イーサリアムのレイヤー2スケーリングの解説

Finematicsによる、チャネル、プラズマ、サイドチェーン、ロールアップなどのイーサリアムのレイヤー2スケーリング・ソリューションと、ロールアップが主要なスケーリング・ストラテジーとして台頭している理由についての解説です。これらの技術がイーサリアムのセキュリティを継承しつつ、どのようにコストを削減し、スループットを向上させるかを学びましょう。

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イーサリアムのスケーリング (0:31)

イーサリアムのスケーリングは、ネットワークの立ち上げ時から最も議論されてきたトピックの1つです。スケーリングに関する議論は、ネットワークの深刻な混雑が起きた後に必ず白熱します。

このような時期の最初の1つは2017年の暗号資産の強気相場であり、悪名高いCryptoKittiesとICOがイーサリアム・ネットワーク全体を詰まらせ、ガス代の大きな高騰を引き起こしました。今年、ネットワークの混雑はさらに強まって戻ってきましたが、今回の原因は分散型金融 (DeFi) とイールド・ファーミングの人気によるものです。500 Gwei以上の高いガス代を支払っても、トランザクションがしばらく検証されない時期もありました。

ブロックチェーンのスケーリング (1:20)

イーサリアムやブロックチェーン全般のスケーリングに関しては、大きく分けて2つの方法があります。ベースレイヤー自体（レイヤー1 (L1)）をスケーリングするか、一部の作業を別のレイヤー（レイヤー2 (L2)）にオフロードすることでネットワークをスケーリングするかです。

レイヤー1は、現在ほぼすべてのトランザクションが決済されている標準的なベースのコンセンサス・レイヤーです。レイヤーの概念はイーサリアム特有のものではなく、ビットコインやZcashなどの他のブロックチェーンでも広く使用されています。

レイヤー2は、レイヤー1の上に構築された別のレイヤーです。ここでいくつか重要なポイントがあります。レイヤー2はレイヤー1に変更を加える必要はありません。スマートコントラクトなどの既存の要素を使用して、レイヤー1の上に構築するだけです。また、レイヤー2は、その状態をレイヤー1にアンカーすることで、レイヤー1のセキュリティを活用します。

イーサリアムは現在、ベースレイヤーで1秒間に約15件のトランザクションを処理できます。レイヤー2スケーリングはトランザクション数を劇的に増やすことができ、ソリューションによっては1秒間に2,000〜4,000件のトランザクションを処理します。

イーサリアム 2.0 (2:39)

イーサリアム 2.0についてはどうでしょうか？イーサリアムをスケーリングするはずではなかったのでしょうか？はい、イーサリアム 2.0はプルーフ・オブ・ステーク (PoS) とシャーディングを導入し、ベースレイヤーでのトランザクションのスループットを劇的に向上させます。

それは、イーサリアム 2.0がリリースされたらレイヤー2スケーリングは必要ないということでしょうか？そうではありません。シャーディングがあっても、将来的に1秒間に数十万、あるいは数百万のトランザクションを処理できるようにするためには、イーサリアムには依然としてレイヤー2スケーリングが必要です。

スケーラビリティのトリレンマ (3:15)

ここで、有名なスケーラビリティのトリレンマも関係してきます。理論的には、レイヤー2を完全にスキップして、代わりにベースレイヤーのスケーリングに集中することもできます。しかし、これには増加したワークロードを処理するための高度に専門化されたノードが必要になり、結果として中央集権化が進み、ネットワークのセキュリティと検閲耐性が低下することになります。

スケーラビリティがセキュリティと分散化を犠牲にしてはならないという事実を堅持すると、将来的にはレイヤー1とレイヤー2のスケーリングを組み合わせるという選択肢が残されます。

レイヤー2スケーリング (3:52)

レイヤー2スケーリングは、トランザクションをオフチェーンで処理することで、レイヤー1の機能を向上させるソリューションの総称です。改善できる2つの主な機能は、トランザクションの速度とトランザクションのスループットです。さらに、レイヤー2ソリューションはガス代を大幅に削減できます。

実際のスケーリング・ソリューションに関しては、複数の選択肢があります。一部の選択肢は現在すでに利用可能であり、中短期的にはイーサリアム・ネットワークのスループットを向上させることができますが、他の選択肢は中長期的な時間軸を目指しています。ペイメント・チャネルのようにアプリケーションに特化したソリューションもあれば、オプティミスティック・ロールアップのように任意のコントラクト実行に使用できるものもあります。

チャネル (5:03)

チャネルは、最初に広く議論されたスケーリング・ソリューションの1つです。これにより、参加者はベースレイヤーに2つのトランザクションを送信するだけで、トランザクションを何度も交換できます。最も人気のあるチャネルの種類は、ステート・チャネルとそのサブタイプであるペイメント・チャネルです。

チャネルは1秒間に数千のトランザクションを簡単に処理できる可能性を秘めていますが、いくつかの欠点があります。オープンな参加を提供しておらず、参加者は事前に知られている必要があり、ユーザーはマルチシグのコントラクトに資金をロックする必要があります。さらに、このスケーリング・ソリューションはアプリケーションに特化しており、汎用的なスマートコントラクトのスケーリングには使用できません。

イーサリアム上でステート・チャネルの力を活用している主なプロジェクトはRaidenです。ペイメント・チャネルの概念は、ビットコインのLightning Networkでも広く使用されています。

プラズマ (6:04)

プラズマは、元々Joseph PoonとVitalik Buterinによって提案されたレイヤー2スケーリング・ソリューションです。これは、イーサリアム上でスケーラブルなアプリケーションを構築するためのフレームワークです。

プラズマは、スマートコントラクトとマークルツリーの使用を活用して、親であるイーサリアム・ブロックチェーンのコピーである無制限の数の子チェーンの作成を可能にします。メインチェーンから子チェーンにトランザクションをオフロードすることで、高速で安価なトランザクションが可能になります。

プラズマの欠点の1つは、レイヤー2から資金を引き出したいユーザーの待ち時間が長いことです。プラズマは、チャネルと同様に、汎用的なスマートコントラクトのスケーリングには使用できません。OMG Networkは、More Viable Plasmaと呼ばれる独自のプラズマ実装に基づいて構築されています。Matic Networkは、プラズマ・フレームワークの適応バージョンを使用しているプラットフォームのもう1つの例です。

サイドチェーン (7:08)

サイドチェーンは、独自のコンセンサス・モデルとブロック・パラメータを持つ、イーサリアムと互換性のある独立したブロックチェーンです。同じEthereum Virtual Machine (EVM) を使用することでイーサリアムとのインターオペラビリティが可能になるため、イーサリアムのベースレイヤーにデプロイされたコントラクトをサイドチェーンに直接デプロイできます。

xDaiは、そのようなサイドチェーンの一例です。

ZKロールアップ (8:11)

ロールアップは、サイドチェーンのトランザクションを単一のトランザクションに束ねる（または「ロールアップする」）ことでスケーリングを提供し、SNARK (Succinct Non-interactive Argument of Knowledge) としても知られる暗号証明を生成します。この証明のみがベースレイヤーに送信されます。ロールアップを使用すると、すべてのトランザクションの状態と実行はサイドチェーンで処理され、メインのイーサリアム・チェーンはトランザクション・データのみを保存します。

ロールアップには、ZKロールアップとオプティミスティック・ロールアップの2種類があります。

ZKロールアップは、オプティミスティック・ロールアップよりも高速で効率的ですが、既存のスマートコントラクトをレイヤー2に移行する簡単な方法を提供していません。

オプティミスティック・ロールアップは、OVM (Optimistic Virtual Machine) と呼ばれるEVM互換の仮想マシンを実行し、イーサリアムで実行できるのと同じスマートコントラクトを実行できるようにします。これは、既存のスマートコントラクトがコンポーザビリティを維持しやすくなるため非常に重要であり、すべての主要なスマートコントラクトがすでに実戦テストされているDeFiにおいて極めて関連性が高いです。

オプティミスティック・ロールアップに取り組んでいる主要なプロジェクトの1つはOptimismであり、メインネットの立ち上げにますます近づいています。ZKロールアップに関しては、LoopringとDeversiFiがレイヤー2上に構築された分散型取引所の良い例です。さらに、スケーラブルな暗号資産の支払いを可能にするzkSyncもあります。

ロールアップ中心のロードマップ (9:18)

ロールアップのスケーラビリティは、イーサリアム 2.0によってさらに拡大することもできます。実際、ロールアップはデータ・レイヤーのスケーリングのみを必要とするため、データのシャーディングに関するイーサリアム 2.0フェーズ1ですでに多大な後押しを得ることができます。

利用可能なレイヤー2スケーリング・ソリューションは多岐にわたりますが、イーサリアム・コミュニティは主にロールアップとイーサリアム 2.0フェーズ1のデータ・シャーディングを通じてスケーリングするアプローチに収束しつつあるようです。このアプローチは、Vitalik Buterinによる最近の投稿「ロールアップ中心のイーサリアム・ロードマップ (A Rollup-Centric Ethereum Roadmap)」でも確認されました。

今後の動画では、イーサリアム 2.0によるベースレイヤーのスケーリングと、レイヤー1とレイヤー2の両方のスケーリングが、分散型金融 (DeFi) をすべての人にとってよりアクセスしやすくするのにどのように役立つかを探ります。