Amber Group：なぜモジュラーブロックチェーンが未来なのか？

原文タイトル：モジュラー設計は未来か？
原文著者：ロバート・マクテイグ
編訳：倩雯，ChainCatcher

過去10年はスマートフォンが進化し続けた10年でした。その時、大手企業のいくつかは、モジュラーアーキテクチャを導入することでスマートフォンの発展を変革できると考えていました。2013年、GoogleはプロジェクトAraを発表しました。これはモジュラー設計を使用したスマートフォンです。Araは、現在使用されている一体型のアルミニウムとガラスのスマートフォンとは異なり、ユーザーは重要なコンポーネントがモジュール化されているため、多様なカスタマイズが可能です。これにより、ユーザーは定期的にスマートフォンを更新する必要がなく、好みに応じて最新の部品を古いスマートフォンに追加するだけで済みます。

スマートフォンのエコシステムにおいて、モジュラーは成功しませんでした。この概念は、テクノロジーの歴史の中でほとんど忘れ去られています。しかし、モジュラーという概念はブロックチェーンの分野で再び浮上しています。今回は、その運命が異なるかもしれず、ブロックチェーンの発展の歴史に鮮やかな一筆を加えるかもしれません。

一体型 とモジュラー

スマートフォンにはカメラ、バッテリー、タッチスクリーンなどのコアコンポーネントがあります。同様に、ブロックチェーンにもコアコンポーネントがあります。スマートフォンは一体型の良い例です。スマートフォンを使用するために必要なすべての部品が装備されており、あまりカスタマイズの選択肢は提供されていません。しかし、時間が経つにつれて、より良いカメラを体験したい場合は、新しいスマートフォンを購入する必要があります。モジュラーアーキテクチャがあれば、無駄な出費をする必要はありません。代わりに、スマートフォンの部品を交換するだけで済みます。

スマートフォンと同様に、ブロックチェーンは複数の基本コンポーネントで構成されています ：

コンセンサス：ブロックチェーンのコンセンサス層は、コンピューターネットワークを通じてチェーンの状態に合意し、順序付けと最終結果を提供します。

実行：この層は、指定されたコードを実行して実際の取引を処理します。また、ユーザーが通常ブロックチェーンと対話する場所でもあります。たとえば、取引に署名したり、スマートコントラクトを展開したり、資産を移転したりします。

決済：決済層は、rollupや決済層を含むL2上の活動を検証します。これは、実際のブロックチェーンの最終状態を記録する場所です。

データの可用性：状態遷移の有効性を検証するために必要なデータを公開し、保存します。攻撃や操作ミスが発生し、ブロック生産者が取引データを提供できない場合、最も簡単に回復および検証できるべきです。

一体型の欠点

簡単に言えば、一体型ブロックチェーンは1つのソフトウェアでこれらすべてのタスクを独自に実行しますが、モジュラー型ブロックチェーンはそれらを複数のソフトウェアに分離します。

これは、古くからの問題であるスケーラビリティの三難問題に戻ります。

既存の一体型ブロックチェーンは、三角形の中でセキュリティとスケーラビリティを最適化する傾向があります。ビットコインやイーサリアムは、可能な限りの分散化とセキュリティの向上を強調しています 。 しかし、それに伴い取引処理の性能が不足しています 。 分散型のチェーンは通常、取引を実行するための高帯域幅を持っていません。イーサリアムの上限は毎秒20件の取引であり、ビットコインの上限はそれよりも低いです。これらのプロトコルを世界規模で使用したい場合、毎秒20件の取引では全く足りません。一部の一体型チェーンは、少なくとも理論的には、TPSと全体的なスループットが十分であるため、世界規模に近づくことができますが、分散化が欠けていることが多いです。したがって、 モジュラーアーキテクチャの目的は、ブロックチェーンのいくつかの作業を外部委託し、分散化を維持しながら、より性能の良いチェーンを作ることです。

イーサリアム中心のエコシステム

イーサリアムは現在、一体型ブロックチェーンです。ほとんどの他のL1ブロックチェーンも一体型ブロックチェーンに分類されます。スマートフォンの例のように、一体型ブロックチェーンのいくつかの機能は、時折新しく発表されたチェーンに遅れをとることがあります。イーサリアムが現在直面しているスループットのボトルネックを解決するために、開発者は取引帯域幅を増やすためにrollup実行層を構築しています。

rollup実行層は、現在イーサリアム上で最も広く使用されているスケーリング手法です。これは独立したブロックチェーンであり、より強力な取引実行能力を持ち、その純結果はイーサリアム上で決済され、イーサリアムの（より良い）セキュリティと分散化を効果的に引き継ぎます。

高いレベルで言えば、rollupはブロックチェーンであり、そのブロックの純結果を別のブロックチェーンに公開します。それに加えて、rollupは詐欺と有効性の証明が必要であり、許可なしに取引を挿入する方法も必要です。これを実現するために、rollupはL1とL2の2つのスマートコントラクト間でデータを同期させます。これがrollupとサイドチェーンの違いです。これらの重要なコンポーネントはrollupのセキュリティにとって非常に重要であり、これらがなければrollupは停止または検閲される可能性があります。

例：Optimism, Arbitrum, Fuel, Scroll, ZkSync

現在、ほとんどのrollupはEVM互換性を備えており、イーサリアム開発者が便利に移行できるようにしていますが、計算効率や開発の便利さに関しては、他の実行層がより良いパフォーマンスを発揮するかもしれません。ユーザーが望む機能は、アカウント抽象化のようにEVM互換チェーンには存在しないかもしれません。開発者の好みが広範囲にわたることを考えると、この傾向は続く可能性があり、SolanaVMやMoveVM実行層のような新しいソリューションが市場に登場するのを見ることになるでしょう。

Fuel

FuelはEVMと互換性のない実行層であり、他のrollupでは実行できない計算を実行できます。Fuelはまた、最初の「モジュラー実行層」であり、主権rollup、決済チェーン、さらには一体型チェーンになることができます。R ollup は実行層に過ぎませんが、F uel はより多くの用途があります **。Fuelは、実行層が創造的であり、EVM互換性よりも計算速度を優先できることを示しています。

Kindelia

Kindeliaは、最も速い計算層の1つであるだけでなく、その仮想マシンを利用した独自の証明システムを備えています。KindeliaのHVMは、Kindというスマートコントラクト言語に組み込まれたほぼ瞬時の証明チェッカーを提供します。Kindは不可欠であり、スマートコントラクトがそのコード内でコードが安全であり、悪用されておらず、正しく動作していることを証明できます。このタイプの設計は、スマートコントラクトのコーディングミスの問題を解決できます。

Validium

Validiumは、データをチェーン外に移動し、チェーン上に保存しないrollupシステムです。R ollup システムの全体的な効率は、そのデータ可用性層の能力に大きく依存します。その層がrollup取引ソーターによって生成されたデータを処理できない場合、取引処理のボトルネックが発生します。したがって、rollupシステムは余分な取引を処理できず、手数料の増加や実行時間の遅延を引き起こします。

Validiumはオフチェーンソリューションを使用しており、信頼に関する仮定が増えます。イーサリアムのデータ可用性層を改善するためのオンチェーンソリューションを望む場合、Dankshardingを検討できます。

Danksharding

Dankshardingは、イーサリアムと統合して決済とデータアクセスのための効率的なプラットフォームにすることができます。その革新性は、複数の概念を統合できることにあります。Rollupの証明とデータ検証が同じブロック内で行われ、システムがシームレスで効率的になります。正常に機能させるために、rollupは大量の圧縮データを保存する必要があります。Dankshardingはこの要求に対する解決策を提供し、複数のrollupに数百万TPSの可能性を提供します。

Dankshardingは、ネットワーク活動を シャーディングする 技術であり、データブロックのスペースを増やします。データブロックは、イーサリアムにおけるより効率的で標準化されたデータ形式であり、大量のデータを保持でき、rollupによって手数料を削減するために使用されます。Dankshardingは「データ可用性サンプリング」を利用し、ノードが大量のデータを検証するために一部だけをチェックできるようにし、将来のより安価で迅速なL2ネットワークの出現に向けた動力を提供し、イーサリアムの直接取引を実現します。

Dankshardingは、イーサリアム自体のすべてのセキュリティと分散化を引き継ぎます。しかし、この技術には欠点もあります。イーサリアムの発展速度が比較的遅いため、Dankshardingをイーサリアムに正しく実装するまでに数年かかる可能性があります。EIP-4844はProto-Dankshardingを導入する計画であり、これはDankshardingを実現するための第一歩です。EIP-4844は、イーサリアムのパフォーマンスを向上させるためにデータブロックを保持できる新しい取引を導入します。この専用のrollupデータストレージは、よりコスト効率の良い手数料市場への道を開きます。

迅速なデータ可用性層を望むが、Dankshardingのリリースを待ちたくない場合はどうすればよいでしょうか？Celestiaがその答えかもしれません。

Celestia中心のエコシステム

Dankshardingを待てないプロジェクトにとって、1つの可能な選択肢は、オフチェーンデータ可用性ソリューションを利用することです。Validiumは「データ可用性委員会」（DAC）を利用してデータの可用性を証明します。しかし、この方法は分散化されておらず、安全でもありません。なぜなら、複数の署名に依存しており、DACが現在誠実であるか、過去に誠実であったかを検証する方法がないからです。

CelestiumはDACよりも安全な選択肢を提供します。Celestiumを使用する場合、データの証明はCelestiaの検証者グループ全体のステークに依存します。つまり、⅔の検証者が不正確な情報を提供した場合、彼らは罰せられ、大きな金額を失う可能性があります。この即時メカニズムは非常に厳格であり、DACには存在しない罰則のない状況とは全く異なります。

さらに、ユーザーはブロック上でデータ可用性サンプリングを実行し、量子重力橋をチェックすることで、Celestiaの誠実性を検証できます。量子重力橋は、Celestiaとイーサリアムの間の信頼のない一方向メッセージングブリッジです。

CelestiumとDankshardingは、すべてのデータの悪意のない性質を検証するためにデータ可用性サンプリング（DAS）を利用しています。DASは、ノードがランダムな断片をダウンロードしてブロックの可用性を確保し、任意の部分が失われた場合に警告を発します。この警告システムは、詐欺証明のDASメカニズム（Celestiaのような）の1つの側面に過ぎません。Dankshardingのような有効性証明DASメカニズムの下では、警告システムは必要ありません。なぜなら、有効性証明が消去コードとコミットメントの正確性を保証するからです。これらのメカニズムは、ブロックデータを隠す可能性を低下させ、多くのノードがランダムにブロックをチェックすることを保証します。

データサンプリングは、CelestiaとDankshardingが非常に安全である理由です。少なくともユーザーは問題をすぐに発見できますが、DACのようなブラックボックスでは問題が隠される可能性があります。

主権 rollup：Fuelの例

主権 rollup は、イーサリアムの従来の rollup とは異なり、L1のスマートコントラクトに依存してブロックを検証し、チェーンに追加することはありません。代わりに、ブロックは生データとして直接チェーンに公開され、rollup上のノードがローカルの分岐選択ルールを検証して正しいチェーンを見つけます。これにより、決済の責任がL1からrollupに移転します。

従来のrollupとは異なり、主権rollupとCelestiaの間には信頼最小化の橋が構築されていません。これは、ユーザーができるだけ信頼最小化された橋を望むため、負の要因と見なされるかもしれませんが、主権rollupが分岐を通じて独立してアップグレードする道を持つことは確かに利点です。これにより、調整が容易になり、非主権rollupが提供するアップグレードよりも安全になります。技術的には、これはrollupとは見なされません。なぜなら、rollupは通常、統一された決済とデータ可用性層を意味するからです。そのため、主権rollupは単に主権ブロックチェーンとも呼ばれます。

開発者がCelestia上で主権rollupをより便利に作成できるように、CelestiaはTendermintの代わりにRollmintをコンセンサスメカニズムとして作成しました。これにより、rollupはTendermintプログラムを介さずに直接Celestiaにブロックを公開できます。この設計により、チェーンの背後にあるコミュニティは完全な主権を持ち、他の権威に束縛されることはありません。これは、イーサリアム上のスマートコントラクトやrollupの背後にあるコミュニティとは異なり、イーサリアムコミュニティの社会的合意に縛られています。

決済rollup：Fuel、Cevmos、dYmension

決済rollupは独立したモジュール化された決済コンポーネントを持っています。現在、rollupはイーサリアムのメインチェーンを利用して決済を行っていますが、それ以外にも他のソリューションがあります。イーサリアムチェーンは、他の非rollupアプリケーションと共有され、スマートコントラクト取引に使用されるため、その容量が縮小し、専門性が欠けています。

理想的なrollup決済層は、rollupスマートコントラクトとrollup間の単純な送金のみを許可し、非rollupアプリケーションによる取引決済や高額な手数料を禁止すべきです。

Celestiaの設計は、開発者に実行層rollupを構築するための標準的なグローバル状態コンセンサス層を提供し、単一の信頼最小化クラスターの一部として機能します。また、同じグローバル状態コンセンサス層上でrollup間の信頼最小化ブリッジを実現するという、現在のアーキテクチャには存在しない新しい概念です。開発者がこの新しいクロスrollupモデルを採用するかどうかは、今後の観察に委ねられます。

決済チェーンの例にはCevmos、Fuel、dYmensionが含まれ、PolygonはCelestiaと競争するためにモジュラーアーキテクチャを発展させています。Polygonのモジュラー設計では、Polygon Availがデータ可用性とコンセンサスのモジュール化コンポーネントとして機能し、Polygonブロックチェーンが決済層となります。

一体型ブロックチェーン

モジュラー型ブロックチェーンに関する多くの記事は、より新しいモジュラーソリューションと比較して、一体型L1は時代遅れの技術であると主張しています。しかし、この見解は完全には成立しません。なぜなら、これらのスケーリングソリューションの主な問題の1つは、全体のシステムにさらなる信頼の問題を追加することだからです。私たちは、ほとんどのDACやValidiumが安全でない可能性があることを議論しましたが、この問題は実行層（つまりrollup）にも及ぶ可能性があります。

今日、最も広く使用されているrollupのいくつかは、真の分散化を実現していませんが、数十億ドルのセキュリティを確保しています。さらに、モジュラーコンポーネント間のブリッジ、主に主権rollupも、クロスチェーンブリッジが直面する不安全性に直面します。最後に、モジュラーなスタックの上で開発を行うことは複雑性を増し、一部の開発者にとっては挑戦となる可能性があります。私たちは最終的にrollupがこれらの問題を解決し、十分な分散化を実現することを望んでいます。しかし、一体型L1もオフチェーンソリューションを使用せずに革新を試みており、その間に同様に分散化される可能性があります。

まとめ

KindeliaやFuelのような実行層は、速度と新機能の実現に注力しているため、特にユーザーの成長を実現するでしょう。これにより、それらの上に構築されたアプリケーションが革新を実現できるようになります。

しかし、これらのモジュラー設計の中には、まだテストされていないものが多く、一部のモジュラー型ブロックチェーン設計は広く採用されない可能性があります。CelestiaとDankshardingの広範な採用に伴い、Validiumは完全に淘汰される可能性があります。Celestiaの主権 rollup は、既存の L1 と同様のブリッジ問題に直面する可能性があり、安全性や複雑性の問題から採用が妨げられるかもしれません。

分散化されたモジュラー型ブロックチェーンは、今後も長い発展の道を歩むでしょう。その間、一体型ブロックチェーンは引き続き機能し、革新を続けます。モジュラー型ブロックチェーンが広く採用される最終的な時点で、一体型ブロックチェーンの発展の状況も完全に異なる可能性があります。要するに、私たちは拡張ソリューションが既存のブロックチェーンに流動性とユーザーサービスを提供する必要があり、長期的にはモジュラー型ブロックチェーンアーキテクチャが最良の方法である可能性があります。