オンチェーンからオフチェーンへ：状態チャネルとRoll-ups

著者:ビル・ブキャナン、出典:ミディアム、編集:ショー・ゴールデン・ファイナンス

しばらくして、私たちは伝統的な金融世界を運営していることを認識し、より信頼できるデジタルインフラを構築する必要があることに気づきます。実際、私たちが変革する必要があるのは金融分野だけでなく、高い信頼性、安全性、分散性が求められるすべての分野です。そのためには、イーサリアムのようなLayer 1ブロックチェーンアプローチを採用することができますが、それはすでにスケーラビリティの問題を露呈しており、そのメイン元帳と計算インフラは毎秒15から30件を超える取引を処理できません。しかし、今日ではイーサリアムの負担を軽減するための新しいアプローチが採用されており、その信頼性と分散性を保ちながら行われています。これらのアプローチには、共有用のLayer 1実装や、(PoS)への移行が含まれます。しかし、最も注目すべき進展はLayer 2アプローチであり、これらはコアイーサリアムネットワーク（メインネット）の上に構築されています。

Layer 2: ステートチャネル

ステートチャンネルは、最初はビットコインのライトニングネットワークで実装され、その後イーサリアムで拡張されました。この方法により、基本的にメインネットの帳簿に2つの記録があり、関係者は資金を約束する必要があります。この資金は使用される可能性もあれば、使用されない可能性もあります。例えば、ボブが顧客料金を支払うためにサイドチャンネルを作成したいとし、10ETHを支払うことを約束したとします。次に、彼はチャンネル契約を作成します。約束されたETHは、チャンネルの有効期間中にロックされ、使用できません。ボブはアリスに2ETH、キャロルに3ETHを渡すことができます。完了後、彼は完了した取引を提出し、ボブは5ETHを取り戻し、アリスとキャロルはそれぞれ2ETHと3ETHを受け取ります。最後に、ボブは集計データを公開するだけで、メインネットの帳簿上で2回の約束に対してのみ取引手数料を支払えばよいのです。ステートチャンネルの実装はPolygonによって提供され、完全なEVM互換性と低い取引手数料を実現しています。以下はその例です：

! CDM6MfcjpJEO7WQ3ZxtSIFcfEMDprNaSNkJmx1mE.jpeg

! Nivs7th5jC472hHGSFTuuVYVejzGFhh7w3EEwaS0.jpeg

レイヤー2: ロールアップ

イーサリアムのスケーリングを拡大するための最良のメカニズムの1つは、ロールアップとサイドチェーンを使用して取引をオフチェーンに移すことです。

オプティミスティックロールアップ

これらのメカニズムはオフチェーンで取引を処理し、取引が有効であると仮定します（本質的には「信頼して検証する」方法です）。取引に争いが発生した場合にのみ、これらはメインネットの計算リソースを占有します。したがって、取引がメインネットで真に確認されるまでには、「チャレンジ期間」と呼ばれる遅延が必要です。

Arbitrumでは、詐欺オブザーバーが取引を分析し、詐欺取引が発見されると、オブザーバーは詐欺証明をメインネットに公開します。実際、Arbitrumは詐欺分析に関連するコード行を識別し、それをメインネットに公開します。メインネットはその後、詐欺証明を裁定し、必要なコードを実行するかどうかを決定します。Arbitrumには7日の出金期間があります。

Optimismもオフチェーンの手法を採用し、Optimism Roll-upと組み合わせて、取引が有効であると仮定しています。詐欺的な取引が存在するかどうかを判断するために、オブザーバー（または検証者）を使用します。一度このような取引が発見されると、オブザーバーは詐欺証明を提出でき、該当する取引は取り消されます。オブザーバーは、詐欺的な取引を発見したことで報酬を得ることができます。全体的に、疑問期間は約7日間です。詐欺証明が正当な場合、関連する取引はロールバックされます。

! 0HasdHZG8OJdp8eZJAbiUIRgixGiJit3W8pD0ZXb.jpeg

ゼロ知識ロールアップ（zk-Rollups）

これらの技術は計算と状態の保存をチェーン外に移動し、信頼を必要としない方法を採用しています。一度状態がメインネットに更新されると、状態の変更とその関連する証明を完了するために非常に少ない更新が必要です。圧縮形式の証明を持っているため、更新された取引を迅速に検証でき、取引のプライバシーも確保されます。この技術により、数日かかるOptimistic Rollupsとは異なり、zk-Rollups（zkSnarksに基づく）を使用することで、証明の検証には約1時間しかかかりません。これにより、二重支払いがなく、すべての取引は弁済可能です。ZKsyncはその一例です。

! fdNa8r95hAl4TIRHAHAmcYNpGm5BZL8bnTURYqHG.jpeg zk-rollupsを使用すると、トランザクションの有効性が暗号的に証明され、メインネットに接続されます。 その結果、不正な取引を行うことは非常に困難になります。 オプティミスティックロールアップでは、暗号化の証明がないため、メインネットに戻ることを約束する前に遅延が発生し、不正なトランザクションが検出される可能性があります。

サイドチェーン

これは独立したサイドチェーンであり、メインネットに接続された独立したブロックチェーンです。ロールアップ方式とは異なり、更新された取引は必要に応じてメインネットに反映されることができます。全体として、彼らは独自のブロックチェーンとコンセンサスメカニズムを持っており、たとえば権威証明 (PoA)のように。Polygonはサイドチェーンインフラストラクチャの例です。サイドチェーンの全体的な弱点は、それらのセキュリティモデルがイーサリアムメインネットとは異なる可能性があることです。

! GwOvtBnaRPt5lAqVEvVD70OpOiiqYtvLsX2wkJyz.jpeg

まとめ

私の考えでは、オフチェーンでゼロ知識証明を使用することが最良の解決策です。なぜなら、これによりメインチェーン上の取引を迅速に検証でき、取引の両当事者のプライバシーを保護できるからです。また、ゼロ知識証明に選択的開示を使用することもでき、重要な情報を明らかにする際に便利です。例えば、ある人が特定のリソースにアクセスする権限があるかどうかです。

Optimistic Rollupsについては、反証がない限り取引が有効であると仮定し、最終確定前に取引が異議を唱えられることができる挑戦期間が必要です。一方、zk-Rollupsを使用すると、関連する証明があるため我々の取引は有効であり、迅速にメインネットに提出できます。残念ながら、zk-Rollupsは暗号学とブロックチェーンに対する深い理解を必要とし、それが開発プロセスを遅延させる可能性があります。

明らかに、イーサリアムは唯一の選択肢ではなく、ポリゴン、ソラナ、カルダノ、ポルカドットなどがイーサリアムよりも高いスケーラビリティの代替手段を提供しています。しかし、私たちはスマートコントラクトとイーサリアム仮想マシン（EVM）をもたらしてくれるこのブロックチェーンを愛しており、多くの人が同様の分散化とセキュリティレベルを維持しながら、スケーラビリティの問題を克服できることを望んでいます。