最も活発なブロックチェーンプラットフォームの一つであるイーサリアムは、DeFi（分散型金融）からNFT（非代替トークン）まで、数多くの分散型アプリケーションをホストしており、エコシステムは非常に繁栄しています。しかし、チェーン上の取引の繁栄は、取引手数料の急激な上昇、取引時間の長期化、ネットワークの混雑による失敗率の増加など、いくつかの固有の課題を伴っており、チェーン参加者の熱意に大きな影響を与えています。
メインチェーンの分散特性に影響を与えずに上記の問題を解決するため、コミュニティは主にL2拡張ソリューションを採用しています。L2の中核原理は、計算とトランザクションをメインネットワーク（つまりL1）から第2層ネットワークに移行して実行し、最終的なトランザクション結果のみをメインネットワークに送信することです。これにより、メインネットワークのセキュリティを継承しながら、トランザクション自体の効率とコストを削減できます。
よく知られている L2 ソリューションとしては、ロールアップ、サイドチェーンなどがあります。
ロールアップはさらに、楽観的ロールアップとゼロ知識ロールアップ (ZK ロールアップ) に分けられます。
OPロールアップ
まず、楽観的ロールアップを見てみましょう。これは、すべてのトランザクション計算とステータス更新をL2ネットワークに置き（これによりトランザクションの高速化とトランザクション手数料の削減が可能）、元のトランザクションデータをバッチで圧縮してメインネットワークに公開します（これによりトランザクションの有効性が保証されます）。送信時に、L2ノードはデフォルトでこれらのトランザクションが有効であり、悪意のあるトランザクションが含まれていないと想定します。これは現実世界の法則に基づいています。つまり、誰もあなたの有罪を証明できない場合は、あなたは無罪とみなされるべきです。このモデルは多くの無駄な検証を排除し、トランザクションの確認を大幅に高速化し、トランザクションの効率を向上させます。
ノードがトランザクションを送信した後、検証者はトランザクションに問題があると判断した場合、7日以内に不正証明を提出できます。この証明はL1上のスマートコントラクトによって検証されます。送信者は問題のあるトランザクションを明確に指摘する必要があるため、検証者は指定されたトランザクションのみを検証すればよく、トランザクションに問題があるかどうかを迅速に証明できます。問題のあるトランザクションが実際に含まれていた場合、このトランザクションを含むバッチとそれ以降のすべてのバッチがロールバックされ、L2チェーン全体が不正トランザクションが実行される前の状態にロールバックされます。不正ノードは処罰（担保金の没収）を受け、検証者は報酬を受け取ります。
7 日以内にどのノードからも不正の証拠が提出されない場合、すべての取引はブロックチェーン ネットワークによって正当なものとして確認されます。
現状、「不正防止」は非常に実用的な設計です。神話におけるダモクレスの剣のように、実際に罰を与えるよりも、その存在自体が有用です。剣の持ち主は害虫を効果的に抑止することができ、その効果は剣自身の戦闘力よりもはるかに大きいのです。現状では、不正防止を提出したノードはほとんどなく、ましてやノードが悪事を働いていることを実際に証明したノードはほとんどありません。これには多くの理由があります。例えば、オペレーションロールアップを実装した様々なプロジェクトは既に十分にテスト済みであること、厳しい罰則が悪事のコストを高くしていること、そしてノードの悪事によってもたらされる経済的損失と信用損失は、悪事がもたらすわずかな利益をはるかに上回っていることなどです。
実際、ノードの不正行為よりも、ソフトウェアのバグによるネットワークの変動や中断に遭遇するケースの方が多くなっています。オペレーションロールアップのデメリットは、主に7日間のチャレンジ期間によって引き起こされる資金フローの問題と、中央集権化のリスクです。
ZKロールアップ
自然に楽観的なOp-Rollupとは対照的に、ZK-Rollupでは、データをチェーンに送信する際に、圧縮データ自体に加えて有効性の証明が必要になります。つまり、ZK-Rollupもオフチェーンでトランザクションを実行し、トランザクションをパッケージ化してメインネットに送信しますが、正式に送信する前に、オフチェーンで有効性の証明を計算する必要があります。
ZKの概念は、実はブロックチェーン誕生以前から存在していましたが、現実世界の複雑さゆえに、その適用シナリオは非常に限られていました。適用する場合は、特定の二者間のプライバシー問題など、非常に狭い範囲に限定する必要があり、通常は中央集権的な検証者が必要であり、検証者自身も一定の信頼に基づく必要があると判断します。ブロックチェーンがZK技術を適用する利点は、複雑さをスマートコントラクトに自然に収束させることができることです。実際には、ブロックチェーン上のデータと計算を検証するだけで済みます。スマートコントラクトができないことは当然検証できません。そのため、前者と比較して、人々は分散型スマートコントラクトを信じるだけでよく、この信頼は中央集権的な組織や個人に縛られる必要はありません。
これは、Op-Rollupsと比較したZK-Rollupsの複雑さでもあります。トランザクション実行時のデータと実際のトランザクション実行ロジックに基づいて、複雑な論理回路図をコンパイルする必要があります。そして、この回路図に基づいて、専用の証明器を用いて、暗号計算によって迅速に検証可能な結果を生成します（これにはある程度の時間がかかります）。数学的演算は強力なコンピュータを必要とするため、通常、これらのタスクを実行するための専用のコンパイラと検証器が存在します。
レイヤー2のコスト
さて、もう一つ質問があります。L2ネットワークの目的の一つは、L1上でユーザーがやり取りする際のコストを削減することです。では、L2ネットワーク自体のコストはいくらなのでしょうか？
まず、Op-Rollupsには主に2つのコストがかかります。1つは圧縮されたトランザクションデータをL1ノードに送信する際に支払うトランザクション手数料、もう1つはL2ノードの運用コスト（ハードウェアと利益を含む）です。最終的には、これらのコストはユーザーに転嫁されます。
良いニュースとしては、Ethereum の現在の EIP-4844 ソリューションにより、L2 がメイン ネットワークと対話する際のコストが大幅に削減されたことです。
さらに、ノードを維持するには多額の資金をロックする必要があり、その資金は他の目的に使用することができないため、投資家が機会を逃し、間接的な損失が発生する可能性があります。
ZK-Rollupsのコストは主に計算コストから生じます。ゼロ知識証明の生成には、膨大な計算リソースと専用のハードウェアの導入が必要です。また、Op-Rollupsと同様に、チェーンにデータを送信するためのトランザクション手数料も負担する必要があります。
さらに、特殊なハードウェアは一般ユーザーにとって高価であり、これもネットワークの集中化につながります。
要約する
Optimistic RollupsとZK-Rollupsはどちらも、イーサリアムエコシステムがスケーラビリティの課題に対処するために提示した重要なソリューションです。現在、これら2つのソリューションはまだ進化を続けています。イーサリアムEIP-4844などのアップグレードの実装により、L2データ公開コストは大幅に削減され、これら2つのソリューションのポテンシャルがさらに発揮されるでしょう。
