原題：「オフチェーン拡張の詳細な分析—Cobo Ventures のヘビーリサーチレポート」
原作者: Ellaine Xu、Hettie Jiang、 June Wang、Walon Lin、Yiliu Lin
出典: コボ・グローバル
1. 容量拡張の必要性
ブロックチェーンの将来は、分散化、セキュリティ、スケーラビリティという壮大なビジョンですが、通常、ブロックチェーンが達成できるのはそのうち 2 つだけであり、これら 3 つの要件を同時に満たすことは、ブロックチェーン問題の不可能な三角形と呼ばれます (以下に示すように)。 。人々は長年にわたり、この問題を解決する方法、分散化とセキュリティを確保することを前提としてブロックチェーンのスループットとトランザクション速度を向上させる方法、つまり現在のブロックチェーン開発プロセスである拡張問題を解決する方法を模索してきました。 . 話題のひとつ。
まず、ブロックチェーンの分散化、セキュリティ、スケーラビリティを一般的な用語で定義しましょう。
分散化: 誰もがブロックチェーン システムの作成と検証に参加するノードになることができます。ノードの数が増えるほど分散化の度合いが高まり、ネットワークが集中化された大規模な参加者の小さなグループによって制御されることがなくなります。
セキュリティ: ブロックチェーン システムの制御を取得するコストが高ければ高いほど、セキュリティは高くなり、チェーンはより多くの参加者からの攻撃に耐えることができます。
スケーラビリティ: 多数のトランザクションを処理するブロックチェーンの能力。
ビットコイン ネットワークの最初の大きなハード フォークは、スケーリングの問題から生じました。ビットコイン ユーザーの数とトランザクション量の増加に伴い、ブロック制限が 1 MB のビットコイン ネットワークは輻輳の問題に直面し始めました。2015 年以降、ビットコイン コミュニティでは容量拡張の問題について意見の相違があり、その一方の代表がBitcoin ABC 拡張派はブロックの拡張を支持し、反対側の Bitcoin Core に代表される小規模ブロック派はメインチェーン構造を最適化するために Segregated Witness Segwit スキームを使用する必要があると考えています。 2017年8月1日、ビットコインABCが開発した8MBのクライアントシステムが稼働を開始し、ビットコイン史上初の大規模なハードフォークが起こり、新通貨BCHが誕生した。
同様に、イーサリアム ネットワークも、ネットワークのセキュリティと分散化を確保するためにスケーラビリティの一部を犠牲にすることを選択しますが、イーサリアム ネットワークはビットコイン ネットワークのようにブロック サイズを制限することでトランザクション量を制限しませんが、偽装して、 1 つのブロックに収容できるガス料金の上限ですが、その目的はトラストレス コンセンサスを達成し、ノードを広範囲に分散させることです (制限をキャンセルするか増やすことで、帯域幅、ストレージ、計算が不十分な多くの小規模なノードが排除されるかどうかは関係ありません) 。
2017 年の CryptoKitties、DeFi の夏から、GameFi や NFT などのオンチェーン アプリケーションの台頭まで、スループットに対する市場の需要は増加し続けていますが、チューリングの完全なイーサリアムでさえ 1 秒あたり 15 ～ 45 件のトランザクションしか処理できません。 )、これは取引コストの増加と決済時間の長期化につながります. ほとんどの Dapps は運用コストを負担できず、ネットワーク全体が遅くなり、ユーザーにとって高価になります. ブロックチェーン拡張の問題は早急に解決する必要があります。理想的な拡張ソリューションは、分散化とセキュリティを犠牲にすることなく、ブロックチェーン ネットワークのトランザクション速度 (ファイナリティ時間の短縮) とトランザクション スループット (TPS の向上) を可能な限り向上させることです。
2. 容量拡張ソリューションの種類
「メインネットワークの第1層を変更するかどうか」を基準に、拡張計画をオンチェーン拡張とオフチェーン拡張の2つに分類します。
2.1 オンチェーン拡張
コアコンセプト：メインネットワークの第1層のプロトコルを変更することで拡張を実現するソリューション 現在の主なソリューションはシャーディングです。
オンチェーン拡張には多くのオプションがありますが、この記事では説明しません。以下に 2 つのオプションを簡単に示します。
解決策 1 は、ブロック領域を拡大すること、つまり各ブロックにパッケージ化されるトランザクションの数を増やすことですが、これにより、高性能ノード機器の要件が増加し、ノードに参加するためのしきい値が増加し、「分散化」の度合いが低下します。 。
2 番目のオプションはシャーディングです, ブロックチェーン家計簿をいくつかの部分に分割します. 各ノードがすべての簿記に参加する代わりに, 異なるシャード, つまり, 異なるノードが異なる帳簿を担当します. 並列コンピューティングは複数のトランザクションを同時に処理できます;ノードの計算圧力とエントリしきい値を軽減し、トランザクション処理速度と分散度を向上させることができますが、これはネットワーク全体の計算能力が分散されることを意味し、ネットワーク全体の「セキュリティ」が低下します。
主要なネットワーク プロトコルの層のコードを変更すると、予測できない悪影響が生じる可能性があります。基盤となる層に微妙なセキュリティ ホールがあると、ネットワーク全体のセキュリティが深刻に脅かされ、ネットワークのフォークや修復とアップグレードの中断が余儀なくされる可能性があるためです。たとえば、2018 年の Zcash インフレ脆弱性インシデントでは、Zcash のコードがビットコイン バージョン 0.11 に基づいて変更され、8 か月間秘密裏にパッチが適用され、バグが修正されるまでインシデントは公表されませんでした。
2.2 オフチェーンの拡張
中心的なコンセプト: 既存のレイヤー 1 メインネット プロトコルを変更しない拡張ソリューション。
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注: 表内の用語の定義はイーサリアムの公式 Web サイトからのものであり、その内容は Cobo Ventures によって要約および整理されています。
以下では、現在主流のオフチェーン拡張ソリューションを、開発スケジュール、技術原理、メリットとデメリット、アプリケーション比較の観点から紹介します。
3. オフチェーン展開計画
3.1 State Channels
3.1.1 概要
ステートチャネルは、チャネルがオープン、クローズ、または紛争が解決された場合にのみユーザーがメインネットワークと対話する必要があることを規定しており、ユーザー間の対話はユーザートランザクションの時間と金銭的コストを削減するためにオフチェーンに配置されます。トランザクション数が無制限であることを実現します。
ステート チャネルは、2 人用のチェス ゲームなどの「ターンベースのアプリケーション」に適したシンプルな P2P プロトコルです。各チャネルは、メインネット上で実行されるマルチシグネチャ スマート コントラクトによって管理され、チャネルにデポジットされた資産を制御し、状態の更新を検証し、(署名とタイムスタンプが押された不正証拠に基づいて) 参加者間の紛争を仲裁します。参加者がブロックチェーンネットワーク上に契約を展開した後、資金を預けてロックし、双方の署名と確認を経て、チャネルが正式にオープンされます。チャネルでは、参加者間で無制限の数の無料オフチェーントランザクションが許可されます（送金の正味価値がデポジットされたトークンの合計額を超えない限り）。参加者は順番にステータス更新を互いに送信し、相手の署名確認を待ちます。相手方が署名して確認すると、ステータスの更新は完了したとみなされます。通常の状況では、双方が合意したステータス更新はメインネットワークにアップロードされず、紛争が発生した場合またはチャンネルが閉鎖された場合にのみ、メインネットワークの確認に依存します。チャネルを閉じる必要がある場合、参加者はメイン ネットワーク上でトランザクション リクエストを送信できます。終了リクエストが全メンバーによって満場一致で署名され承認された場合、チェーン上で即座に実行されます。つまり、スマート コントラクトが配布されます。チャネルの最終状態での各参加者の残高に応じた残りの残高ロックされた資金; 他の参加者がサインオフして承認しない場合、全員が残りの資金を受け取るために「チャレンジ期間」の終了を待たなければなりません。
要約すると、ステート チャネル スキームにより、メイン ネットワーク上の計算量が大幅に削減され、トランザクション速度が向上し、トランザクション コストが削減されます。
3.1.2 タイムライン
上記のタイムラインは、ステート チャネルの開発と進化における主要なマイルストーンを示しています。
2015 年 2 月、Joseph Poon と Thaddeus Dryja は、ライトニング ネットワーク ホワイト ペーパーの草案を公開しました。
2015年11月、ジェフ・コールマンはステート・チャネルの概念を初めて体系的にまとめ、ビットコインのペイメント・チャネルはステート・チャネルの概念のサブケースであると提案しました。
2016年1月、Joseph PoonとThaddeus Dryjaはホワイトペーパー「The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments」を正式に発表し、ビットコイン ライトニング ネットワークの拡張スキームであるペイメント チャネル (Payment Channel) を提案しました。ビットコインネットワーク上でトランザクションを処理し、支払いを転送します。
2017 年 11 月に、ペイメント チャネル フレームワークに基づくステート チャネルの最初の設計仕様であるスプライトが提案されました。
2018 年 6 月、Counterfactual は、非常に詳細な一般化ステート チャネル設計を提案しました。これは、ステート チャネルに完全に関連する最初の設計です。
2018 年 10 月の記事「一般化されたステート チャネル ネットワーク」では、ステート チャネル ネットワークと仮想チャネルの概念が提案されました。
2019 年 2 月に、ステート チャネルの概念が N パーティ チャネルに拡張され、Nitro はこの考えに基づいた最初のプロトコルです。
2019 年 10 月、ピサは、すべての参加者が継続的にオンラインである必要があるという問題を解決するために、ものみの塔の概念を拡張しました。
2020/03、Hydra は Fast Isomorphic Channels を提案しました。
画像の説明
Source: L. D. Negka and G. P. Spathoulas， "Blockchain State Channels: A State of the Art" in IEEE Access， vol. 9 ， pp. 160277-160298 ， 2021 ， doi: 10.1109/ACCESS.2021.3131419.
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Source: L. D. Negka and G. P. Spathoulas， "Blockchain State Channels: A State of the Art" in IEEE Access， vol. 9 ， pp. 160277-160298 ， 2021 ， doi: 10.1109/ACCESS.2021.3131419.
図 2 は、ほとんどのステート チャネル プロトコルが従う一般的なワークフローを示しています。楽観的なケースでは、アリスとボブは以前と同じ操作を実行する必要がありますが、今回はオンチェーン コントラクトと対話する代わりにステート チャネルを使用します。
最初のステップでは、アリスとボブは個人 EOA からチェーン上の契約アドレスに資金を預け入れます (インタラクション 1、2)。これらの資金は契約内にロックされ、チャネルが閉じられるまで残高はユーザーに返されません。 ; 二人は確認書に署名 その後、二人の間のステータスチャネルが正式にオープンされました。
2 番目のステップでは、アリスとボブは理論的には、このチャネルを通じてチェーンの下で無制限の数のトランザクション (青い点線) を実行でき、参加者は (ブロックチェーン ネットワークと通信するのではなく) 暗号化された署名メッセージを通じて相互に通信します。二重支払いを防ぐために、両方のユーザーが各トランザクションに署名する必要があります。これらのメッセージを通じて、相手は自分のアカウントのステータス更新を提案し、相手が提案したステータス更新を受け入れます。
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Source: L. D. Negka and G. P. Spathoulas， "Blockchain State Channels: A State of the Art" in IEEE Access， vol. 9 ， pp. 160277-160298 ， 2021 ， doi: 10.1109/ACCESS.2021.3131419.
図 3 は、悲観的なケースにおける状態チャネルのワークフローを示しています。最初に、2 人の参加者が資金を入金し (インタラクション 1、2)、次に状態更新の交換を開始します (青い破線)。ある時点で、ボブが自分の順番でアリスによって送信された状態更新署名に応答しなかったとします (インタラクション 3)。この時点で、アリスは最後の有効な状態をコントラクトに送信することでチャレンジを開始できます (インタラクション 4)。この有効な状態にはボブの以前の署名も含まれているため、最後のトランザクションがボブによって承認され、最終状態がボブによって確認されたことが証明されます。その後、コントラクトにより、ボブは一定期間コントラクトに次の状態を送信することで応答できるようになります。ボブが応答した場合、2 人はステート チャネル内でトランザクションを続行できます。ボブがその期間内に応答しない場合、コントラクトは自動的に終了します。州チャネルをダウンし、アリスに資金を返します (インタラクション 5)。
3.1.4 利点と欠点
3.1.5 アプリケーション
ビットコインライトニングネットワーク
概要：
ライトニング ネットワークはビットコイン ネットワークのマイクロペイメント チャネルであり、その全体的な技術進化の経験: 一方向の支払いチャネルを構築するための 2/2 マルチシグネチャ、双方向の支払いチャネルを構築するための RSMC (Revocable Sequence Maturity Contract) の追加、 HTLC (Hash Time Maturity Contract) Lock Contract) を追加すると、決済チャネルに接続して複数人決済に拡張でき、最終的にはライトニング ネットワークである決済ネットワークを構築できます。チェーン下のマイクロペイメントチャネルを通じて、仲介者を利用してトランザクションネットワークを形成することで、ビットコインネットワークの拡大の問題を解決できます。ライトニングネットワークの全体的な利用は、「入金（チャネルの確立）→ライトニングネットワークのトランザクション（チャネルステータスの更新）→返金・決済（チャネルの終了）」というプロセスをたどり、理論的にはライトニングネットワークは1秒間に100万件のトランザクションを処理できます。
タイムライン：
2015 年 2 月、Joseph Poon と Thaddeus Dryja はライトニング ネットワーク ホワイト ペーパーの草稿をリリースしました。
2016 年 1 月に、ホワイト ペーパーの正式版がリリースされ、Lightning Labs が設立されました。
2018 年 3 月 15 日、Lightning Labs は最初の Lightning Network メインネット バージョンである Lightning Network Daemon (LND) 0.4 をリリースしました。
2021 年初めの時点で、ライトニング ネットワークのパブリック キャパシティ (TVL) はわずか約 4,000 万米ドルで、ライトニング ネットワークを使用しているユーザーは 10 万人未満です。
2021年6月にエルサルバドルはビットコインを法定通貨として採用すると発表し、9月にはライトニングネットワークベースのウォレットであるChivoをリリースした。
2022 年に、Cash App と OKX、Kraken、Bitfinex を含む 26 の仮想通貨取引プラットフォームがライトニング ネットワークのサポートを発表し、即時かつ安価な BTC の入金、出金、送金が可能になりました。
2022 年 10 月、Lightning Labs は、Taproot - Taro プロトコル (アルファ版) に基づく新しいプロトコルをリリースしました。これは現在テストネットでテストされており、将来的にはビットコイン ネットワーク上で資産を鋳造、送受信するために使用されます。 Lightning Network 即時、大量、低手数料のトランザクションを実行します。
画像の説明
生態学的開発:
Source:https://blog.coinbase.com/is-the-bitcoin-lightning-network-for-real-26 e 47029687 f
上の図に示すように、BTC ライトニング ネットワークのエコロジーは下から上にあります。基礎となる BTC ネットワーク、コア インフラストラクチャ、さまざまな Dapps です。
コアインフラストラクチャには以下が含まれます
ライトニング ネットワーク ソリューション: 個人や企業が実行してライトニング ネットワークに接続できるソフトウェア プログラム。その最大のものは Lightning Labs です。
ノードと流動性サービス: ユーザーが独自のノードを独立して実行することはより複雑であるため、ライトニング支払いチャネルの管理を支援する、よりユーザーフレンドリーなインターフェースを提供する必要があります。
コアインフラストラクチャの上には、さまざまな決済および金融サービスとアプリケーションがあります。たとえば、LND ソリューションの上に構築された Strike では、ユーザーが BTC を売買したり、BTC を使用して Twitter 上のクリエイターにチップを提供したり、Shopify 販売者が BTC を受け入れたりできるようになります。 。
2022年11月現在、ビットコイン ライトニング ネットワークに基づく Dapps は 20 以上のカテゴリと 100 以上のアプリケーションに成長しており、アプリケーション カテゴリには主にビットコイン ライトニング ネットワークの支払い、ウォレット、ノード管理、ブラウザ拡張機能、ポッドキャスト、ストリーミング メディアなどが含まれます。ノードインフラストラクチャに関連する現在の技術ベースレイヤーは基本的に成熟し、ウォレットのサポートが増加し、金融サービスと決済の統合が成長を続け、より多くのエンターテイメントアプリケーションがライトニングネットワーク上に構築され、ライトニングネットワークエコシステムは急成長しています。
イーサリアム雷電ネットワーク
概要：
Raiden Network は Ethereum をベースにしたマイクロペイメント チャネルです。Lightning Network に非常に似ています。状態チャネルを確立することでチェーン上のトランザクションを拡大します。目的は、Ethereum 上でほぼ即時、低コスト、スケーラブルな支払いを実現することです。 ERC20トークンの支払い。
タイムライン：
2017 年に設立され、創設者の Heiko Hees はイーサリアムの中核開発者およびコンサルタントでした。
2017 年 10 月 17 日にトークン $RDN の ICO を開始し、オランダのオークションで 3,000 万ドル以上を調達しました。
2020 年 5 月に、最初の Raiden ライト クライアント - Alderaan がイーサリアム メインネット上で起動されました。これは、Typescript ベースの Raiden ネットワークの実装です。
2021年末には、開発の進捗状況、情報開示、ユーザーの利用状況が長期にわたって欠如しているため、Bitkub、NiceHash、Binanceを含む複数の取引所が$RDNの上場を廃止する予定です。
このテクノロジーは現在、次のような理由から広く採用されていません。
1) 使用閾値が高すぎる: イーサリアムのガス料金が高すぎると、チャネルを開くコストが高くなりすぎ、Raiden ネットワークの導入に対する大きな障害になります。
生態学的開発:
生態学的開発:
現時点では、Raiden ネットワークの生態学的開発は遅れており、チームは Ethereum Layer 2 Rollup ネットワーク上で動作するように Raiden ネットワークを変換し、それによってステート チャネルを作成するためのガスコストをさらに削減する予定であるとチームは 2022 年 5 月に発表しました。 Raiden Network は Arbitrum 上で開始され、ロールアップ ネイティブ プロトコルとなり、L 2 は L 2 上で実行されます。このソリューションにより、初期チャネル作成のコストが 35% 削減され、高頻度の少額決済シナリオにより適したものになります。 Raiden Network は今後、Rollups と共存するための補完ソリューションとして、Rollups を中心に変革していきます。
Celer Network
概要：
Celer Networkは基本的に、追加のインセンティブ層（トークン$CELR）を備えたライトニングネットワークであり、オフチェーン拡張テクノロジーとインセンティブ経済モデルを通じて、高速で使いやすく、低コストで安全な高頻度のインタラクティブなブロックチェーンを構築できます。 eスポーツプラットフォームなどのDappsなどユーザーの入場料やボーナスの配布におけるインタラクション頻度が非常に高いため、ステート チャネル テクノロジーの適用に非常に適しています。
画像の説明
Source: https://www.celer.network/doc/CelerNetwork-Whitepaper.pdf
上の図に示すように、イーサリアムに基づく Celer Network のオフチェーン拡張フレームワークは、下から上の 3 つの層で構成されています。
cChannel: 一般化されたステート チャネルとサイドチェーン スイート
cRoute: 革新的なルーティング アルゴリズム DBR (分散バランス ルーティング) を使用してパフォーマンスを向上させるオフチェーン支払いルーティング
cOS: オフチェーン アプリケーションの開発フレームワークとランタイム環境
タイムライン：
2018 年に設立されたチームのメンバーは、MIT、プリンストン、カリフォルニア大学バークレー校、UIUC でコンピュータ サイエンスの博士号を取得した人たちです。
2019 年 3 月に、トークン $CELR が Binance Launchpad でリリースされました。
生態学的開発:
生態学的開発:
ブロックチェーン エコシステムがマルチチェーンに向けて発展するにつれて、ステート チャネルにはレイヤー 1 とレイヤー 2 をブリッジするという新しい使命が与えられます。 Celer Networkは、一般化されたステートチャネルネットワークのコア技術を拡張し、クロスチェーンL2拡張および集約プラットフォームに変換しました。現在発売されている製品には、DeFiプロトコルLayer 2.finance、情報クロスチェーンプロトコルCeler IMおよび資産クロスチェーンが含まれます。ブリッジ cBridge 。 cBridge はすでに最大 139 個のトークンと 38 個のチェーンをサポートしています。
2022 年 11 月 11 日に MetaMask Bridges Beta が cBridge を統合し、11 月 17 日には cBridge トランザクションの総数が 100 万に達し、同日、cBridge と Celer IM が zkSync 2.0 テストネットを統合することが発表されました。
3.1.6 アプリケーションの比較
3.2 Sidechains
3.2.1 概要
サイドチェーンの概念は、2012 年にチャット ルームでビットコイン開発者によって最初に提案され、ビットコインのサイドチェーンに関する最初の記事はブロックストリームの研究者によって書かれ、2014 年に公開されました。
2014 年の論文では、サイド チェーンはビットコイン トランザクションを高速化するために出現したブロックチェーンの形式であると提案されました。より複雑なコントラクトを使用したり、コンセンサス メカニズム (PoS など) やブロック パラメータを改善したりすることができます。特定の役割。サイドチェーンのトランザクション結果は、最終的にメインチェーンに送り返されるときにバリデーター側に記録されます。このブロックチェーン モデルは新しいブロックチェーン形式ではなく、メイン チェーンに接続され、メイン チェーンの問題解決を支援するインフラストラクチャです。
3.2.2 タイムライン
2012/01、ビットコインサイドチェーンの概念がチャットルームで提案されました
2014/10、ビットコインのサイドチェーンに関する論文「対称ペッグと非対称ペッグ」が初めて発表されました。
2017/04、POA Networkはイーサリアム認証証明コンセンサステストネットワークに基づくサイドチェーンを開始
2017/10 マティックネットワーク発足
2017/12、POA Networkメインネット開始
2018/01、Skales テストネットを開始
2018/10、xDai Chainテストネットワーク開始
2020/06、Scale メインネットを開始
2020/06、イーサリアムサイドチェーンMatic PoS Chainメインネット開始
2021/02、マティックネットワークのブランド名をポリゴンネットワークに変更
2021/02、Axie Infinity ゲームサイドチェーン Ronin メインネット運用開始
2021/12、xDai Chain と Gnosis Dao は Gnosis Chain に統合されました
2022/03、POA Network が Gnosis Chain に合併
3.2.3 技術原則
2014年の論文では、サイドチェーンの技術原則のうち、サイドチェーンがメインチェーンと通信できるようにするための双方向ペギング(対称ペグ)と非調整ペグ(非対称ペグ)の2つの方法について言及しました。双方向アンカーまたは非調整アンカー メッセージ転送は、メイン チェーンとサイド チェーンのトークンがクロスチェーンされている場合にのみ発生します。サイドチェーンではクロスチェーン テクノロジーが使用されているため、以下ではまず 2 つの最も基本的なクロスチェーン テクノロジーの原則について説明し、次にアプリケーション レベルでのサイドチェーン テクノロジーの長所と短所について説明します。
Symmetric Pegged
双方向ペギング（Symmetric Pegged）とは、メインチェーン（Parent Chain）とサイドチェーン上の検証者がそれぞれ相手の現在の状態（ブロックヘッダー情報）をリアルタイムに記録することを指します。情報を送信する際、双方向アンカリングでは双方向 SPV (Simplified Payment Verification) 技術が使用されます。メインチェーンのトークンがサイドチェーンに送信される場合、特別な出力 (SPV ロック出力) が生成され、サイドチェーン上のバリデータのみが SPV プルーフを使用してロックを解除できます。 SPV技術とは、ブロックヘッダ情報のみを保持し、フルノードからマークルプルーフを取得してトランザクションを検証する技術を指します。
主なプロセス:
ユーザーはネイティブ アセットを SPV ロック出力 (特別なアドレス) に送信します。
確認期間を待った後、SPV 証明書をサイドチェーンに送信することができ、サイドチェーンはこれに基づいてオンチェーン資産を発行する準備をすることができます。
SPV 証明は、トランザクションが行われたことを検証するために使用されます。これには、作業証明を示すブロック ヘッダーのリストと、出力 (SPV ロック出力) がリスト内のブロックで作成されたことの暗号化証明 (マークル証明) が含まれます。
ユーザーは二重支払い攻撃を避けるためにコンテスト期間を待ち続けます。この間に誰かが、SPV ロック出力を作成したブロックよりも総作業量が多いチェーンを含む再編成証明を提出した場合、以前の SPV 証明は無効になります。
画像の説明
Source:https://blockstream.com/sidechains.pdf
Asymmetric Pegged
非対称ペグは、2014 年に初めてサイドチェーンを提案した論文で言及された 2 番目の方法です。主にフォワード側とバックワード側のトランザクションに分かれています。非対称ペグでは、サイドチェーンのバリデーターはメインチェーンのアクティビティをリアルタイムで監視する必要があるため、メインチェーンがサイドチェーンにトークンを送信する必要がある場合、サイドチェーンはアクティブに記録 (トランザクションの転送) できます。ただし、サイドチェーンがメインチェーンにトークンを転送する必要がある場合、サイドチェーンの情報が記録されていないため、メインチェーンはサイドチェーンのブロックのステータスを確認できません。
したがって、この場合、非対称ペグは認証者のメカニズムを導入する必要があります。
スマート コントラクト ID、EpochID、および検証者 ID
逆方向転送一覧
バリデーターの引き出しリスト
バグレポート一覧
すべての署名を集約する
認証者に記録され、通常、認証者はシステムを破壊しないように固定資産をステークする必要があり、これらの認証者はサイドチェーンから送り返されたバックワードトランザクションを検証し、メインチェーンに送り返す責任を負います。集約署名によって署名された後。
しかし、現在の技術進化に伴い、サードパーティの公証人 (Proof of Authority、PoA) メカニズムの使用を選択するサイドチェーンが増えており、複数の名前付きノードがコントラクトのロックとリリース (コントラクトのブロック ヘッダー) について相互に通信できるようになります。メイン ネットワーク情報) を使用してトークン ロックがミント値と等しいことを確認するか、リレーレイヤーを使用して中間層を確立し、サイド チェーンが中間層を介してメイン チェーンのブロック ステータスを確認できるようにします。
簡単に言えば、サイドチェーンのメカニズムは次のように要約できます。
メインチェーンからのアセット -> サイドチェーン: メインチェーンはアセットをロックし、サイドチェーンはラップされたアセットを生成します (コンセンサスメカニズムにより、すべてのノードが生成に同意することが保証されます)。
サイドチェーンからのアセット -> メインチェーン: サイドチェーンはラップされたアセットを破棄し、メインチェーンはアセットのロックを解除します。
サイドチェーン上の資産のセキュリティはメインチェーンではなくサイドチェーンのセキュリティに依存しており、さらにサイドチェーンのコンセンサスメカニズムであることがわかります。誰かがメインチェーンにロックされているアセットと一致しないアセットをサイドチェーン上に「何もないところから」作成することに成功した場合、サイドチェーン上のそれらのアセットを破棄し、そのアセットに属していないアセットのロックを解除するようメインチェーンに提案します。 、資金を盗むリスクがあります。
3.2.4 利点と欠点
3.2.5 アプリケーション
xDai (現在は Gnosis Chain に名前変更)
概要：
トークン $xDai の生成は、$xDai = 1 USD であるため、イーサリアムの $Dai がトークン ブリッジにロックされていることにより発生します。これにより、xDai での取引手数料の計算が容易になります。 xDaiの検証モードはステーキングによりノードとなるPoSDAOモデルを採用しており、誓約者は15％の固定APRを得ることができ、つまり$xDaiの年間インフレ率は15％となります。
タイムライン：
2018 年 9 月に、xDai はメインネットを正式に開始しました
2021 年 11 月、Gnosis DAO の GIP 16 は xDai の買収提案を承認することに投票しました。
画像の説明
Source: https://forum.gnosis.io/t/gip-16-gnosis-chain-xdai-gnosis-merge/1904
生態学的開発:
生態学的開発:
Gnosis Chain の TVL は現在、Defi Llama で 20 位にランクされており、TVL は ~5,300 万ドルで、最もよく知られているプロジェクトは Dark Forest です。 Defi Llama のコレクションには、現在 35 の進行中のプロジェクトが Gnosis Chain にあり、そのうちのトッププロジェクトは Defi およびクロスチェーンブリッジの分野に分散されています。
Polygon
概要：
2017年にマティックネットワークを設立。 2020 年 6 月に、メイン ネットワークはイーサリアム サイド チェーンである Matic PoS Chain および Matic Plasma Chain (詳細は 3.3.5) をリリースし、ブランドは 2021 年に Polygon にアップグレードされる予定です。実際のところ、Polygon が L 2 として定義されるか、サイド チェーンとして定義されるかについては、常に議論の的となってきました。その理由は、Polygon の創設者は、Polygon が L 2 拡張ソリューションであると信じていますが、Polygon には独自の検証モデルがあるため、そのセキュリティは同等であるためです。さらに、技術的には、イーサリアムがシャットダウンされても Polygon は引き続き実行できるため、ここでは Polygon をサイドチェーンとして定義します。
しかし、Polygon の将来のロードマップに関して、創業チームは Polygon を徐々に L2 に近づけたいと考えています。 2022 年に、Polygon は BD レベルで多くの Web 2 巨人 (Reddit、Disney、Instagram など) と迅速に協力し、Hermez zkEVM および Polygon Zero 計画を開始し、ロードマップ上の目標に向けて徐々に前進します。
画像の説明
Source:https://research.thetie.io/polygon-matic-research
イーサリアム層: この層はイーサリアムとポリゴン間の通信層であり、情報交換のための中間ステーションであり、ポリゴンが誓約を交わし、紛争を解決し、メッセージを配信できるようにします。 （中継者の公式）
セキュリティ層: PoS を使用するノードは Polygon のセキュリティを保証し、料金を請求します
ポリゴン レイヤー: ポリゴン操作に最も基本的で必要なレイヤー。ブロックを実行し、トランザクションの並べ替えとコンセンサス計算を実行するために使用されます。
実行層: 実行環境によって実行される、Polygon チェーン内の転送とトランザクションを読み取り、実行します。
タイムライン：
2017年にマティックネットワークを設立。
2020 年 6 月に、Matic Pos Chain メインネットがリリースされる予定です。
2021 年 2 月に Polygon にリブランドされました。
生態学的開発:
生態学的開発:
Polygon の低コスト、EVM 互換性、高速性により、2021 年には Polygon が急速に発展し、さまざまなアプリケーションが登場すると予想され、現在の TVL は 4 月の 1 億 1,000 万ドルから現在 10 億 7,000 万ドルに増加しています。エコシステムには 200 以上のプロジェクトが展開されていますが、スター プロジェクトはそれほど多くは生まれていません。
Ronin
概要：
Ronin は Axie Infinity ゲームの人気を受けて生成されたサイドチェーンで、メインネットは 2021 年 3 月にローンチされる予定です。 Axie Infinity は当初イーサリアム メインネットに導入されましたが、取引手数料が高額でイーサリアムでは頻繁に混雑するため、Axie Infinity のさらなる開発は制限されていたため、Axie Infinity は専用のサイドチェーン ソリューションである Ronin を開発しました。
Ronin の主な特徴は、高速でシームレスなトランザクション、ガス料金の大幅な削減、獲得したガス料金をトーナメント ボーナスとして使用すること、資産をイーサリアム メインネットとウォレット用にカスタマイズされたソリューションに返すことができることです。クロスチェーンブリッジがハッキングされる前、Roninは14億ドルのロックポジションを持っていましたが、同時に内蔵のNFTマーケットプレイスもLooksrareの背後に迫っており、Axieのエネルギーを受け継いだサイドチェーンと言えます。無限大。現在、上記のアプリケーションは、Ronin 上のトークン交換プラットフォームとして機能する Katana DEX のみです。
Ronin の検証メカニズムは PoA (Proof of Authority) であり、128 個の検証ノードを収容できる PoS とは異なり、PoA は最大 25 ノードしか収容できず、比較すると小規模です。ノードのほとんどは、Binance、AnimocaBrands、SparqVenture、Ubisoft などの戦略的パートナーまたは有名な VC です。 PoSとは異なり、PoAは独自の評判によって保証された検証モジュールであり、権威ある組織によって認定されたアライアンスチェーンに近いため、検証速度とガス料金の再割り当てをより適切に割り当てることができ、調整した。
タイムライン：
2021 年 3 月に、Ronin メインネットが開始されます。
2022 年 3 月、Ronin はハッカーの攻撃を受け、ハッカーは 9 ノードのうち 5 ノード (Axie Infinity の親会社) を制御して資金を盗み続け、最終的に Ronin はチェーン資産全体が空になるというジレンマに陥りました。
2022年4月、Binanceが投資を主導し、Roninの再開を可能にする資産を注入した。
生態学的開発:
生態学的開発:
現時点では Axie Infinity 関連のエコシステムのみを使用する必要があり、ハッキングされる前の DEX と Bridge は基本的に Axie Infinity ゲームの内部ニーズに合わせてデプロイされています。
3.2.6 アプリケーションの比較
3.3 Plasma
3.3.1 概要
Plasma
Plasma 自体は、スケーラブルな Dapps を構築するためのフレームワークを指し、開発者は、Plasma が提供する開発ツールを使用できます。 Plasma は、サイドチェーンの Operator に対するユーザーの信頼を最小限に抑えることを目的とした、サイドチェーンの進化的なソリューションとして登場しました。Operator が悪事を働いたとしても、Plasma はユーザーの資金が盗まれるのを防ぐことができます。 Plasma の基本原則は、Plasma チェーンでセキュリティ障害が発生した場合でも、すべてのユーザーの資産を Plasma チェーンから引き出してメインネットに戻すことができるということです。
プラズマチェーン
「サブチェーン」としても知られるプラズマ チェーンは、独立したコンセンサス メカニズムを備え、別のブロックチェーン (「ルート チェーン」/「メイン チェーン」/「メイン ネットワーク」と呼ばれる) 上に構築された独立して実行されるブロックチェーンです。各「サブチェーン」には、ルート チェーンにデプロイされるカスタマイズ可能なスマート コントラクト。さまざまなサブチェーンがルート チェーン上のさまざまなコントラクトに対応するため、さまざまなタスクにさまざまなサブチェーンを使用できます。 POS コンセンサス メカニズムの下では、メイン ネットワークのプラズマ契約にトークンを誓約する人は誰でもプラズマ チェーンのオペレーターになることができます。通常、Plasma チェーンにはトランザクションを処理するノードが非常に少なく、プロジェクト側が独自にノード (Operator) を運用することが多く、新たな集中化の問題が生じます。
Plasma チェーンにコントラクトをデプロイすると、サブサブチェーンを構築でき、これらの異なるサブチェーンがレイヤーごとのツリー状の Plasma ネットワークを形成できます (下図を参照)。Plasma は、MapReduce アルゴリズムを使用して大規模なネットワークを分割します。計算タスクを小さなタスクに分割し、各サブチェーンに分散して計算し、最終的にレイヤーごとに集約した後に結果を送信することで、多数の複雑な計算を迅速かつ低コストで処理できます。
血漿契約
プラズマ コントラクトとは、イーサリアムなどのルート チェーン上で実行されるスマート コントラクトを指します。これは、プラズマ チェーンの内外でユーザー資金を処理するために使用され、プラズマ チェーンの国家コミットメント (State Commitments) を追跡する責任があり、悪意のある行為を罰するものです。詐欺の証拠を提出すること。
Plasma コントラクト内のデータ構造には次のものが含まれます。
1) 契約所有者 (初期化時に設定)
2) プラズマチェーンブロックリスト: マークルルートと各ブロックのマークルルート送信時間
3) プラズマチェーンを終了するためにユーザーが送信したトランザクションリクエストのリスト: 送信者のアドレス、UTXO の場所 (プラズマブロック番号、txindex、outindex) を含む
関係
プラズマ コントラクトはブリッジとして機能し、ユーザーがイーサリアム メインネットとプラズマ チェーンの間で資産を移動できるようにします。ユーザーはルート チェーンからサブチェーンに資金を転送すると、サブチェーンが複雑な計算を処理するため、ガス料金が節約されます。サブチェーンにデプロイされた DApp は、ルート チェーンと直接対話する必要はありません。サブチェーンのステータス更新には、ブロック ハッシュ マークル ルートをルート チェーンに送信するだけでよいため、ルート チェーンは最小限の情報のみを受け取ります。ルートチェーンの計算量を大幅に削減できます。
3.3.2 タイムライン
2017 年 8 月に、Plasma は、Lightning Network の著者の 1 人である Vitalik と Joseph Poon によって書かれたホワイトペーパー「Plasma: Scalable Autonomous Smart Contracts」で初めて提案されました。
2018 年 1 月、Vitalik は、UTXO モデルと Proof-of-Authority コンセンサス メカニズムを使用した、最初の正式な Plasma アプリケーションである Plasma MVP を提案しました。
2018 年 3 月、Vitalik は、Plasma MVP における大規模な出口問題の解決を目的とした Plasma Cash を提案しました。ユーザーがトークンの所有権を証明しやすくするために、すべてのトークンは NFT で表されます。
2018 年 6 月、Dan Robinson は、Plasma Cash に似た Plasma Debit を提案しました。違いは、各トークンがユーザーとオペレーターの間の支払いチャネルであることです。チャネルはトークンのように転送できます。全体の設計は、大型のLightningハブ。
2018/11 年、BANKEX 財団は、Plasma Cash における多数の歴史的証拠の問題を解決するために RSA アキュムレータを使用することを期待して、Plasma Prime を提案しました。ただし、Plasma Prime を説明するための正式かつ包括的な文書はなく、まだ構想段階にあります。
2018年末にETHの価格は底を打った。暗号化分野で楽観主義が失われつつある中、Plasma CashはPlasma MVPと比較して改善したが、依然としてイーサリアムが約束したVisaレベルのソリューションではない。」 」も達成が難しそうなので、Plasma Cashのクライアントを開発していた企業のほとんどが活動を停止しており、現在の開発進捗は中途半端な状態で、Plasmaは死んでいるように見えます。
2019 年以降、イーサリアム コミュニティは、新しいレイヤー 2 拡張ソリューション「ロールアップ」の検討を開始しました。詳細については、以下の「ロールアップ」セクションで説明します。
3.3.3 技術原則
3 つの核となるアイデア:
オフチェーン実行: Plasma の前提は、メイン ネットワークがすべてのトランザクションを検証する必要がなく、資産をスマート コントラクトの内外に移動する必要のない操作はオフチェーンで処理できるため、ほとんどの作業がオフチェーンで処理できることです。の Plasma アプリケーションはメイン ネットワークの外部で処理されます。プラズマ チェーンは多くの場合、他のノードの同意を待たずに単一のオペレーターを使用してトランザクションを実行します。これにより、ある程度の分散化を犠牲にしてコストを削減し、速度を向上させ、スケーラビリティを向上させることができます。
ステート コミットメント: ステート コミットメントは、プラズマ チェーンの状態の圧縮バージョンを保存する暗号化された方法です。 Plasma では、ステート コミットメントは、Plasma チェーン ブロック内のすべてのトランザクションで構成されるマークル ツリー (Merkle Tree) のルート ハッシュ値 (Merkle Root) を指します。 Merkle Root は、トランザクションがブロックに含まれているかどうかを (Merkle Proof 経由で) 迅速に検証できるため、オペレーターは Merkle Root をアップロードすることで現在のブロック ステータスにコミットできます。Plasma はチェーンの外側でトランザクションを実行しますが、決済はメイン ネットワーク上で実行されるため、オペレーターはオフチェーン計算の最終状態を確認するために「状態コミットメント」としてイーサリアム上の Plasma ブロックのマークル ルートを定期的に解放する必要があります。オフチェーン実行とオンチェーン清算を実現します。メイン ネットワークの検証に依存するこのメカニズムにより、Plasma はメイン ネットワークのセキュリティの一部を確実に継承します。
引き出しメカニズム: ユーザーがプラズマ チェーンから資金を引き出したい場合は、引き出し可能な資金が存在し、金額が正しいことをメイン ネットワーク上のプラズマ契約に証明する必要があります。ユーザーはマークル プルーフを提出できます。マークルプルーフはオペレーターによって提供できますが、オペレーターには不正行為のリスクがあります。
使用プロセスは次の図に示されています。
1. デポジット:プラズマチェーンを使用するには、ユーザーはまずイーサリアムのプラズマコントラクトにETHまたはERC-20トークンをデポジットする必要があります。ユーザーが資金を入金すると、トランザクションが 1 つだけ含まれるブロックがプラズマ チェーン上に作成され、プラズマ契約の監視を担当するプラズマ オペレーターが同じ金額の資産をプラズマ チェーン上に作成し、ユーザーに送信します。プラズマ チェーン アドレスを使用すると、ユーザーはプラズマ チェーンで資金を受け取った後、プラズマ チェーンで取引できます。
2. 取引:ユーザーは、プラズマ チェーン上の暗号化されたメッセージに署名することで各トランザクションを確認し、トランザクションと対応する署名がパッケージ化のためにプラズマ チェーンのオペレーターに送信されます。
3.Operator:オペレーターは受信したトランザクションをプラズマ チェーン ブロックにパックします。オペレーターがブロックを満たすのに十分なトランザクションを受信すると、これらのトランザクションはマークル ツリーを形成します。オペレーターはマークル ルートをブロックへのステート コミットメントとしてイーサリアム メイン ネットワークに送信します。データ量が少なく、データサイズが一定のマークルルートのみが送信されるため、メインネットワークに送信するためのガス料金を大幅に削減できます。さらに、運営者はメインチェーンのプラズマチェーンブロックのハッシュ値を提出し、いずれかのユーザーがチャレンジに成功した場合、プラズマチェーン上の間違ったブロックはロールバックされ、間違ったブロックの作成者は罰せられます。 。
4. 終了
4.1 出金リクエストを開始するには:
Plasma チェーンから資産を引き出すには、ユーザーはメイン ネットワーク上で Plasma 契約への出口トランザクションを開始し、マークル プルーフとともに送信する必要があります (マークル プルーフはオペレーターを通じて取得できます)。金額が正しく、二重に支払われていないことを確認するためのマークル プルーフの有効性。
また、利用者は出金要求に保証金を追加する必要があり、挑戦者が出金要求が無効であることを証明した場合、保証金の一部は挑戦者への報酬として没収されます。
4.2 出金リクエストに異議を唱えるには:
イーサリアム メインネットにはプラズマ チェーンの状態情報がありますが、この情報が正しいかどうかは検証できません。悪意のあるユーザーは、悪意のある出金要求を行う可能性があります。たとえば、ユーザーは実際にはメイン ネットワーク上に 1,000 ETH を持っていないのに、メイン ネットワーク上で 1,000 ETH をロックしていると主張し、Plasma から 1,000 ETH の出金を要求したり、資産を出金しようとしたりする可能性があります。彼らはすでに支出しており、これらの虚偽の主張を裏付けるために虚偽の証明書を提供しています。
上記 2 つの悪質な行為を防止するために、Plasma では「チャレンジ期間」(通常 1 週間) を導入しています。この期間中、誰でもメインチェーンに不正行為の証拠を提出して、出金リクエストの正当性に異議を唱えることができます。たとえば、履歴トランザクションが署名されているため、悪意のあるユーザーの資金が過去に使用され、無効であることが証明できます。チャレンジが成功すると、プラズマ コントラクトは悪意のある出金要求を拒否し、チャレンジ者には報酬が与えられます。
ただし、チャレンジ期間中に誰も不正の証拠を提供しなかった場合、ユーザーの出金リクエストは有効とみなされ、イーサリアムのプラズマコントラクトから資産が引き出される可能性があり、これによりプラズマチェーンの他の誠実なユーザーに損失が生じる可能性があります。
5. プラズマチェーンの監視 (短所)
プラズマ チェーン上の資金の安全性を確保するために、ユーザーは時々プラズマ チェーンを監視する必要があります。ソフトウェアを実行することにより、プラズマ チェーンのデータが定期的に自動的にダウンロードされ、すべてが正しく実行されていることを確認します。データ同期の程度は、プラズマ スマート コントラクトで設定されたパラメーターによって異なります。
悪意のあるオペレーターが資金を盗もうとするなど、プラズマチェーン上で悪意のある行為が発生した場合、ユーザーのウォレットは自動的にプラズマチェーンから資金の引き出しを開始し、ユーザーの資金の安全を確保するシステムの設計が必要になりますが、完全なメカニズムとインセンティブモデルはまだ登場していません。
3.3.4 利点と欠点
上記の欠点のため、多くのアプリケーションは最初は拡張にプラズマ スキームを使用しますが、後で諦めてロールアップ スキームに切り替えます。
3.3.5 アプリケーション
Plasma Group → Optimism（Optimistic Rollup）
2017 年、Plasma が正式に提案された後、3 人のイーサリアム コア開発者と研究者が、Plasma フレームワークの研究に特化した非営利研究グループである Plasma Group を設立しました。
2019 年 1 月、Plasma Group は Plasma Cash の仕様をリリースし、その 1 か月後に汎用 Plapps (プラズマ アプリ) を汎用 Plasma チェーンに展開する試みとして汎用 Plasma アーキテクチャをリリースしました。しかし、研究が深まるにつれてPlasmaの欠点がどんどん明らかになり、技術チームが何度も試みたものの、汎用のスマートコントラクトをPlasma上で動作させることができず、2019年にPlasmaの開発は停滞しました。
2019年6月、ジョン・アドラーは「Minimum Viable Merge Consensus」と呼ばれる設計を提案しました。これにより、ゼロ知識暗号化を使用せずにイーサリアム上で完全に検証可能なオフチェーンコンセンサスシステムを実現できます。その後、Plasma Group は統合されたコンセンサス設計の拡張バージョンを公開し、現在は Optimistic Rollup として知られています。
2020 年 1 月、Paradigm と IDEO CoLab Ventures からの 350 万ドルの支援を受けて、Plasma Group は非営利の研究組織から営利の新興企業に移行し、Optimism が正式に誕生しました。これは、チームがプラズマに関する研究を正式に放棄し、オプティミスティック・ロールアップの研究に注力することにした（詳細については、以下のオプティミスティック・ロールアップのセクションを参照）。
OMG Network → Boba Network（Optimistic Rollup）
OMG Network は、「オフチェーン拡張」の概念を提案した最初のイーサリアム拡張プロジェクトの 1 つであり、かつてはこの分野の主導的なプロジェクトでした。 2013年にタイの金融決済会社SYNQAの子会社であるOmiseを設立し、APP側でのオンライン決済を主な事業としている。 2017年、Omiseはブロックチェーン部門OmiseGOを設立し、同年に2500万ドルの$OMGトークンを発行し、合計1億4000万が発行された。
2020 年 6 月、OmiseGO は名前を OMG Network に変更し、More Viable Plasma テクノロジーを使用してイーサリアム ネットワークの容量を拡張し、メインネットを立ち上げました。More Viable Plasma の設計は Minimal Viable Plasma の拡張であり、ユーザーと取引所間の支払い決済をターゲットにしており、価値交換が最適化されます。その後、Bitfinex は、USDT の入出金のための OMG ネットワークのサポートを発表しました。
Plasmaルートが消えた後の2021年6月、OMG Networkは名前をOMG Foundationに変更し、Enyaと協力してBoba Networkを立ち上げ、新しいトークン$BOBAをリリースすると発表しました。 Boba は Optimistic Rollup に基づいた Ethereum L2 ソリューションですが、それ以来、OMG ネットワークは存在しなくなり、BabaNetwork が OMG ネットワークのコミュニティを継承しました。(Boba Network の具体的なコンテンツについては、以下の「オプティミスティック ロールアップ」セクションを参照してください)
Polygon (以前の Matic Network) → フルスタック L 2 ソリューション
2017年にマティックネットワークを設立。 2020年6月、メインネットはイーサリアムサイドチェーンのMatic PoS Chainと、Plasmaのオフチェーン拡張ソリューションを採用し、Plasmaをベースに一連の改良を加えたイーサリアムプラズマソリューションのMatic Plasma Chainを同時にリリースする。この拡張ソリューションは、Plasma ブリッジを介して Ethereum メインネットと対話し、ユーザーがメインチェーンから Plasma チェーンに資産を転送できるようにすることで、高速かつ低コストのトランザクションを実現します。 Plasma スキームは Matic PoS サイドチェーンよりも安全ですが、欠点は、ユーザーが Plasma ネットワークから資金を引き出すのに長い待ち時間 (7 日) がかかるのに対し、Matic PoS サイドチェーンは約 3 時間しかかからないことです。 、プラズマ チェーンは汎用スマート コントラクトを実行できません。
Matic ソリューションは Plasma More VP を改善しますが、次のような Plasma の最も基本的な問題を解決することはできません。オフチェーンデータの可用性を確保できない、大規模な出口問題が発生し、ユーザーはチャレンジ期間を経る必要があるなど、そして、元の Plasma 研究チームは徐々に Rollup の開発に目を向けるようになり、Plasma ソリューションの画期的な進歩がさらに困難になっています。
2021 年 2 月に、Matic ブランドは Polygon にアップグレードされ、イーサリアムのオフチェーン拡張ソリューションのアグリゲーターに変わりました。同年 5 月に、コア コンポーネントである Polygon SDK がリリースされました。これは Golang で書かれたモジュール式で拡張可能なフレームワークであり、イーサリアムと完全に互換性があります。開発者は、Solidity、Vyper、イーサリアムのツールやライブラリなどの言語を使用して、直接開発のために。これは、開発者が Plasma、Optimistic Rollups、zkRollups、Validium や Polygon PoS チェーンなどのサイド チェーンなどの独自のオフチェーン拡張ソリューションをカスタマイズして構築することをサポートし、チェーン間で簡単に通信して共有できるようにするモジュール式の柔軟なフレームワークです。イーサリアムのセキュリティとネットワークへの影響を直接的に表します。 Polygon Plasma の現在の拡張計画はコミュニティによって徐々に放棄されており、Polygon はロールアップ技術の開発に焦点を当てることになります。 2021 年に、Polygon は Hermez と Mir Protocol の買収を通じて ZK Rollups を 1 つのステップで統合し、「フルスタック」オフチェーン拡張ソリューションに一歩近づきます。(詳細については、以下の「ZK ロールアップ」セクションを参照してください)
要約:
要約:
Plasma は技術移行ソリューションです。Plasma テクノロジー自体の問題があるため、Plasma Group は Plasma ベースのプロジェクトの立ち上げを待たずに Optimistic Rollup Research に目を向けました。OMG Network と Polygon の両方が 1 年以内にメインネット上で Plasma ソリューションを立ち上げました。 Optimistic Rollups と ZK Rollups に基づくソリューションの開発もすぐに移行されましたが、要約すると、Plasma に基づくアプリケーションは精彩を欠いています。
3.4 Rollups
3.4.1 概要
Vitalik 氏は 2014 年の時点で、「トランザクション データとステータスをチェーン上に置きながら、オフ チェーンでコンピューティングする」シャドウ チェーンの概念を提案しました。これはロールアップのプロトタイプですが、当時はあまり真剣に受け止められていなかったようです。 Plasma のスマート コントラクト実行機能には限界があり、大量離脱の問題があるため、イーサリアムの研究者は新しいスケーリング ソリューションであるロールアップを探し始めました。
2018年9月、V神はイーサリアムの拡張問題を解決するためにゼロ知識証明を使用することを提案しました。 2019年6月、Consensysの研究者でCelestiaの共同創設者であるJohn Adlerは、Ethereum Researchで「Minimal Viable Merged Consensus」を発表し、終了時間の不正証明を伴う楽観的なロールアップ拡張スキームを提案しました。 2019年12月のイーサリアムイスタンブールのハードフォークにより、コールデータのストレージコストは4倍に低下し、ロールアップのスループットは大幅に向上し、ロールアップのエコロジーとさまざまなアプリケーションが急速に発展し、ロールアップも現在の主流の2層になりましたネットワーク (レイヤ 2) 拡張ソリューションの 1 つ。
3.4.2 技術原則
ロールアップの中心となるアイデアは、計算プロセスと状態ストレージをチェーンから外し、状態コミットメントと圧縮されたトランザクション データをチェーン上にパッケージ化することです。
レイヤ 1 にはスマート コントラクトがあり、ロールアップ トランザクションのステート ルート (ステート コミットメント) を更新し、圧縮されたトランザクション コンテンツを記録します。誰でも第 2 層ネットワーク上でトランザクションを収集し、それらを集約して圧縮してトランザクション バッチ (バッチ) を形成し、呼び出しデータの形式でメイン チェーン上のコントラクトに送信できます。このバッチには、圧縮されたトランザクション セット、前のブロック状態のマークル ルート、および新しい状態ルート (トランザクション処理後の状態ルート) が含まれます。メイン チェーン コントラクトはバッチを受信した後、以前の状態ルートがコントラクトの状態ルートと一致するかどうかを確認します。一致する場合は、ロールアップ状態が前後に接続されていることを証明でき、コントラクトは自身の状態を更新します。根。
画像の説明
Source: https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html
しかし、ロールアップはアップロードされたトランザクション バッチの正確性をどのように保証するのでしょうか?言い換えれば、トランザクション バッチ内のポストステート ルートが正しいことはどのようにしてわかるのでしょうか?誰かが何の影響もなく任意のポストステートルートを使用してバッチを送信できる場合、ロールアップ内のすべてのトークンを自分に転送できます。そして、この問題は 2 つの解決策と、それに対応する 2 種類のロールアップをもたらします。
不正行為の証拠 → 楽観的なロールアップ
有効性証明 → ZK ロールアップ
オフチェーン仮想マシン
ロールアップの計算と状態の保存は、オフチェーンの仮想マシンで行われます。この仮想マシンはトランザクションの計算と状態の変更を完了し、レイヤー 2 アプリケーションの実行環境でもあります。
イーサリアム レイヤ 2 の主な目的はレイヤ 1 を拡張することです。したがって、レイヤ 2 は可能な限りレイヤ 1 と同様の実行環境を提供する必要があります。この類似性は、EVM 互換性とも呼ばれるレイヤー 2 仮想マシンによって決まります。EVM 互換性とは、EVM のようなコード実行環境を作成し、イーサリアム開発者がコードを書き直すことなくスマート コントラクトを EVM 互換チェーンに簡単に移行できるようにすることを意味します。
EVM 互換性を実現するための最も簡単な解決策は、BNB チェーンなどの GETH をフォークすることです。ただし、ロールアップの場合は、互換性のある証明 (不正証明と有効な証明) の検証も必要です。 Optimistic Rollups は、Arbitrum の Nitro や Optimism の OVM など、より優れた EVM 互換性を実現できます。 ZK ロールアップ プロトコルの場合、有効な証明 (ゼロ知識証明) は EVM 互換性を達成することが困難です。スマート コントラクトのロジックを回路ロジックに変換します。回路ロジック自体は非常に複雑で、関連する知識のゼロ知識証明が必要です。したがって、現在の実稼働グレードの ZK ロールアップ プロトコルはすべて、Loopring、ImmutableX、dYdX、zkSync 1.0、zkSwap などのアプリケーション固有です。
誰がブロックを詰めることができるでしょうか?
理論的には、誰でもブロックをパックしてメインチェーン契約にアップロードできますが、悪事を防ぐために、この人は契約に金額を約束する必要があります。多くの人がトランザクションを同期的にパッケージ化しても、生成されるブロックが 1 つだけの場合、追加のコンピューティング リソースとブロック リソースが消費されます。したがって、トランザクション速度を向上させるために、現在のロールアップ プロジェクトのほとんどはトランザクションのパッケージ化に集中型シーケンサー (Centralized Sequencer) を使用しています。集中型シーケンサーは最も効率的ですが、単一障害点が発生します。
さらに、ソーター オークションを実施することもできます。このオークションでは、POS 検証ノードがランダムに人を選択するか、DPoS 投票を通じて誰がブロックを梱包するかを決定します。シーケンサ オークションは MEV 値を取得しますが、単一障害点の問題は解決しません。 POS と DPoS の両方で資金をロックする必要があるため、資金の使用効率が低下します。
トランザクションの圧縮
圧縮技術は、ロールアップのスケーラビリティの鍵の 1 つです。圧縮によりチェーンに保存されるデータ量が減り、コストが削減されます。
単純な ETH 転送トランザクションには、イーサリアムでは最大 110 バイトが必要ですが、ロールアップでは最大 12 バイトしか必要ありません。これの一部はエンコードによるものであり、一部は巧妙な圧縮技術によるものです。たとえば、アドレスとインデックスのマッピング テーブルをメイン チェーン コントラクトに保存し、20 バイトのアドレスを 3 ～ 4 バイトのインデックスに置き換えることができます。さらに、BLS アンサンブル アルゴリズムは複数の署名を 1 つの署名に圧縮できるため、署名のサイズが小さくなります (ZK ロールアップでは、ゼロ知識証明が署名を置き換えます)。
画像の説明
https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html
取引コスト
チェーン上のロールアップ トランザクションのストレージ コストはトランザクションの圧縮によって削減できることはわかっていますが、ロールアップ トランザクションのコストは正確には何で構成されているのでしょうか?
ロールアップトランザクションコスト = L1 データストレージコスト + L2 計算処理コスト
このうち、L 1 のストレージ コストは L 2 の計算コストよりもはるかに大きいため、コストを節約するには、L 1 上で最もコスト効率の高いストレージ スペースを見つける必要があります。イーサリアムには、メモリ、ストレージ、コールデータの 3 つのデータ保存場所があります。calldata は変更不可能な非永続領域です。 calldata は、関数の入力データを保存するために使用できます。イーサリアムネットワーク自体の状態は変更されないため、calldata のストレージコストが最も安くなります。コストを削減するために、Rollups はトランザクション データを L1 コントラクトのコールデータに保存します。
Rollups が解決すべき中心的な問題は、セキュリティと分散化を低下させることなくイーサリアムのスループットを可能な限り増加させ、それによってユーザーのトランザクション コストを削減する方法です。 EIP 提案からは、ロールアップ チェーンのストレージ コストを削減するためにイーサリアムが行った努力もわかります。
EIP 2028: Calldata のガス コストが 68 ガス ユニット/バイトから 16 ガス ユニット/バイトに削減されました
EIP 4488: Calldata のガス コストが 16 ガス ユニット/バイトから 3 ガス ユニット/バイトに削減されました
EIP 4844: データ BLOB: これは、EVM からアクセスできることを保証するユーザー定義のデータです。 BLOB はすべてのビーコン ノードによってダウンロードされ、比較的短い (1 か月) 遅延後に削除されます。ロールアップのトランザクション データはデータ BLOB に配置されるため、L1 ストレージ コストが大幅に削減されます。
トランザクションのスループット
イーサリアムにはブロックサイズ制限があります。各ブロックの目標サイズは 1,500 万ガス単位ですが、ネットワーク需要が増加した場合は、ブロック制限を 3,000 万ガス単位 (目標ブロック サイズの 2 倍) まで増やすことができます。ここでは、通常の 1,500 万ブロック制限を使用します。現在、イーサリアムの平均ブロック生成時間は 12 ～ 15 秒であり、単純な送金トランザクションには 21,000 ユニットのガスが必要ですが、以下の計算ではイーサリアムのブロック生成時間が 15 秒であると仮定します。
イーサリアムメインネットの場合、ブロックスペースによって制限され、理論上の TPS (1 秒あたりのトランザクション数) は 15,000,000 (ガス制限)/21,000/15 = 47.6 に達する可能性があります。
オプティミスティック ロールアップの場合、圧縮されたトランザクション データをメインネット コントラクトにアップロードする必要があります。前述したように、現在、ロールアップ転送トランザクションは約 12 バイトです。現在の calldata ガスのコストは 16 ユニット/バイトです。この場合、ブロックには 15,0000,000/12/16 = 78,125 個のトランザクションを含めることができます。上記の仮定を続けると、イーサリアムのブロック時間は 15 秒であり、オプティミスティック ロールアップは 1 秒あたり 78、125/15 = 5、208 の転送トランザクションを処理できます。
ZK ロールアップの場合、チェーン上のゼロ知識証明の検証コスト (約 500,000 ガス ユニット) も考慮する必要があります。同じロジックで、ZK ロールアップは 1 秒あたり ( 15 , 000 , 000-500 , 000 )/12/16/15 = 5 , 034 の転送トランザクションを処理できます。
ロールアップがイーサリアムのブロック全体を占有することは不可能であり、すべてのトランザクションが転送トランザクションであることは不可能であるため、上記はかなり楽観的な推定 (理論上のスループット) です。しかし、同じスケールの下では、ロールアップによってトランザクション速度が 100 倍以上向上することがわかります。
現在、ロールアップが達成できる TPS 制限は約 2,000 トランザクションです。ロールアップの実際のスループットは、トランザクションのバッチをどの程度小さなダイジェストに圧縮できるかによって決まります。 ZK ロールアップはオプティミスティック ロールアップのようにすべてのトランザクション コンテンツをアップロードする必要がないため、ZK ロールアップの TPS はオプティミスティック ロールアップの TPS よりも高くなることがよくあります。
3.4.3 利点と欠点
3.4.5 Optimistic Rollups
3.4.5.1 概要
オプティミスティック ロールアップ (OPRU) は、オフチェーンで実行されるトランザクションの正確性を保証するために不正行為の証明に依存するロールアップの一種です。その名前のように、Optimistic Rollups にパッケージ化されたトランザクションは楽観的に正しいと想定されるため、追加の作業は必要ありません。紛争が発生した場合にのみ、メイン チェーンは Rollups ブロックで各トランザクションを実行し、不正が発生したかどうかを確認します。
3.4.5.2 タイムライン
2018年8月
