イーサリアムブロックチェーンはモジュール化に進化しています。

モジュラー型ブロックチェーンの概念

モジュラー型ブロックチェーンは、少数の責任を処理し、残りの部分を1つまたは複数の独立したレイヤーにアウトソーシングすることに焦点を当てたブロックチェーンです。モジュラー型ブロックチェーンは、以下の単一のタスクまたは組み合わせタスクを処理するために使用できます：

実行：トランザクションの実行をサポートし、スマートコントラクトのデプロイと相互作用を実現します。

データの可用性：トランザクションデータの可用性を保証します。

コンセンサス：トランザクションの内容と順序を許可します。

決済：トランザクションを完了し、争議を解決し、証明を検証し、異なる実行レイヤー間でブリッジを行うために使用されます。

モジュラー型チェーンは通常、2つ以上の相互依存する機能を実行します。たとえば、データ可用性レイヤーはデータの順序について合意に達する必要があります。そうでなければ、どのデータが履歴の正しいバージョンを表しているかを知ることはできません。

モジュラー型ブロックチェーン設計の利点

スケーラビリティ：ブロックチェーンにモジュラー型を使用することで、害のある信頼仮定を導入することなくスケールを増やすことができます。

新しいブロックチェーンの立ち上げが容易：モジュラー型設計を活用することで、新しいブロックチェーンをより迅速に立ち上げることができ、アーキテクチャのすべての側面を正しく保つ必要がありません。

柔軟性：特別に構築されたモジュラー型チェーンは、トレードオフと設計の実現に対してより多くの選択肢を提供します。たとえば、モジュラー型ブロックチェーンシステムは、安全性とデータ可用性に焦点を当てたモジュラー型チェーンを含むことができ、他のものは実行に焦点を当てることができます。

モジュラー型ブロックチェーン設計の欠点

安全性：単一のチェーンとは異なり、モジュラー型ブロックチェーンは自らの安全性の質を保証することができません。コンセンサスとデータ可用性を処理する安全レイヤーが無効である場合、モジュラー型ブロックチェーンは失敗のリスクに直面します。

複雑性：モジュラー型ブロックチェーン設計の実施は、新たな複雑性をもたらします。たとえば、イーサリアムのデータシャーディング計画は、特定のシャード上のノードがデータを隠蔽しないことを保証するためにデータ可用性サンプリングに依存しています。同様に、実行レイヤーは、セキュリティレイヤーがオフチェーンの状態遷移の有効性を保証できるように、詐欺証明や有効性証明などの複雑なメカニズムを作成する必要があります。

トークンの価値：アプリケーションが限られているため、一部のモジュラー型ブロックチェーンのネイティブトークンは価値を吸収できない可能性があります。たとえば、実行レイヤーに比べて、コンセンサスとデータ可用性レイヤーにのみ焦点を当てたユーティリティトークンの用途は非常に少なく、そのようなネットワークに参加者を引き付けることがより困難になる可能性があります。

イーサリアムのモジュラー型形式：シャーディングとロールアップ

ビットコインなどの第一世代のブロックチェーンと同様に、イーサリアムも最初は単一のブロックチェーンとして設計されました。しかし、ネットワークのパフォーマンスを向上させ、スケーラビリティと持続可能性を高めるために、イーサリアムネットワークは現在、モジュラー型フレームワークに移行しています。

シャーディングは、システム（たとえば、データベース）を複数の部分に分割して実行するプロセスです。複数のコンポーネントに機能を分配することで、システムはより多くの出力と効率を実現できます。ブロックチェーンネットワークでは、シャーディングはブロックチェーンを複数のサブチェーンに分割し、サブチェーンがネットワーク活動の異なる部分を処理します。

イーサリアムのシャーディング設計では、64本のシャードチェーンが並行して実行されます。シャーディングはトランザクションを並行処理することも（実行シャード）、異なる部分のブロックチェーンデータを保存するために使用されることもあります（データシャード）。データシャーディングを使用することで、イーサリアムノードは自分のシャードチェーン上に公開されたデータのみを保存します --- --- これは、現在の構造とは対照的で、現在の構造ではすべてのノードが同じデータを保存する必要があります。

イーサリアムのビーコンサインとシャードチェーンの関係

シャーディングは異なるコンポーネント（シャードチェーン）が異なる責任を処理するモジュラー型形式です。データシャーディングでは、シャードチェーンがイーサリアムデータの異なる部分を保存し、実行シャーディングは各シャードチェーンが自身のトランザクションのセットを処理できるようにし、データスループットを増加させ、処理時間を短縮します。

一部の開発者は、イーサリアムを拡張するためにロールアップ中心のアプローチを採用しています。純粋なオフチェーン拡張ソリューション（たとえば、サイドチェーン）とは異なり、ロールアップはメインチェーンと密接に結びついています。決済、コンセンサス、データ可用性を保持しつつ、イーサリアムブロックチェーンは計算をロールアップにアウトソーシングします。イーサリアムがL2ロールアップの基盤層として機能することで、ロールアップは分散化や安全性を損なうことなく、より速いブロック時間と大きなブロックを通じて実行を積極的に最適化できます。

イーサリアム（L1基盤層）とロールアップ（L2）のモジュラー型ブロックチェーンアーキテクチャにおける機能

イーサリアムのモジュラー型技術スタックの発展過程

イーサリアムのモジュラー型技術スタックの発展過程は以下の通りです：

1. 単一のブロックチェーン：イーサリアムL1またはメインチェーンを表し、単一のブロックチェーンです。

2. ロールアップ：実行レイヤーのL2ソリューションとして機能し、ArbitrumやOptimismなどがあり、実行レイヤーをイーサリアムL1から移し、ステートルートとロールアップデータを発行し、イーサリアムL1に戻します。

3. モジュラー型ロールアップ：モジュラー型データ可用性を持つロールアップです。

イーサリアムのモジュラー型L2技術スタックは、高いレベルの安全性と分散化を維持しながらスケーラビリティを提供します。この強力な組み合わせは、より効率的で持続可能なブロックチェーンエコシステムの基盤を築きます。

単一のブロックチェーン

単一のブロックチェーンは、イーサリアムの元々の運用形式であり、ロールアップやデータシャーディングを使用せずにすべてを処理します。この単一のアーキテクチャは最も高い安全性を持ちますが、高コストと限られたスケーラビリティの代償が必要です。そのため、イーサリアムメインネットのトランザクション速度は比較的遅く、平均TPSは15〜20にしか達しません。現在、イーサリアムはモジュラー型ブロックチェーンに徐々に移行しており、主にロールアップ中心の計算とデータシャーディング戦略を採用してこのプロセスを進めています。

ロールアップ

ロールアップは、モジュラー型ブロックチェーンにおける最初の技術的突破口であり、イーサリアムの単一のアーキテクチャを拡張するための独立した実行レイヤーを提供します。ロールアップは、ブロックチェーンの実行レイヤーを安全に抽象化し、定期的に圧縮データをイーサリアムメインネットに戻して検証する前に、強力なコンピュータを使用して複数のトランザクションをパッケージ化および実行します。ロールアップは、この計算プロセスをイーサリアムのオフチェーンに移すことで、TPSを20〜50倍向上させることができます。

現在の状況では、ロールアップは実行レイヤーの役割を果たし、トランザクションを処理し、決済、コンセンサス、データ可用性をアウトソーシングします。たとえば、Optimistic仮想マシンを利用したオプティミスティックロールアップや、zkEVMを実行するZKロールアップがあります。これらのロールアップはスマートコントラクトを実行し、トランザクションを処理しますが、以下の操作は依然としてイーサリアムに依存しています：

決済：すべてのロールアップトランザクションはイーサリアム上で完了します。オプティミスティックロールアップのユーザーは、チャレンジ期間が終了するまで待つか、詐欺防止計算の後にトランザクションが有効と見なされるまで待つ必要があります。zkロールアップのユーザーは、有効性の検証が証明されるまで待つ必要があります。

コンセンサスとデータ可用性：ロールアップはCallDataの形式でトランザクションデータをイーサリアムメインネットに公開し、誰でもロールアップトランザクションを実行し、必要に応じてその状態を再構築できるようにします。最終確定性（finality）に達する前に、オプティミスティックロールアップは大量のブロックスペースと7〜14日のチャレンジ期間を必要とします。ZKロールアップは、検証可能なデータを30日間保存し、即時の最終確定性を提供しますが、証明を作成するために大量の処理能力が必要です。

イーサリアムがロールアップの基盤層であるため、ロールアップは分散化や安全性を損なうことなく、より速いブロック時間と大きなブロックを許可します。ロールアップはイーサリアムの新時代の始まりと言えるでしょう。最近、ArbitrumとOptimismの総トランザクション数はイーサリアムのトランザクション数を超え、イーサリアムのモジュラー型の傾向を反映しています。

モジュラー型ロールアップ

新しいモジュラー型ロールアップは、データ可用性レイヤーをイーサリアムから移動させます。たとえば、Mantleは、イーサリアムの決済とコンセンサスに依存しながら、Mantle DAをデータ可用性レイヤーとして利用します。Mantle DAはデータの順序を決定し、データの証明を提供しますが、トランザクションを実行する必要はありません。トランザクションの実行は、Mantleの実行レイヤーに効果的にアウトソーシングされます。

以前は、イーサリアムがロールアップの唯一のデータ可用性ソリューションであり、コスト面での課題に直面していました。データ可用性はほとんどのロールアップの最大のコスト源であり、特にイーサリアム上のトランザクションデータの保存は、最大で70％の費用を占めることがあります。また、このコストは変動し、コストは使用率に比例して増加し、より多くのユーザーが参加するにつれて重大な障害を構成します。これまでのところ、大規模なリソースを持つ大規模なロールアップのみが、大規模なユーザー群を収容できる状況です。

幸いなことに、イーサリアムは変化しており、データ可用性レイヤーの形で新しいモジュラー型ソリューションが登場し、トランザクションデータの提出コストを削減しています。データ可用性レイヤーの主要な例には、EigenDA、Celestia、Availがあり、これらはデータ可用性の問題を解決することに取り組んでおり、ロールアップの限界に対する潜在的な解決策を提供しています。

モジュラー型の未来

過去10年以上にわたり、ブロックチェーン分野はスケーラビリティの課題に対処する際にしばしば悪循環に陥っています --- --- イーサリアムの高コストと限界のために、新しいL1ブロックチェーンを次々と作成しています。しかし、イーサリアムの高費用は実際には解決不可能なバグではありません。

L2ソリューションが徐々に一般に採用される規範の世界において、モジュラー型ブロックチェーンは、実行、決済、コンセンサス、データ可用性レイヤーを分割することでブロックチェーンのアーキテクチャを変革します。単一のブロックチェーンがスケーラビリティに悩まされるとき、モジュラー型アーキテクチャの潜在能力が解放されます。

データ可用性レイヤーの発展と競争に伴い、新しいロールアップにとって、参入障壁と障害は大幅に低下するでしょう。近い将来、データ可用性コストの低下とモジュラー型機能のさらなる改善により、OPまたはZKスタック上のアプリケーションが繁栄する可能性が高いです。