Layer3はアプリケーションチェーンエコシステムの大爆発をもたらすことができるか？

著者：Cynic、LK Venture

TL;DR

1、Layer1 から Layer2 へ

• 技術的にスケーリングをどのように実現するのか？イーサリアムは、分散化とセキュリティを損なうことなくイーサリアムの拡張を実現する唯一の Layer2 ソリューションとして Rollup を見なしています。モジュール化の観点から見ると、Layer2 は実行を担当し、決済、コンセンサス、データの可用性は Layer1 に処理を委ねます。

2、Layer2 から Layer3 へ

• Layer2-Layer3 と Layer1-Layer2 の違いは何ですか？Rollup 技術はイーサリアムの計算ボトルネックを解決しましたが、データの可用性の問題は解決していません。上位層は取引データを圧縮して下位層に渡す必要がありますが、圧縮は繰り返し行うことができず、Layer2-Layer3 の性能は大幅な向上をもたらしません。
• Layer2 があるのに、なぜ Layer3 が必要なのか？Layer2 は分散化を維持し、汎用的な計算層として組み合わせ可能性を提供しますが、Layer3 は特定のアプリケーションチェーンとして、異なるアプリケーションの独自のニーズ（互換性、効率、プライバシーなど）を満たすべきです。
• 同じアプリケーションチェーンエコシステムで、Layer3 と Cosmos の違いは何ですか？Layer3 はイーサリアムエコシステムに依存しているため、ユーザーや資金を得やすいですが、イーサリアムとの高度な結びつきにより、一部の主権を失っています。例えば、トークンの価値捕獲など。

3、Layer3 から LayerX へ？

• Layer3 の発展状況：Arbitrum は 6 月 22 日に Orbit Chain を発表しました；zkSync は 6 月 26 日に数週間以内に ZK Stack を発表することを発表しました；Starknet エコシステムの madara は、ハッカソン期間中に 24 時間以内にプロジェクトを展開するのを支援しました。
• Layer3 が登場し、Layer4、Layer5 は遠くないのか？LK Venture は、技術的原理から見て、Layer3 は単純なスタッキングによって性能の飛躍を得ることができないと考えています。Layer1--2--3 の間のエコシステムの関連性は密接で（イーサリアムエコシステム）、相互運用性は従来の異種チェーン間よりも強いですが（クロスチェーンはより安価）、お互いにエコシステムの完全な継承を実現することはできません。イーサリアムのスケーリングの物語は、Layer3 で終わるかもしれません。

Layer1 から Layer2 へ：スケーリング

ブロックチェーンには、不可能な三角形が存在し、セキュリティ、分散化、スケーラビリティを同時に実現することはできません。イーサリアムは前者の二つを選択し、後者のサポートが不足しています。普段、イーサリアムでのスワップには $3-$4 のガス料金が必要ですが、取引量が急増するブルマーケットでは、スワップに近く $100 のガス料金がかかることもあり、混雑が非常に強くなっています。

先発優位性に基づいて築かれた巨大なエコシステムにもかかわらず、多くのスケーラビリティを主打ちする新しいパブリックチェーンが 2018 年以降に続々と登場しているにもかかわらず、イーサリアムは市場で絶対的な支配地位を占めており、人々はイーサリアムを基盤にしたスケーリングソリューションに目を向けています。

広く利用されているのは、サイドチェーン、Validium、Rollup の三つのソリューションであり、それぞれ異なる信頼仮定を持っています。

• サイドチェーンは Layer1 から独立して運営される独立したブロックチェーンで、双方向のブリッジを介してイーサリアムメインネットと接続されています。サイドチェーンは独自のブロックパラメータとコンセンサスアルゴリズムを持ち、効率的に取引を処理できますが、イーサリアムのセキュリティ属性を継承していません。
• Validium はオフチェーンデータの可用性と計算を使用し、オフチェーンで取引を処理してスループットを向上させ、オフチェーン取引を Layer1 で検証するためにゼロ知識証明をチェーン上に公開し、セキュリティを得ます。
• Rollup はオフチェーンで計算を行いますが、Layer1 をデータ可用性層として使用し、チェーン上に詐欺証明または有効性証明を公開することで、Layer1 のスマートコントラクト内で検証を行い、イーサリアムのセキュリティを継承します。

イーサリアムは Rollup を唯一の Layer2 ソリューションと見なしています。なぜなら、分散化とセキュリティを損なうことなくイーサリアムの拡張を実現するからです。モジュール化の観点から見ると、Layer2 は実行を担当し、決済、コンセンサス、データの可用性は Layer1 に処理を委ねます。

提出された証明の違いに応じて、Rollup は Optimistic Rollup と ZK Rollup に分けることができます。

Optimistic Rollup に関しては、Rollup は取引をバッチ処理し、バッチの取引、実行前の状態、実行後の状態を Layer1 にデプロイされた Rollup コントラクトに送信します。Layer1 は状態遷移プロセスを検証せず、Rollup が提出した初期状態が Layer1 コントラクトに保存されているものと同じであれば、楽観的に状態を Rollup が提出した新しい状態に遷移させます。詐欺行為の防止は詐欺証明によって保証され、一定期間の異議申し立て期間中に、他の検証者はその状態ルートに挑戦し、Layer1 の Rollup コントラクトに詐欺証明を送信できます。これにより、Rollup の状態は異議申し立て前の確定状態に戻り、合法的な状態を再計算し、結果に基づいて検証者に罰則が課されます。実際には詐欺のケースは非常に少ないため、楽観的な状態遷移は実際に大きな検証リソースを節約します。

ZK Rollup と Optimistic Rollup の違いは、状態の遷移が検証を必要とし、Layer1 の Rollup コントラクトではなく、コントラクト内で有効性証明 Validity Proof を検証することです。検証が完了すると、状態の遷移は即座に最終性を得て、最大一週間の異議申し立て期間を待つ必要はありません。

Optimistic Rollup 技術を使用しているプロジェクトの中で、最も成熟しているのは Arbitrum と Optimism で、どちらもメインネットで稼働しています。その中で、Arbitrum は詐欺証明を実現していますが、ホワイトリスト提出に限られています。一方、Optimism の詐欺証明はまだ開発中です。両者は、ソート業者と検証者の分散化を含む分散化プロセスを積極的に進めています。L2Beat のデータによると、2023 年 6 月 26 日時点で、Arbitrum One と Optimism の TVL はそれぞれ $5.81B と $2.25B です。他に Optimistic Rollup 技術を使用しているプロジェクトには、Boba Network、Zora Network、Layer2.finance、Fuel、BNBOP、Coinbase などがあり、その一部は Optimism チームがオープンソースで提供している OP Stack を使用して開発されています。

ZK Rollup 技術を使用しているプロジェクトの中で、主に仮想マシンをサポートしているのは zkSync Era、StarkWare、Polygon zkEVM などで、現在はメインネットに上場しており、TVL はそれぞれ $618M、$68.11M、$42.65M です。特定のタイプの取引のみをサポートしているのは dydx、Loopring、zkSync Lite などで、TVL はそれぞれ $350M、$98.47M、$97.69M です。現在、ZK Rollup の発展方向は、より良いイーサリアム互換性であり、開発中の zkEVM プロジェクトには Taiko、Scroll、Linea などがあります。

Layer2 から Layer3 へ：カスタマイズ

Layer2: 100x, Layer3: 100x²=10000x?

Layer1 から Layer2 へ、コストは 1/100 に削減されます。したがって、Layer2 で同じ操作を行って Layer3 を構築することを考えるのは自然です。Layer3 のコストは 1/10000 に下がるでしょう。しかし、残念ながら答えは否定的です。

Rollup は実行をオフチェーンに移すことで、確かにイーサリアムの計算問題を解決しました：L1 ノードはもはやバッチ内の各取引を実行して状態遷移の正確性を検証する必要がなく、暗号学における再帰的証明技術のおかげで、計算は無限の性能を得るために再帰的に行うことができますが、データの可用性はスタッキングできません。Layer2 はパッケージ化された取引データを calldata 形式でイーサリアムのスマートコントラクトに渡す必要がありますが、パッケージ化された取引データは圧縮処理されても、同じ方法で二度圧縮することはできません。Layer3 の取引データも最終的には Layer1 に提出する必要があります（そうでなければセキュリティを継承できません）が、取引の圧縮程度はこれ以上低くすることはできないため、データの可用性の面ではスタッキングによってコストを削減することはできません。

したがって、Layer3 は単純なスタッキングの道を歩むことはできず、StarkWare チームが提案したソリューションはカスタマイズであり、Layer3 と Layer2 が異なる機能を担うことです。

Layer2 があるのに、なぜ Layer3 が必要なのか？

イーサリアムはセキュリティと分散化を提供し、Layer2 はスケーラビリティを提供します。これにより、ブロックチェーンの三難のジレンマを解決したと言えますが、なぜ Layer3 が必要なのでしょうか？

Layer3 の概念は、StarkWare チームが記事《Fractal Scaling: From L2 to L3》で最初に提唱しました。StarkWare チームは、この階層構造とカプセル化の考え方が、コンピュータサイエンスの活力を維持する核心的な要素であると考えています。さらに、Layer2 の仮想マシンは分散化を維持し、汎用的な計算層として組み合わせ可能性を提供しますが、Layer3 は特定のアプリケーションチェーンとして、異なるアプリケーションの独自のニーズを満たすべきです。チューリング完全性は階層化の良好な基盤を築き、一度チューリング完全性を持つと、理論的にはその上にあらゆる可能なアプリケーションを作成できます。

実際には、Layer2 はその汎用性を維持するために、必然的に一部の妥協を行い、すべてのアプリケーションのニーズを満たすことはできません。最も直接的な例は、StarkWare がより効率的に証明を生成するために Cairo 言語と CairoVM を開発したことで、イーサリアムとは互換性がありません。この場合、Layer3 チェーンがそのセキュリティを解決することができます。

可能な Layer3 のユースケースには以下が含まれます：

• 互換性：Layer2 の仮想マシン上に他の言語のインタープリターを実装することで、他の仮想マシンとの互換性を持たせる。
• 効率：アプリケーションが超高 TPS（例えばゲーム、ソーシャル）を追求する場合、一部のセキュリティを譲渡し、Validum ソリューションを使用して Layer2 で決済することを検討できる。アプリケーションは自分のニーズに応じて取引フォーマットをカスタマイズし、より高い圧縮率を実現することもできます。
• プライバシー：専用のプライバシーチェーンを構築し、Layer2 で決済しますが、公開観測されることはありません。

さらに、アプリケーションチェーンは専用であり、他のアプリケーションからの直接的な影響を受けないため、チェーンの性能とコストは比較的確定的です。また、ブリッジ取引は直接 Layer1 に送信する必要がなく、コストが低く、L2-L3 と L3-L3 のブリッジングはより安価です。バッチ取引の提出において、Layer3 には明らかな利点があり、バッチ取引を提出するために必要な固定ガスが低く、より多くの取引が一緒に提出されるのを長時間待つ必要がなく、平均ガスを低下させることができ、Layer2 に存在する確認時間とコストのジレンマを大幅に緩和できます。

同じアプリケーションチェーンエコシステムで、Layer3 と Cosmos の違いは何ですか？

Cosmos はアプリケーションチェーンの概念を最初に提唱したプロジェクトであり、Cosmos SDK を通じて、ユーザーは自分のアプリケーションチェーンを簡単にカスタマイズして発行できます。Cosmos IBC は、インターネットの TCP/IP プロトコルに対抗するもので、Cosmos SDK を使用して構築されたアプリケーションチェーンにネイティブな相互運用性を提供します。簡単に言えば、Cosmos のビジョンは、万のチェーンが相互に接続されたブロックチェーン宇宙を構築することです。

Layer3 も相互運用性に力を入れています。同じ技術アーキテクチャと低コストの取引により、Layer3 同士のクロスチェーンは無信任、迅速かつ安価な特徴を持つため、Layer3 同士の流動性は共有されていると考えられます。相互運用性の観点から見ると、Layer3 と Cosmos がもたらす機能はほぼ同じです。

LK Venture の投資研究チームは、Layer3 と Cosmos の最大の違いは、イーサリアムエコシステムとの結びつきにあると考えています。これは利点でもあり、欠点でもあります。

利点について言えば、主にイーサリアムエコシステムの巨大な流動性とユーザー数です。

Cosmos は技術的に強力で、多くの大手企業の発チェーンの選択肢ですが、市場占有率の低い運命から逃れることはできません。DeFiLlama のデータによると、2023 年 6 月 26 日時点で、イーサリアムの TVL は $26.2B であり、Cosmos エコシステム全体は近く $1B に過ぎません。Layer3 が成功するためには、イーサリアムエコシステムが重要な要素です。

欠点について言えば、主にイーサリアムとの高度な結びつきにより、一部の主権を失うことです。

Cosmos チェーンを使用する場合、トークンモデルはプロジェクト側がニーズに応じて自主的に設計しますので、トークンのエンパワーメントが強力です。しかし、Layer3 チェーンのネイティブトークンはイーサリアムの制約を受けます。プロジェクト側はネイティブトークンをガス代トークンとしてエンパワーメントすることができますが、最終的に取引データがイーサリアムに提出されるために消費されるのは $ETH であることは否定できません。したがって、ガス代トークンが $ETH ではなく、自ら発行したネイティブトークンである場合、プロジェクト側はネイティブトークンを $ETH に交換し続けて提出する必要があり、最終的なエンパワーメントは $ETH に移転されます。

Layer3 のもう一つの特徴は、Layer3 上で行うことは実際には Layer2 に移行可能であり、DA 層の選択にのみ依存します。

もし Layer3 が依存している Layer2 にセキュリティの脆弱性が発生したり、活性度が低下した場合、Layer3 は低コストで他の Layer2 に移行することができ、さらには直接 Layer1 に依存して DA と決済を行い、Layer2 になることも可能です。イーサリアムエコシステムとの高度な結びつきにより、Layer3 では多くの革新的なプレイが生まれる可能性があります。

Layer3 から LayerX への展望

Layer3 の発展状況

6 月 22 日、Offchain Labs は Arbitrum Orbit Chain を発行するためのツールを発表しました。Orbit Chain は Arbitrum Layer2 の上にある Layer3 で、Arbitrum One、Arbitrum Nova、Arbitrum Goerli のいずれかの Layer2 を選択して決済を行うことができます。ユーザーは Rollup または Anytrust 技術を使用することを選択でき、その違いは Anytrust が DAC を使用し、取引データをチェーン上に提出する必要がないため、価格がより低廉ですが、セキュリティがやや弱いことです。Orbit Chain の利点は、そのシンプルな発行プロセス、Arbitrum エコシステムとの相互運用性、Nitro の即時更新、および Stylus が提供する EVM+ 互換性（Rust、C、C++ で記述され、WASM 仮想マシンで実行される）です。ユーザーは任意の Orbit Chain をカスタマイズして発行できますが、必ず Arbitrum Layer2 で決済する必要があり、そうでなければ Offchain Labs または Arbitrum DAO に連絡して承認を得る必要があります。

6 月 26 日、zkSync は記事を発表し、今後数週間以内に既存のオープンソースコードを修正し、ユーザーがカスタマイズして自分の ZK スーパーチェーンを構築できる ZK Stack を発表することを宣言しました。Arbitrum の Orbit Chain とは異なり、ZK Stack は主権と相互運用性を強調しており、ユーザーはニーズに応じて完全にカスタマイズでき、ZK Stack を使用して構築されたチェーンはブリッジなしで相互運用性を実現できます。ZK Stack は Layer2 の構築にも使用でき、Layer3 の構築にも使用でき、公式には制限を設けておらず、必ずしも zkSync で決済する必要はありません。この点から見ると、ZK Stack が提供する主権はより強いようです。

Layer3 の概念を最初に提唱した StarkWare チームは、その Starknet エコシステム内でも Layer3 の発展を大いに育成しており、Madara は一般向けの Stack のテストを行っています。@PragmaOracle ハッカソンでは、あるチームが Madara を利用して 24 時間以内にアプリケーションチェーンの発行を完了しました。しかし、Starknet は独自の zk-STARK 証明技術を採用しているため、技術の成熟度は相対的に低く、製品を完成させるためにはさらに長い開発時間が必要であり、その後一般に Starknet Stack を公開する予定です。

現在、Layer3 エコシステムはまだ初期段階ですが、各 Layer2 の便利な発行ツールの登場により、すぐに Layer3 が正式に稼働することが期待されます。基盤インフラが徐々に整備される中で、ユーザーをどのように引き付けるかがすべてのチェーンの最も関心のある問題となっています。

Layer3 が来た、LayerX は遠くないのか？

技術的原理から見ると、Layer3 は単純なスタッキングによって性能の飛躍を得ることができません。もちろん、Layer3 はカスタマイズによって特定の利点を得ることができますが、汎用性の喪失はさらなる重ね合わせを困難にします。もちろん、意欲があれば、この階層化の重ね合わせは無限に行うことができますが、LK Venture の投資研究チームは、現時点ではこの重ね合わせがどのニーズも満たすことはできず、同時にシステムの複雑さが幾何級数的に増加することになると考えています。

最も重要な点は、Layer1-Layer2-Layer3 の間のエコシステムの関連性は密接で（イーサリアムエコシステム）、相互運用性は従来の異種チェーン間よりも強いですが（クロスチェーンはより安価）、お互いにエコシステムの完全な継承を実現することはできません。Arbitrum One にデプロイされたコントラクトは、直接 Orbit Chain で呼び出すことはできません；zkSync にデプロイされた DEX の流動性は、直接 ZK Stack に集約されることはありません。

現在の状況は、商業施設がすでに建設され、ますます高くなっていますが、商人や顧客はあまりいません。底層の商人は満員ですが（イーサリアム）、人々は高層の商業施設に行くことを望んでいません。なぜなら、高層の商人の数は底層よりも少ないからです。

したがって、LK Venture の投資研究チームは、ブロックチェーン技術が超大規模に適用される前に、Layer3 は高いユーザー数を得ることが難しいと考えています。Layer4、Layer5……LayerN に関しては、特定のニーズを持つアプリケーションがあっても、LayerN の旗を掲げて宣伝することはないと信じています。

古語に曰く：道は一を生み、一は二を生み、二は三を生み、三は万物を生む。イーサリアムのスケーリングの物語は、Layer3 で終わるかもしれません？それを検証するには、まだ時間が必要です。