンによって引き起こされるProof of Replicationを通じてDAを検証し保証する必要がないことです（性能を制限し、フルノードのサイズを大幅に増加させ、分散化に影響を与えます）。

これは、モジュール化ブロックチェーンネットワークがもはやモノリシックブロックチェーンのコンセンサスを巻き込む必要がなく、デカップリング後に専用のレイヤーを使用してDAを処理し、メインネットの安全性を優先し、余分な計算能力とストレージの浪費を減らし、スループットを向上させ、コンセンサスの問題のボトルネックを回避することを意味します。これにより、千TPSや万TPSをさらに向上させることができます。

全体的な性能がボトルネックを突破し、次の時代に進むことができるだけでなく、モジュール化ブロックチェーンには他にどんな顕著な利点があるのでしょうか？

より良いブロックチェーン

• 安全性: RollupレイヤーはEthereumなどの基盤の安全レイヤーの安全性を借用します。
• 実行性能: より高速な実行または/および決済モジュールを柔軟に採用できます。

開発におけるコンポーザビリティ

• 反復: モジュールのデカップリング。モジュールはより過激な提案とより迅速な革新を行うことができます。
• プラグイン可能: より多くのチェーン開発ソリューションと技術スタックの選択肢。

d) モジュール化の異なる実装？

モジュール化されたブロックチェーンネットワークは、非常に多くのタイプの「チェーン」の実践を構築することができ、主に三つの大きなカテゴリと無数の細分化された小カテゴリがあります。

• Rollup（SovereignまたはSecured Rollupなどを含む、前回の記事を参照。例えば、Ethereum/Celestiaの安全レイヤー + 実行環境/または単に実行モジュール。）

• Multi-Monolithic（例えば、Tendermint/Substrateの安全レイヤー + CevmosスタックとRecursive Rollupの実行環境。Celestia自体は実際にはこのアーキテクチャに属し、Cosmosエコシステムの一部です。）
• Subnet（最も自由にモジュール化されたブロックチェーンを組み立てることができ、安全性を継承するわけではなく、デプロイと開発の効率に重点を置いています。）

これら三つのモジュール化ブロックチェーンは、モノリシックブロックチェーンとは異なる大方向を持ち、それぞれの特徴も異なります。

• Rollup: 天下武功唯快不破、しかし技術の進捗は最も遅く、最も未成熟です。
• Multi-Monolithic: 共有された安全性、通信は組み合わせ可能で相互運用可能、アプリケーションチェーンは主権を持っていますが、性能は必ずしも良いとは限りません。
• Subnet: 秒速でデプロイでき、ソリューションは成熟していますが、安全性と分散化の程度は必ずしも良いとは限りません。
• Monolithic: 「完全な」自由度を持ちますが、ソリューションが重すぎて、全体のシステムが過度に結合されている可能性があります。

e) モジュール化概念の影響？

モジュール化ブロックチェーンの時代が到来した後、L1とL2の従来の概念は再定義されるかもしれません。

• モノリシックブロックチェーン: L1はEthereumなどのモノリシックブロックチェーンを指し、L2はEthereumの安全レイヤーと実行モジュールの組み合わせから成るRollupを指します。
• モジュール化ブロックチェーン: L0は社会的合意とL1への信頼仮定を指し、L1はモジュール化ブロックチェーンの安全レイヤー（DAとコンセンサス）を指し、L2はモジュール化ブロックチェーンの実行環境レイヤー（決済と実行）を指します。

それに加えて：

• 性能の測定: コンセンサスのTPSとTTFからDAのスループットの比較に変わります。
• 定義: ArbitrumのRollupのようなものに関しては、Arbitrumネットワーク = Arbitrumの実行環境 + Ethereumの安全レイヤーと決済モジュールです。Ethereum自体に関しては、Ethereumネットワーク = Ethereumの実行環境 + Ethereumの安全レイヤーと決済モジュールです。ソリューションがモジュール化されて解体できる場合、これらはすべてモジュール化ブロックチェーンの一種の実践と見なされます。そして、EthereumのようにL1に適したネットワークは、モジュール化ブロックチェーンネットワークと呼ばれることができます。
• トレンド: アプリケーションがより多くの機能を求め、運用コストを削減し、安全性を強化し、より大きな主権を求めるとき、アプリケーションは一連のモジュールの中から自分に適したソリューションを選択し、App-chainやApp-rollup、App-subnetを発展させることができます。

未来、恐らく各アプリケーションはモジュール化されたブロックチェーンになることを選ぶでしょう。

DA レイヤー

Rollupは安全性を保証するだけでなく、性能を向上させるので、なぜブロックチェーンをRollupの最適な土壌にしないのでしょうか？モジュール化ブロックチェーンは、ブロックチェーンをRollupのより良い基盤レイヤーにするものです。

RollupはDAレイヤーが性能に与える影響に注目させ、同時にRollupの出現は複数のRollupエコシステムを重視したモジュール化ブロックチェーンネットワークの概念を刺激しました。モジュール化ブロックチェーンは、ブロックチェーンがモノリシック時代のコンセンサスのボトルネックを越え、DAを重視したモジュール化の概念の時代に入ることを可能にします。

「Rollupは実行レイヤーをオフチェーンにし、次のステップはDAをオフチェーンにすることです。」

a) DA とは？

モジュール化されたブロックチェーンとRollupネットワークにとって、完全なデータはそこに存在し、使用可能であることを保証する必要があります。これによりネットワークの分散化と安全性が確保されます。

Current Data Availability: なぜブロック生成時に最新の状態根とtxデータが必要なのか？

新しいブロックを生成するためには、L1でこれらのデータをすべて公開する必要があり、他のノードが再実行して検証を行う必要があります。同時に、このプロセスは軽量クライアントの安全性を保証する必要があります（彼らはブロックヘッダーのみをチェックします！無効な取引を拒否しません）。

Archive Data Availability: ブロックが有効になった後、txデータはまだ保持され、利用可能であることを保証する必要がありますか？

必要です。例えば、数ヶ月前の取引を確認したい場合や、最初からノードを実行したい場合です。

Rollupとモジュール化ブロックチェーン: Rollupと将来の異なるモジュール化ブロックチェーンの実践にとって、Current Data Availabilityは何を意味しますか？

Optimistic Rollup: 新しいブロックを生成する際に、状態根データが利用可能である必要があり、検証のために、チャレンジ期間中にtxデータが利用可能である必要があります。これによりSequencerのチャレンジが可能になり、安全性が保証されます。

zk Rollup: Sequencerが逃げた場合、状態根データが必要で、状態を再構築し、資金を引き出す必要があります。

b) Current Data Availability

最新データの可用性は、ネットワーク自体の安全性と性能に影響を与えます。

DAについて言及する際、通常はこれを指します。

モノリシックブロックチェーン時代:

• DAソリューション: コンセンサスとDAがデカップリングされていないため、フルノードによるProof of Replicationに依存しています。
• データはそこに: 一連のフルノードが完全なデータを複製することによって保証されます。
• データ可用性: 線形の複雑性で完全なデータをダウンロードすることによってデータの可用性を検証します。
• txの有効性: 再実行によってtxの有効性を検証します。
• 問題: 冗長性が過剰であり、ノードが平均して一部のデータしか保存していない場合、データを失う確率が非常に高い**（誕生日の逆説に似ています）。

モジュール化ブロックチェーン時代:

• DAソリューション: 専用の独立したDAソリューション。
• データはそこに: 誤り訂正符号（CDや衛星が採用するデータ保護ソリューション）によってデータの可用性が保証されます。
• データ可用性: データ可用性サンプリングを通じてサブリニア時間内に検証されます。例えば、ブロックデータの1%だけをダウンロードすることで、99%のブロック可用性を保証できます。
• txの有効性: 誤り訂正証明（Optimisticメカニズムに似ています）や多項式コミットメント、さらには直接有効性証明（通常はzk証明と呼ばれます）を通じて、誤り訂正符号のエンコーディングが正しいことを保証し、txが有効であることを確認します。

c) Archived Data Availability

アーカイブデータの可用性は、ネットワーク自体の外部、例えばブロックチェーンブラウザなどのインフラに影響を与え、ネットワーク自体にとってはオプションかもしれませんが、ユーザーの使用にとっては必須です。

まず最初に説明すべきは、ArweaveやFilecoinのWeb3ストレージソリューションは、Current Data Availabilityに直接的なDAを提供できないということです。

• Arweave: SPoRA。実質的には摩尔定律の仮定と経済モデルに基づく確率的ストレージです（もちろん、すべては確率です…）。使用中は通常、データが「永続的」であることを確認するために十数ブロック待つ必要があり、即時DAを保証することができません。
• Filecoin: PoSt。ピアツーピアの分散ストレージネットワーク。データを保存するマイナーはデータを保持でき、分散化とDAを保証できません。
• IPFS: 主にインフラとして存在し、Polygon AvailやCelestiaのDAのネットワーク層で使用されています。

それに加えて、ArweaveとFilecoinは依然としてモノリシックブロックチェーンの多重コピー冗長モデルによってデータの可用性を保証しており、高効率なサンプリングメカニズムを確立するのは難しいです。

彼らは「メモリ」として最新データの可用性を提供するのには適していませんが、「ハードディスク」としてアーカイブデータの可用性を提供するのには適しています。現在、Web3にはよりモジュール化され、より集中した専用の「ハードディスク」が欠けています。

モジュール化ブロックチェーンの選択

私たちは今、万TPSプロジェクトのアーキテクトとして、アプリケーションのためにいくつかの選択を行い、適切なアプリケーションチェーンを組み合わせます。

a) DA レイヤーエコシステム

DAレイヤーは最近、非常に注目されている方向です。しかし、私たちの選択図から見ると、実際には「正しい」多くの先置選択を連続して行う確率はあまり高くなく、最終的にDAの選択に至ることになります。

プロジェクトが最も可能性の高い自社のプライベートDAC（性能 + 主権）またはサイドチェーンDAソリューションを採用することを除いて、DAソリューションには基本的に三つの選択肢があります。

• 最高の安全性: コンセンサスレイヤーと一致する、例えばDAとコンセンサスが共にEthereumまたはCelestiaを採用する。
• 極限のスループット: 安全性を犠牲にし、追加の信頼仮定を増やす、例えばオフチェーンデータ委員会（安全性とマルチシグと同様に、劣る）。
• 両者を兼ね備える: Restakingモデルを通じて、高い安全性と高いスループットを得る、例えばDataLayr。

DAソリューションの商業的構図は基本的に次のようになります。

• 商業モデル: アプリケーションチェーン向けに、DAを提供し、アプリケーションチェーンから「保護費」を受け取る。
• 競争: DAのソリューションの強さは実際には二つのレベルの比較: 安全性とスループットです。そして、スループットがより優れた者が容易に圧倒的な勝利を得ることができます。
• 価値捕獲: 実際には分析比較のための実例があまりないため、次のような問題を考えることができます。もしDAレイヤーの時価総額がアプリケーションチェーン（ChainlinkとDeFiアプリの関係のように）よりも大幅に低い場合、全体のプロトコルは安全性の短所を持つことになりますか？単独のDAレイヤーでは完全なアプリケーションエコシステムを形成できず、トークンはどのように価値を捕獲しますか？

b) 実行レイヤーエコシステム

モジュール化ブロックチェーンを高度に分業化されたキッチンに例えるなら、ブロックチェーンの性能は料理の提供速度であり、スループットが大きいDAレイヤーはより大きな鍋であり、より良い実行環境はより熟練したシェフであり、より多くの料理を作ることができます。

実行レイヤーのソリューションも基本的にいくつかの選択肢があります。

• 既存の成熟したソリューション: EVMおよびそのZKまたはOP変種、WASMおよびそのさまざまな変種など。
• 未来の先端ソリューション: FuelVM（ワークフローは下の図のように、したがってより速い）、AltLayerなど。

実行レイヤーに関しては、EVMは依然としてエコシステムが優れているため、将来的に主導的地位を維持すると思います。

先端実行レイヤーソリューションの価値捕獲に関しては、彼ら自身がOptimistic Rollupに非常に簡単に組み合わせることができ、アプリケーションエコシステムを形成します。したがって、価値捕獲において、彼らはDAレイヤーに対して天然の優位性を持っています。

c) コンセンサスレイヤーエコシステム

モジュール化ブロックチェーンにとって、コンセンサスレイヤーには以下が必要です。

• 安全性優先: 基盤の安定性と安全性を保証します。
• スマートコントラクト環境: チェーン上でさまざまな出力を検証するのに便利です。
• 社会的および経済的合意: 「名声のある」大規模なチェーンである必要があり、追加の信頼仮定が不要です。

したがって、私たちに残された適切な選択肢はあまり多くありません。

• 完全に適合: Ethereum、Cosmosなど。
• ぎりぎり適合: Bitcoin、Arweave（両者ともにチェーン上にチューリング完全なスマートコントラクトがなく、決済はアプリケーションチェーンで行われます）など。
• あまり適合しない: Solana（ネットワークが特に安定していない）など。
• おそらく最も適合: 未来のCelestia、未来のEthereum。

モジュール化ソリューションの考察

a) さらなる探求

DAレイヤー: 状態の爆発問題はネットワークの参入障壁を過度に高くし、ネットワークの分散化を弱めます。私たちがDAのセクションで述べたstatelessnessは、実際にはweak statelessnessに過ぎず、ブロック生成者のみが状態データを保存する必要があり、今後はすべてのノードが完全な状態データを保存する必要がないように、さらなる最適化が必要です。

実行レイヤー: 現在のモジュール化分業は、単に多くの実行レイヤー（Sharding）を開くことに過ぎず、ある実行レイヤーが満載になった場合、その性能はWeb3の要求を満たすことができません。したがって、私たちが拡張する必要があるのは、単一の実行レイヤーの性能（Parallelization）です。例えば、FuelやSolanaのように。

b) 需要と供給

App-chainの需要はどれくらいあるのでしょうか？

現在、人気のあるアプリケーションだけがApp-chainの需要を持っています。私たちはおそらく、より多くのユーザーをオンボードする必要があり、そうすることでモジュール化ソリューションに対する真の大量の需要が刺激されるでしょう。

同時に、私たちは無数のモジュール選択肢を見ており、最終的にどれが実際に積極的に使用されるかは、探求と選別のプロセスが必要です。

c) 安全性

モジュール化には二つの側面があります。分割と接続：

• 分割が全体のブロックチェーンネットワークに短所をもたらす可能性はありますか？攻撃者がその短所を攻撃するために必要な資金を大幅に減少させ、Curveプールの引き金のようにLunaのような悲劇を引き起こす可能性がありますか？
• システムが複雑になるほど、攻撃される可能性のある場所も増えます。モジュール間の「接続」に攻撃される可能性はありますか（もちろん、RollupブリッジはIBCブリッジよりも安全です）？（以前の記事で、私たちはコンポーザビリティの危険性について意見を述べました）

d) 体験

分散型のモジュール化システムは、実行レイヤーの違いによってユーザー体験と資金の分断を引き起こす可能性があります。同時に、開発ツールの違いによって開発者体験の分断が生じる可能性はありますか？MEVはどのように処理されますか？

e) 分久必合

AppleがIntelチップからmシリーズSoCに移行するのと同様に、モジュール化ブロックチェーンの比較的分断されたアーキテクチャは、数年後にエコシステムや体験の問題から再統一される可能性があります。モノリシックブロックチェーンは再び主導的地位に戻るのでしょうか？モジュール化ブロックチェーンは、Cosmos IBCのような相互運用プロトコルが登場するのでしょうか？

まとめ

現在、モジュール化ブロックチェーンは氷山の一角に過ぎませんが、すでに非常に繁栄しており、Ethereumに基づくSecured Rollup、Cosmos、Polkadot、Subnetなどが存在します。

ビットコインはブロックチェーンの概念であり、Ethereumはブロックチェーンの実践であり、モジュール化ブロックチェーンはブロックチェーンが広くエンジニアリングされ、実践される基盤となるでしょう。