Arbitrumのダウンから見るビットコインL2とイーサリアムL2の異なる道

著者：Web3CN

昨日、Arbitrumネットワークは10:29から11:57まで約90分間停止しました。なぜEthereum L2はダウンしたのでしょうか？

Arbitrum公式の回答は次の通りです：

ユーザー数の急増により、Arbitrumのシーケンサーが停止し、最終的にネットワークがダウンしました。

なぜユーザー数の急増がArbitrumのダウンにつながるのでしょうか？ビットコインチェーン上で数十万種類のインスクリプションが行われてもダウンしなかったのはなぜでしょうか？それは、Arbitrumのシーケンサーが中央集権的で、公式の1つのノードだけがネットワークを運営しているためです。したがって、このノード（シーケンサー）に問題が発生すると、ネットワークは必ずダウンします。

実際、ArbitrumのこのPOSネットワークの運営は公式のノード（シーケンサー）に依存しています。しかし、なぜユーザーはそれを使い続けるのでしょうか？それは、Arbitrumの帳簿がRoullp（圧縮）されてEthereumネットワークにパッケージされ、Ethereumネットワークのノードが帳簿を検証することで、帳簿の安全性が保証されるからです。Ethereum L2は基本的にこの考え方に基づいています。OP-RoullpでもZK-Roullpでも、帳簿をEthereumメインネットにパッケージし、メインネットのノードが二層の帳簿を検証します。このようにすることで、二層の帳簿の信頼性を確保することが核心的な目標です。

あまり美しくない比喩を使うと：息子はお金がないので、息子の信用も価値がありません。したがって、息子は父親から小切手を借りてお金として使い、父親の信用で息子を保証します。Ethereumの二層帳簿自体には信用がありません（シーケンサーが中央集権的で、信用がどこにあるのでしょうか？）二層帳簿の信用はEthereumの一層に依存しています。これが現在のEthereum L2の一般的な設計です。

もちろん、このような設計は現在の最適解ですが、いくつかの問題があります：

1. 二層には単一障害のリスクがあります。シーケンサーが中央集権的であるため、ダウンする可能性があります。
2. 二層の資産は検閲に耐えられず、強制的に凍結される可能性があります。

これはほぼすべてのEthereum二層が直面している問題です！

Ethereumの二層ネットワークにはこのような問題がありますか？それなら、ビットコインの二層はこれらの問題を解決できるのでしょうか？ビットコインの二層とEthereumの二層の設計上の違いは何でしょうか？

この問題を探る前に、いくつかの問題を明確にする必要があります：

1. Layer2とは何ですか？Layer2の本質は何ですか？
2. Layer2の設計原則は何ですか？ビットコインのLayer2とEthereumのLayer2の設計上の違いは何ですか？
3. ビットコインのLayer2の正しい道

一、Layer2とは何ですか？Layer2の本質は何ですか？

Layer2の概念はEthereumエコシステムによって広く知られていますが、Layer2の概念はEthereumエコシステムのオリジナルではなく、ビットコインに由来しています。

ビットコイン0.1バージョンのコードには、中本聡が残した原始的なコードが含まれています。このコードは、ユーザーが取引がマイナーによってパッケージ化される前に取引を更新できることをサポートしています。もしあるユーザーの残高が増加すれば、別のユーザーの残高は相応に減少します。ユーザーが取引を完了すると、彼らはメインチェーンネットワークに取引結果を1つだけ送信し、支払いチャネルを閉じることができます。「支払いチャネル」に基づいて、後にライトニングネットワークが誕生しました。ライトニングネットワークはビットコイン最初のLayer2であり、暗号世界で最も早くかつ実行可能なLayer2です。

したがって、Layer2とは何かを議論する際に、EthereumのLayer2を唯一の基準としてはならず、EthereumのLayer2の設計を唯一の評価基準とするべきではありません（結局、EthereumのLayer2はこの2年間の発展を経て、roullpという設計方向の実現可能性がほぼ確定したのです）。本質を見抜く必要があります。Layer2の本質が何であるかを理解することで、実行可能なLayer2を設計することができます。

ビットコインのLayer2でもEthereumのLayer2でも、その誕生の背景は、Layer1メインネットがより複雑で高性能なアプリケーションシーンを実現できないときに、Layer1の資産をLayer2に移行して実現する必要があるということです。EthereumはLayer2を必要とし、ビットコインはさらにLayer2を必要としています。例えば、BTCはライトニングネットワークで迅速かつ効率的な支払いシーンを実現できます。ETHはArbitrumに移行して、より速く、Gasが低く、より複雑なスマートコントラクトシーンを実現できます。

したがって、ビットコインのLayer2でもEthereumのLayer2でも、その本質は同じであり、Layer1のメインネット資産をLayer2に移行して、より複雑で高性能なアプリケーションシーンを実現することです。したがって、Layer2の本質は、分散型のクロスチェーンソリューション+高性能で信頼不要な二層ネットワークです。

したがって、ビットコインのLayer2でもEthereumのLayer2でも、設計時にはいくつかの基本的な原則に従う必要があります：

1. Layer1の資産が信頼不要でLayer2に移行できることを実現しなければなりません。これは最も重要な第一歩です。
2. Layer2ネットワークの帳簿は必ず安全で信頼不要である必要があります。

これらの2つの条件を同時に満たすことで、実行可能で完全に分散型のLayer2が実現されます。

二、ビットコインのLayer2とEthereumのLayer2の設計上の違いは何ですか？

Layer2の本質が何であるかを理解し、Layer2設計の基本原則を明確にしたら、次にビットコインのLayer2とEthereumのLayer2の実際の設計上の違いを見てみましょう。

1. Layer1の資産が信頼不要でLayer2に移行できることを実現しなければなりません。

この問題を解決するために、Ethereumの方法は、Layer2の公式がEthereumメインネットにまず資産を管理するスマートコントラクトをデプロイすることです。ユーザーがEthereumメインネットからETHをLayer2に移行すると、ユーザーのETHはそのスマートコントラクトにロックされ、Layer2ネットワークで1:1の新しいETHが生成されます。ユーザーがメインネットに戻す指示を出すと、Layer2のETHは消去され、同時にLayer1のスマートコントラクトがETHをユーザーに解放します。これがEthereumのLayer1とLayer2のクロスチェーン実現方法です。EthereumのスマートコントラクトとLayer1およびLayer2ネットワークの通信を通じて、信頼不要を実現します。

では、ビットコインのLayer2はどのように信頼不要のBTCクロスチェーンを実現するのでしょうか？

2021年のビットコインTaprootアップグレード以前は、完全に分散型のBTCクロスチェーンを実現することはできませんでしたが、TaprootアップグレードによりSchnorr署名とMAST契約が導入され、完全に分散型のビットコインクロスチェーンが現実のものとなりました。

Schnorr署名は、楕円曲線署名よりもビットコインに適した署名アルゴリズムです（私が言っているわけではなく、中本聡がビットコインを作成したとき、実際にはSchnorr署名を使用したかったのですが、当時Schnorr署名はまだオープンソースではありませんでした。2009年にSchnorr署名がオープンソース化され、12年間の検証を経て、最終的に2021年にビットコインCoreがTaprootアップグレードを通じてSchnorr署名を正式にビットコインに導入しました。EthereumもSchnorr署名をサポートしたいと考えていますが、署名アルゴリズムのアップグレードはEthereumのアカウントシステムなどの複雑な問題を含むため、EthereumはSchnorr署名にアップグレードされていません。）

Schnorr署名の最大の特徴は、署名の集約が可能で、1000のビットコインアドレスが同じ資産に署名管理できることです。これにより、署名のプライバシーが実現され、1000の署名が提出するデータを1つに統合することができ、多重署名によるデータの蓄積問題を根本的に解決します。したがって、Schnorr署名は元々ビットコインの最大15重の多重署名の制限を突破し、完全に分散型の署名管理を実現できます。

MAST契約、正式にはMerkle Abstract Syntax Treeは、メルクルツリーを使用して複雑なロックスクリプトを暗号化するもので、その葉は相互に重複しない一連のスクリプトです。支出時には、関連するスクリプトとそのスクリプトからメルクルツリーの根へのパスを開示するだけです。

簡単に理解すると、MAST契約はVMの機能（スマートコントラクトの機能に類似）と同等で、指示を通じて定められた操作を実行できます。例えば、MAST契約とSchnorr署名の組み合わせにより、去中心化資産管理に参加する1000のノードが署名を行うようにMAST契約をトリガーし、契約で定められたルールに従ってビットコインの出入りや支出を自動的に実行します。ここには人為的な干渉はなく、完全に契約に基づいて実行されるため、ビットコインの去中心化管理が実現されます。

Schnorr署名とMAST契約の有機的な組み合わせにより、完全に去中心化されたBTC Layer2を実現できます。理解を容易にするために、BTC Layer2プロジェクトBEVMを例に取り、完全に去中心化されたBTC Layer2がどのように実現されるかを見てみましょう。

ユーザーがビットコインメインネットのBTCをBEVMに移行すると、ユーザーのBTCは1000のノードが管理する契約アドレスに入ります。そして、同時にBEVM、すなわちBTC Layer2ネットワークで1:1の新しいBTCが生成されます。ユーザーがBTCをBEVMからメインネットに戻す指示を出すと、BEVMネットワークノードはMAST契約をトリガーし、1000の管理資産ノードが定められたルールに従って自動的に署名し、BTCをユーザーアドレスに返します。全体のプロセスは、完全な去中心化と信頼不要を実現しています。

以上の内容から、TaprootによってもたらされたMAST契約とSchnorr署名の組み合わせを使用することで、ビットコインもEthereum Layer2と同様に完全に信頼不要なクロスチェーンを実現できることがわかります。これは完全に去中心化されたBTC Layer2を実現するための最も重要な第一歩です。

2. Layer2ネットワークの帳簿は必ず安全で信頼不要である必要があります。

Ethereum Layer2の帳簿はシーケンサーによって管理され、取引を処理する際には、一定の比率、一般的には10:1の比率でLayer2の帳簿をroullpしてEthereumメインネットにパッケージしてアップロードし、その後Ethereumノードが検証します。しかし、Ethereum Layer2のシーケンサー（Layer2ネットワークの運営ノードで、一般的には公式の1つのノードしかありません）は完全に中央集権的で、Layer2の公式によって運営されています。

このような中央集権的な設計がどのようにユーザーの信頼を得るのでしょうか？主にLayer2の帳簿をroullpしてEthereumメインネットにパッケージし、マイナーのノードに検証させることによってです。もしユーザーがその帳簿を信頼しない場合、オフチェーンでの告発を通じて帳簿を検証できます。したがって、Op-Roullpは楽観的証明とも呼ばれ、その信頼仮定は公式が悪事を働かないと楽観的に考えています。もし悪事を働いた場合、告発を通じて証明できます。これらの組み合わせ設計により、Layer2の帳簿は信頼できるものとされます。

しかし、これによりEthereum Layer2にはシーケンサーの単一障害リスクが生じ、Layer2上のETHなどの資産は検閲に耐えられず、外部の力によって強制的に凍結される可能性があります。なぜなら、ETH Layer2のシーケンサーは公式の1つのノードだけであり、中央集権的に制御される可能性があるからです。これにより、ETH Layer2の資産規模には上限が生じます。多くの大資金は検閲に耐えられない問題のために入ることを躊躇します。想像してみてください、もしあなたが10万枚のETHを持っていたら、これらの資産を検閲に耐えられないEthereum Layer2に移行することができますか？昨日のArbitrumネットワークのダウン事件もシーケンサーの単一障害リスクの問題を浮き彫りにしました。

同時に、ここからユーザーにとって不利な2つの問題が派生します：

a. Op-Roullpには7日間の告発メカニズムがあるため、ユーザーがETHをLayer2からEthereumメインネットに戻す際には、少なくとも7日の告発期間を経過する必要があります。

b. ETH Layer2のシーケンサーは完全にプロジェクト公式の1つのノードによって制御されているため、ETH Layer2のクロスチェーンおよび取引手数料は完全にプロジェクト公式が独占しています（Base、ZKsyncなどのETH Layer2は毎月シーケンサーの収益が500万ドルを超え、高峰時には1000万ドルを超えています）。Layer2ユーザーはこれらのネットワーク成長の利益を共有できません。

では、ビットコインLayer2はどのように帳簿の信頼性を実現するのでしょうか？

私たちは再びBEVMを例にとります。前述のように、BEVMはMAST契約とSchnorr署名の組み合わせを通じてビットコインの去中心化クロスチェーンを実現しています。そして、Layer2とLayer1のリアルタイム通信を実現するために、BEVMのネットワークは完全に運営されるビットコインの軽ノードで構成されています。したがって、BEVMは1000のビットコイン軽ノードからなる信頼できるネットワークです。

Layer2の帳簿を絶対的に安全に保ち、ネットワークノードが悪事を働かないことを保証するために、BEVMはビットコインネットワークの経済学的ゲーム理論メカニズムを参考にしています。BEVMは、ビットコインを管理するノードとLayer2ネットワークを運営するノードを一体化しています。つまり、資産を担保にしてLayer2ネットワークを運営するノードは、同時にBTC資産を管理するノードでもあります。また、BEVMは完全に経済学に基づいた自動化された動的担保メカニズムを設計しており、BEVMのLayer2ノードが担保するBTC/メインネットトークンの総価値が常にその管理する資産の価値を上回ることを保証します。これにより、経済学的ゲーム理論のメカニズムを通じてLayer2のネットワークノードが悪事を働く動機を持たないことを保証し、Layer2の帳簿が絶対的に安全で信頼できるものとなります。

さらに、BEVMの設計は2つの利点をもたらします。これはEthereum Layer2にはないものです：

a. BEVMのネットワークノードは完全に去中心化されており、特定のプロジェクトによって制御されていません。したがって、BTCはBEVMというLayer2上で検閲に耐えられ、どんな力によっても凍結されることはなく、ビットコインメインネットといつでも相互に移行できます。これにより、大資金の信頼問題を解決できます。

b. BEVMネットワークは去中心化ノードによって運営されているため、発生するクロスチェーンおよびネットワーク手数料はノードとユーザーで共有され、プロジェクト側が独占することはありません。

三、ビットコインLayer2の正しい道

前述の比較から、ビットコインLayer2とEthereum Layer2の違いが明確に見えてきます。ビットコインとEthereumの先天的な違いにより、ビットコインLayer2を設計する際にはEthereum Layer2のモデルをそのままコピーするのではなく、Layer2の本質を見抜き、ビットコインの特性を組み合わせることで、ビットコインLayer2の正しい道を歩む必要があります。

ビットコインLayer2の正しい設計方向：

1. ビットコインLayer1は本質的にチューリング完全ではなく、ビットコインの極めてシンプルなUTXO設計とブロックスペースでは、複雑なデータやプログラムの検証ができません。したがって、クライアントによる検証やビットコインの限られたUTXOおよびブロックスペース内での改善策を試みることは不可能です。この方向性は、実現策が非常に複雑であり、アプリケーションシーンも限られているため、資産の発行を支えることができるだけです。より高性能なLayer2の方向に拡張することは不可能です。唯一の正しい方向は、BTCを去中心化の方法でLayer2に移行し、より複雑で高性能なシーンを拡張することです。

2. ビットコインの去中心化クロスチェーンをLayer2に移行する問題を解決する必要があります。これはすべての基盤です。Hashタイムロック、リンク、カプセル化、多重署名などの従来のビットコインクロスチェーン方式では、ユーザーの信頼を得ることは難しいです。ビットコイン2021年のTaprootアップグレードによってもたらされたMAST契約とSchnorr署名の技術の組み合わせは、ビットコインの去中心化クロスチェーン問題を解決することができ、ビットコインLayer2の非常に探求すべき方向です。

3. Layer2の帳簿の安全性と信頼性を保証するために、Ethereum Layer2のモデルをそのままコピーしてはいけません。BTC Layer2の帳簿をroullpの方法でビットコインチェーンに圧縮して検証しようとすることは不可能です。なぜなら、ビットコインブロックチェーンはOPやZKPの検証をサポートしておらず、マイナーはLayer2帳簿の検証に参加しないからです。これらの帳簿をビットコインチェーンに保存することは、単なる証明に過ぎず、何の意味もありません。Layer2の帳簿の安全性を保証するためには、ビットコインの経済学的ゲーム理論メカニズムを学び、経済学とゲーム理論の観点からノードの動的担保メカニズムを設計することで、Layer2ネットワークノードが悪事を働く動機を持たないようにし、Layer2の帳簿の安全性を保証する必要があります。

もちろん、私たちは将来的にビットコインが再びBIPレベルのアップグレードを行い、ビットコインネットワークがOPやZKPを検証できるようになることを期待しています。ビットコインマイナーがZKP計算を行えるようになれば、その時にはZK-roullpがビットコインネットワークに入ることができ、ビットコインLayer2はより究極的な解決策を実現できるでしょう。しかし、これはおそらく5〜10年、あるいはそれ以上の時間がかかるでしょう。

以上の分析に基づいて、現在最も実行可能なBTC Layer2のソリューションは、TaprootアップグレードによってもたらされたMAST契約とSchnorr署名を基に、ビットコイン軽ノードの動的担保ネットワークを組み合わせてLayer2とLayer1のリアルタイム通信とネットワークの安全性を実現し、真の去中心化されたビットコインLayer2を実現することです。そして、これがBEVMがすでに実現したソリューションです（具体的な詳細はBEVMホワイトペーパーを参照してください：https://github.com/btclayer2/BEVM-white-paper）。

では、ビットコインLayer2はEthereum Layer2の規模を超える機会があるのでしょうか？

答えはほぼ確実です：

少なくとも以下の理由があると考えています：

1. 現在、完全に去中心化されたBTC Layer2のソリューションが利用可能です。

完全に去中心化されたソリューションが登場する前、最大のビットコイン封装資産は中央集権的な機関Bitgoによって発行されたWBTCで、現在約65億ドルの規模です。完全に去中心化されたソリューションが登場した後（BEVMのように）、この市場はさらに5〜10倍以上成長する可能性があり、規模は325億〜650億ドルに達するでしょう。これは、Ethereum Layer2の現在の200億ドルの総TVLを大きく上回ります（このデータにはクロスチェーンのETHとETH Layer2上の他の資産が含まれており、実際にクロスチェーンされたETHは200億ドルには達していません）。

2. ビットコインは本質的にチューリング不完備であるため、ビットコインがエコシステムを発展させるためにはEthereumよりもLayer2が必要です。したがって、将来的には大量のBTCがLayer2に移行してさまざまな去中心化のBTCアプリケーションを構築することになるでしょう。これは市場の需要によって決まります。

3. ビットコインLayer2はEthereum Layer2よりも検閲に耐えられ、大資金を含むユーザーの信頼と支持を得やすいです。

4. ビットコインの時価総額はEthereumの時価総額の3倍であり、現在ETH Layer2の総TVLは約200億ドルで、Ethereumの時価総額の約10％を占めています。同じ比率で、将来的に10％のBTCがビットコインLayer2に入ると、全体のTVLは850億ドルに達し、Ethereum Layer2の規模の3倍以上になるでしょう。

まとめ：

Layer2ソリューションは最初にビットコインエコシステムから始まり、Ethereumエコシステムで発展しました。

Ethereum Layer2の現在のソリューションは完璧ではなく、L2の最終的なソリューションでもなく、すべてのL2の唯一の参考基準としてはなりません。

ビットコインLayer1は本質的にチューリング不完備であり、ビットコインの極めてシンプルなUTXOと限られたブロックスペースでは複雑なデータや計算を処理できません。したがって、ビットコインがエコシステムを発展させるためにはLayer2が必要であり、完全に去中心化されたビットコインLayer2が必要です。

2021年のビットコインTaprootアップグレード以前は、ビットコインは完全に去中心化されたLayer2ソリューションを実現できませんでしたが、TaprootアップグレードによってもたらされたMAST契約とSchnorr署名により、完全に去中心化されたBTCクロスチェーンが実現されました。これにより、完全に去中心化されたビットコインL2が現実のものとなり、BTC Layer2プロジェクトであるBEVMがその答えを示しました。

ビットコインLayer2はEthereum Layer2のソリューションをそのままコピーすることはできず、ビットコインの特性を考慮して設計する必要があります。

最後に、ビットコインのLayer2の規模はEthereum Layer2の規模を超えることは必然の流れです！