Vitalikの新作：L2と実行分割は何が違うのか？

著者：Vitalik Buterin

翻訳：Peng Sun，Foresight News

二年半前、私は「Endgame」という記事で、ブロックチェーンの未来の異なる発展経路は、少なくとも技術的には非常に似ていると述べました。この二つのケースでは、チェーン上に大量の取引があり、これらの取引を処理するには：（1）大量の計算；（2）大量のデータ帯域幅が必要です。普通のイーサリアムノード（例えば、私が今使っている2TBのrethアーカイブノード）は、強力なソフトウェアエンジニアリング性能とVerkleツリーを持っていても、膨大なデータ量と計算量を直接検証するには不十分です。対照的に、「L1シャーディング」とRollup中心の二つのアプローチでは、ZK-SNARKが計算の検証に使用され、DASがデータの可用性の検証に使用されます。L2シャーディングでもRollupでも、DASは同じであり、ZK-SNARK技術も同じです。彼らはスマートコントラクトコードであり、プロトコルの一機能でもあります。真の技術的意味で、イーサリアムはシャーディングを行っており、Rollupはシャーディングです。

これは自然に一つの疑問を引き起こします：二者の違いは何ですか？一つはコードの脆弱性による結果の違いです：Rollupではトークンが盗まれ、シャーディングではコンセンサスが崩壊します。しかし、私は、プロトコルの安定性と形式検証（formal verification）技術の改善に伴い、コードの脆弱性の影響はますます小さくなると予想しています。では、これら二つの長期的に存在する可能性のあるアプローチの間には他にどのような違いがあるのでしょうか？

実行環境の多様性

2019年、私たちはイーサリアムにおける実行環境について簡単に議論しました。本質的に、イーサリアムは異なる「ゾーン」を持ち、これらの「ゾーン」はアカウント（完全に異なる方法、例えばUTXOを含む）、仮想マシンの動作方法、その他の機能に対して異なるルールを定めることができます。これにより、スタックの各部分で方法の多様性を実現できますが、イーサリアムが多機能を一体化しようとすると、これを実現するのは難しくなります。

最終的に、私たちはいくつかのより野心的な計画を放棄し、EVMだけを残しました。しかし、イーサリアムL2（Rollups、validiums、Plasmasを含む）は、最終的には実行環境の役割を果たしていると言えます。現在、私たちは通常EVM等価のL2に焦点を当てていますが、実際には他の多くの方法がもたらす多様性を無視しています：

• Arbitrum Stylusは、EVMの外に新たにWASMベースのオラクルを追加しました；
• Fuelは、ビットコインに似た（しかし機能がより充実した）UTXOベースのアーキテクチャを使用しています；
• Aztecは、ZK-SNARKに基づくプライバシー保護スマートコントラクト設計のための新しい言語とプログラミングパラダイムを導入しました。

UTXOベースのアーキテクチャ、出典：Fuelドキュメント

私たちはEVMをすべての可能なパラダイムをカバーするスーパー仮想マシンにすることを試みることができますが、そうすると各機能の効率が大幅に低下し、これらのプラットフォームが専門的なことを行う方が良いでしょう。

セキュリティのトレードオフ：スケーラビリティと取引速度

イーサリアムL1は非常に強力なセキュリティを提供します。L1で最終的に完成したブロックに特定のデータが含まれている場合、全体のコンセンサス（極端な場合の社会的コンセンサスを含む）は、そのデータが変更されないように努力し、これらのデータによって引き起こされる実行が元に戻されないことを保証し、これらのデータにアクセスできる状態を保ちます。このようなセキュリティ保証を実現するために、イーサリアムL1は高いコストを受け入れることを厭いません。この記事執筆時点では、取引手数料は比較的低いです：Layer2では1取引あたり1セント未満であり、L1上でも基本的なETHの送金は1ドル未満です。技術の進歩が十分に速ければ、利用可能なブロックスペースの増加が需要の増加に追いつく可能性があるため、これらの手数料は将来的にずっと低いままであるかもしれませんが、そうならない可能性もあります。多くの非金融アプリケーション（例えば、ソーシャルメディアやゲーム）にとって、たとえ取引が0.01ドルでも高すぎるのです。

しかし、ソーシャルメディアやゲームはL1と同じセキュリティモデルを必要としません。誰かが100万ドルを使って、彼らが負けたチェスの記録を取り消すことができたり、あなたのツイートが実際に投稿された3日後のように見えるようにすることができるなら、それは問題ありません。したがって、これらのアプリケーションは同じセキュリティコストを支払うべきではありません。L2ソリューションは、Rollups、plasma、validiumsからの一連のデータ可用性手法をサポートすることでこれを実現します。

異なるL2タイプは異なる使用ケースに適しています

もう一つのトレードオフは、L2からL2への資産移転の問題を中心に生じます。私は、今後5〜10年の間に、すべてのRollupsがZK Rollupになると予想しています。Biniusやルックアップを持つCircle STARKsなどの超効率的な証明システムに加え、証明集約層がL2が各スロットで最終状態ルートを提供することを可能にするでしょう。しかし現時点では、Optimistic RollupとZK Rollupを複雑に組み合わせ、異なる証明時間ウィンドウを使用することしかできません。2021年に実行シャーディングを実施した場合、シャーディングの誠実性を保つセキュリティモデルはOptimistic Rollupであり、ZKではないため、L1はチェーン上のシステムの複雑な詐欺証明ロジックを管理しなければならず、資産をシャーディング間で移転するために引き出し時間が1週間もかかることになります。しかし、コードの脆弱性と同様に、私はこの問題も最終的には一時的なものであると考えています。

取引速度はセキュリティのトレードオフの第三の側面であり、より持続的な側面でもあります。イーサリアムは12秒ごとにブロックを生成し、それ以上の速度は中央集権化が進みすぎるため、実現できません。しかし、多くのL2はブロック生成時間を数百ミリ秒に圧縮することを探求しています。12秒はそれほど悪くはありません：ユーザーは取引を提出した後、平均して約6〜7秒待つ必要があります（単に6秒ではなく、次のブロックが彼らを含まない可能性があるため）。これは、私がクレジットカードで支払いをする際に待つ時間に相当します。しかし、多くのアプリケーションはより速い速度を必要としており、L2はそれを実現できます。

速度を向上させるために、L2には事前確認（preconfirmation）メカニズムがあります：L2自身の検証者が特定の時間に取引を含めることをデジタル署名で約束し、取引が含まれなかった場合には罰せられます。StakeSureメカニズムはこのメカニズムをさらに拡張しました。

L2事前確認

現在、私たちはL1でこれらすべての機能を実現しようと試みることができます。L1は「迅速な事前確認」と「遅延した最終確認」システムを含むことができます。異なるセキュリティレベルを持つ異なるシャーディングを含むこともできます。しかし、これはプロトコルの複雑性を増加させます。さらに、L1がすべての作業を完了することには、コンセンサスの過負荷のリスクがあります。なぜなら、多くの大規模または高スループットの方法は、中央集権化のリスクが高く、より強力な「ガバナンス」形式を必要とするからです。L1で完了する場合、これらの強い要求の影響はプロトコルの他の部分に波及します。L2を通じてトレードオフを提供することで、イーサリアムはこれらのリスクを大幅に回避できます。

Layer2が組織と文化にもたらす利益

ある国が二つに分かれ、一方が資本主義国、もう一方が政府主導の国になることを想像してください（現実の状況とは異なり、この思想実験では、これは何らかの外傷的な戦争の結果ではなく、単にある日自然に境界が現れたという仮定です）。資本主義の部分では、レストランは異なる分散型の所有権、ブロックチェーン、選挙権で構成されています。政府主導の国では、それらはすべて政府の支部機関であり、警察署のようなものです。初日には、大きな変化はありません。人々は基本的に既存の習慣に従い、何が可能で何が不可能かは、労働スキルやインフラなどの技術的現実に依存します。しかし、1年後には、異なるインセンティブと制御構造が行動に大きな変化をもたらし、人々の出入り、何が建設され、何が維持され、何が放棄されるかに影響を与えることがわかります。

産業組織理論は、このような違いについて多くのことを語っています：それは政府管理の経済と資本主義経済の違いだけでなく、大規模なフランチャイズ企業が主導する経済と、各スーパーマーケットが独立した起業家によって運営される経済の違いについても語っています。私は、L1中心のエコシステムとL2中心のエコシステムの違いも同様であると考えています。

「コア開発者がすべてを管理する」構造には大きな問題がある

L2中心のエコシステムとして、私はイーサリアムの主な利点は以下の通りだと考えています：

イーサリアムはL2中心のエコシステムであるため、あなたは独自の機能を持つサブエコシステムを自由に独立して構築でき、同時により大きなイーサリアムの一部でもあります。

もしあなたが単にイーサリアムクライアントを構築しているだけなら、あなたはより大きなイーサリアムの一部であり、一定の革新の余地はありますが、L2ほどではありません。しかし、もしあなたが完全に独立したチェーンを構築しているなら、あなたの創造の余地は非常に大きいですが、共有セキュリティや共有ネットワーク効果などの利点を失います。L2は良いバランス点です。

それは新しい実行環境やセキュリティのトレードオフ技術を試す機会を提供するだけでなく、スケーラビリティ、柔軟性、速度を実現し、開発者が構築し維持することを奨励し、コミュニティがサポートすることを奨励するインセンティブメカニズムも提供します。

実際、各L2は孤立しているため、新しい方法を展開するのに許可は必要ありません：すべてのコア開発者を説得する必要はなく、あなたの新しい方法がチェーンの他の部分に「安全」であることを示す必要はありません。もしあなたのL2が失敗した場合、それはあなたの責任です。誰でも奇抜なアイデア（例えば、IntmaxのPlasmaメソッド）を提案できます。たとえイーサリアムのコア開発者が完全に無視していても、彼らは構築を続け、最終的に展開することができます。L1の機能やプリコンパイルはそうではありません。イーサリアムにおいても、L1の開発の成否は最終的に政治に依存することが多く、私たちが望む以上の程度でそうなります。理論的には何が構築できるかに関わらず、L1中心のエコシステムとL2中心のエコシステムが生み出す異なるインセンティブメカニズムは、最終的に実際に構築される内容、質のレベル、順序に深刻な影響を与えます。

イーサリアムのL2中心のエコシステムが直面する課題は？

L1 + L2構造には大きな問題がある、画像出典：Reddit

このL2中心のアプローチは、L1中心のエコシステムがほとんど直面しない重要な課題、すなわち調整（coordination）に直面しています。言い換えれば、イーサリアムには多くのL2がありますが、直面する課題はそれが依然として「イーサリアム」のように感じられ、イーサリアムのネットワーク効果を持つことです。現在、この状況は多くの面で満足のいくものではありません：

• L2間のクロスチェーンは通常、中央集権的なクロスチェーンブリッジを必要とし、これは一般ユーザーにとって非常に複雑です。もしあなたがOptimism上のトークンを持っている場合、他の人のArbitrumアドレスをあなたのウォレットに貼り付けて資金を送ることはできません。

• 個人のスマートコントラクトウォレットや組織のウォレット（DAOを含む）にとって、クロスチェーンスマートコントラクトウォレットのサポートはあまり良くありません。もしあなたがL2上のキーを変更した場合、他のすべてのL2上のキーも変更する必要があります。

• 分散型検証インフラストラクチャは通常不足しています。イーサリアムはついにHeliosのようなまともな軽量クライアントを持ち始めました。しかし、すべての活動がL2で行われ、各自の中央集権的RPCが必要であれば、それは意味がありません。原則として、一度イーサリアムのブロックヘッダーがあれば、L2用の軽量クライアントを構築するのは難しくありませんが、実際にはこの点への関心があまりにも少ないです。

コミュニティはこれら三つの側面を改善するために努力しています。クロスチェーントークン交換に関して、ERC-7683標準は新しい提案であり、既存の「中央集権的クロスチェーンブリッジ」とは異なり、固定の中央集権的ノード、トークン、またはガバナンスを持ちません。クロスチェーンアカウントに関しては、ほとんどのウォレットが短期的にクロスチェーンリプレイ可能メッセージを使用してキーを更新し、長期的にはキーストアロールアップを使用する方法を採用しています。L2用の軽量クライアントも出始めており、例えばStarknet用のBeerusがあります。さらに、最近の次世代ウォレットを通じてユーザー体験が改善され、ユーザーが手動でネットワークを切り替えることなくDAppにアクセスできるようにするなど、より基本的な問題が解決されています。

Rabbyのマルチチェーン資産残高統合ビュー、以前のウォレットではこれができませんでした！

しかし、L2中心のエコシステムが調整を試みる際には、ある程度難しいことを認識する必要があります。なぜなら、単一のL2には調整のための自然な経済的インセンティブがないからです：小規模なL2は、わずかな利益を得るためだけにそれを行うことはありません；大規模なL2も、自己のローカルネットワーク効果を強化することで同じかそれ以上の利益を得ることができるため、そうしません。もし各L2が自分のことだけを考え、より広範なイーサリアムシステムとどのように調和するかを考えなければ、私たちは失敗します。上記の画像にある都市化ユートピアのように。

この問題を解決する完璧な解決策があるとは言い難いです。私が言えるのは、エコシステムがL2間のインフラストラクチャがL1クライアント、開発ツール、プログラミング言語と同様にイーサリアムインフラストラクチャの一種であることをより十分に認識し、重視し、資金提供を受ける必要があるということです。私たちはProtocol Guildを持っていますが、もしかしたらBasic Infrastructure Guildが必要かもしれません。

まとめ

さまざまな公開討論において、「L2」と「シャーディング」はしばしばブロックチェーンのスケーラビリティに関する二つの相反する戦略と見なされます。しかし、基盤技術を研究すると、一つの難題が浮かび上がります：実際の基盤スケーラビリティ手法は完全に同じです。データシャーディング、詐欺検証者、またはZK-SNARK検証者、さらには「Rollup、シャーディング」間の通信の解決策に関して、主な違いは：誰がこれらのコンポーネントを構築し、更新する責任を負い、彼らがどれだけの自主権を持っているかです。

L2中心のエコシステムは、真の技術的意味でシャーディングですが、シャーディングの中では、自分のルールで自分のシャーディングを構築できます。これは非常に強力で、創造性が無限であり、大量の自主的な革新を実現できます。しかし、調整に関していくつかの重要な課題も存在します。イーサリアムのようなL2中心のエコシステムが成功を収めるためには、これらの課題を理解し、困難に立ち向かって解決する必要があります。そうすることで、L1中心のエコシステムの利点をできるだけ多く得て、両者の最適な状態にできるだけ近づくことができます。