マルチチェーン、サイドチェーン、レイヤー2、どれがイーサリアム拡張ソリューションの未来でしょうか?

2021 年末現在、イーサリアムは分散型金融、NFT、ゲームなど、何千ものアプリケーションをサポートするまでに成長しました。ネットワーク全体では毎年数兆ドルの取引が決済され、1,700億ドル以上がプラットフォームにロックされています。しかし同時に、問題も発生します。

イーサリアムの分散型設計により、最終的に処理できるトランザクションの数は 1 秒あたり 15 件に制限されます。 Ethereum の人気は 1 秒あたり 15 件のトランザクションをはるかに超えているため、Ethereum トランザクションの混雑とガス料金の高騰につながります。結局、これによって多くのユーザーが遠ざかり、Ethereum が現在処理できるアプリケーションの種類が制限されることになります。

スマート コントラクト ベースのブロックチェーンを数十億人のユーザーを抱える金融および Web 3 アプリケーションに成長させたい場合、スケーラブルなソリューションが必要です。幸いなことに、市場にはすでに多くの Ethereum ソリューションが存在します。この記事では、現在市場に出回っている Ethereum ソリューションについて詳細な分析と議論を行います。

出典: コインベース

ジャスティン・マートとコナー・デンプシー

編纂者：陳一万峰

競争か補完か？

Ethereum のソリューションの目標は、十分な分散化を維持しながら、公開アクセス可能なスマート コントラクト プラットフォームで処理できるトランザクションの数を増やすことです。単一の組織によって管理される集中型ソリューションを使用してスマート コントラクト プラットフォームを拡張するのは簡単であることに留意してください (Visa は 1 秒あたり 45,000 件のトランザクションを処理できます)。ただし、すぐに開始点、つまり少数の強力な集中型プレーヤーによって所有される世界に戻ってしまいます。

この問題を解決するには 2 つの方法があります。

1. より多くのアクティビティを処理できる、Ethereum に対抗する新しいネットワークを構築する。

2. イーサリアムの余剰容量を処理できる補完的なネットワークを構築する。

大まかに言えば、いくつかのカテゴリに分類されます。

1. レイヤー 1 ブロックチェーン (Ethereum と競合)

2. サイドチェーン（Ethereum を部分的に補完）

3.レイヤー2ネットワーク（Ethereumを完全に補完）。

それぞれのアーキテクチャとアプローチは異なりますが、目標は同じです。つまり、ユーザーが法外な料金を支払ったり、長い待ち時間を経験したりすることなく、実際にネットワークを使用できるようにすることです（例：DeFi、NFT などとやり取りする）。

レイヤー1

Ethereum はレイヤー 1 ブロックチェーン、つまりユーザーの資金を保護し、トランザクションを 1 か所で実行する独立したネットワークであると考えられています。たとえば、Ethereum では、ユーザーは Uniswap などの DeFi アプリケーションを使用して 100 USDC を DAI に交換できます。

競合するレイヤー 1 は、Ethereum が実行できるすべてのことを、完全に新しいネットワークで実行できます。両者の違いは、新しいシステム設計ではスループットが向上し、取引手数料が下がるものの、通常は集中化が進むという点です。

過去 10 か月間で、新しいレイヤー 1 が大量にオンラインになりました。同じ期間に、これらのネットワークの合計価値は 0 ドルから約 750 億ドルに急増しました。現在、この分野をリードしているのは、Solana、Avalanche、Terra、Binance Smart Chainで、それぞれ100億ドル以上の価値がある成長中のエコシステムを持っています。

TVLが主導する非イーサリアムレイヤー1

すべてのレイヤー 1 は、開発者とユーザーを引き付けるために競争しています。 Ethereum のツールとインフラストラクチャがなければ、アプリケーションを簡単に構築して使用することは困難です。このギャップを埋めるために、多くのレイヤー 1 では EVM 互換性と呼ばれる戦略を採用しています。

EVM は Ethereum Virtual Machine の略で、基本的にはトランザクションを実行するための計算を実行する頭脳です。ネットワークを EVM と互換性のあるものにすることで、Ethereum 開発者は、基本的にコードをコピーして貼り付けるだけで、既存の Ethereum アプリケーションを新しいレイヤー 1 に簡単に展開できます。ユーザーは既存のウォレットを使用して EVM 互換のレイヤー 1 に簡単にアクセスできるため、移行が簡単になります。

BSC を例に挙げてみましょう。 BSCはEVM互換ネットワークを立ち上げ、コンセンサス設計を微調整してスループットの向上とトランザクションのコスト削減を実現したことで、昨年の夏、UniswapやCurveなどの人気のイーサリアムアプリに似た数十のDeFiアプリケーションの使用が急増した。 Avalanche、Fantom、Tron、Celo も同様のアプローチを採用しています。

対照的に、Terra と Solana は現在 EVM 互換性をサポートしていません。

EVM互換およびEVM非互換のレイヤー1 TVL

相互運用性チェーン

一般的に言えば、レイヤー 1 は Cosmos や Polkadot などのブロックチェーン エコシステムを表します。これらのプロジェクトは、新しい独立したブロックチェーンを構築するのではなく、開発者が相互に通信できるアプリケーション固有のブロックチェーンを作成できるようにする標準を構築しています。これにより、たとえばゲームブロックチェーンのトークンを、ソーシャルネットワーク用の別のブロックチェーン上に構築されたアプリケーションで使用できるようになります。

現在、Cosmos 標準を使用して構築されたチェーンには 1,000 億ドル以上が投入されており、最終的には相互運用可能になります。一方、ポルカドットは最近、同様にブロックチェーンエコシステムを統合するマイルストーンに到達しました。つまり、現在、イーサリアムの直接的な競合相手は多様化しており、将来的にはさらに増えるでしょう。

サイドチェーン

サイドチェーンと新しいレイヤー 1 の区別は、確かにあいまいです。サイドチェーンは EVM 互換のレイヤー 1 チェーンと非常によく似ていますが、Ethereum 全体と競合するのではなく、Ethereum の余剰容量を処理するように特別に設計されている点が異なります。これらのエコシステムは Ethereum コミュニティと密接に統合されており、補完的な方法で Ethereum アプリケーションをホストします。

Axie Infinity の Ronin サイドチェーンは、この良い例です。 Axie Infinity は、もともと Ethereum 上に構築された NFT ゲームです。イーサリアムのガス料金が高いため、ゲームをプレイするには非常に費用がかかるため、Ronin サイドチェーンは、ユーザーが NFT とトークンをイーサリアムからガス料金の低い環境に移動できるように設計されています。これにより、ゲームはより多くのユーザーにとって手頃な価格となり、人気が高まりました。

本稿執筆時点で、ユーザーは Axey Infinity をプレイするために、Ethereum から Ronin サイドチェーンに 75 億ドル以上を転送しています。

ポリゴンPOS

Ronin のような一部のサイドチェーンはアプリケーション固有ですが、他のサイドチェーンはより一般的なアプリケーションに適しています。現在、Polygon のプルーフ・オブ・ステーク (POS) サイドチェーンは、その価値が約 50 億ドルで、Aave や Sushiswap、Uniswap クローンの Quickswap など 100 以上の DeFi およびゲーム アプリケーションが導入されている業界のリーダーです。

同様に、Polygon POS は EVM 互換のレイヤー 1 と見た目は変わりません。ただし、Ethereum と競合するのではなく、Ethereum を拡張するフレームワークの一部として構築されています。 Polygon チームは、Ethereum が高価値取引と価値の保存のための主要なブロックチェーンであり続け、日常的な取引が Polygon の低コストのブロックチェーンに移行する未来を予測しています。 (Polygon POS は、チェックポイントと呼ばれるプロセスを通じて Ethereum との特別な関係も維持します)。

取引手数料が 1 セント未満なので、Polygon の将来ビジョンは実現可能だと思われます。インセンティブ プログラムの助けもあり、ユーザーは Polygon POS に殺到し、1 日の取引量は Ethereum を上回りました (ただし、これには大量のスパム取引が含まれていました)。

レイヤー 2 (ロールアップ)

レイヤー 1 とサイドチェーンの両方が直面している明らかな課題は、ブロックチェーンのセキュリティを確保することです。これを実現するには、新しいマイナーのグループ、またはステークされたバリデーターに手数料を支払って、トランザクションを検証し、保護する必要があります。これは通常、Polygon の $MATIC や Avalanche の $AVAX など、基礎となるトークンのインフレという形で行われます。

しかし、これには重大な欠点もあります。

1. 基本トークンを持つことで、エコロジカルネットワークはイーサリアムを補完するのではなく、より競争力のあるものになります。

2. トランザクションの検証と保護は複雑かつ困難な作業であり、エコシステムが永久に責任を負うことになります。

イーサリアムのセキュリティを借りてスケーラブルなエコシステムを構築できたら素晴らしいと思いませんか?

それでは、レイヤー 2 ネットワークに移りましょう。

つまり、レイヤー 2 は Ethereum の上に位置し、セキュリティを Ethereum に依存する独立したエコシステムです。重要なのは、レイヤー 2 にはネイティブ トークンが必要ないため、Ethereum をより補完するだけでなく、本質的に Ethereum の一部であるということです。イーサリアムのロードマップでは、イーサリアム 2.0 は「ロールアップを中心に据える」と述べて、このアイデアに敬意を表しています。

ロールアップの仕組み

レイヤー 2 は、トランザクションを「ロールアップ」またはバンドルし、更新されたトランザクション データを Ethereum に送り返す前に新しい環境で実行するので、ロールアップと呼ばれることがよくあります。 Ethereum ネットワークだけで 1,000 件の Uniswap トランザクションを処理する代わりに、結果が Ethereum に返される前に、計算がレイヤー 2 ロールアップにオフロードされます。

しかし、結果が Ethereum に公開されると、Ethereum はどのようにしてデータが正しく有効であることを知るのでしょうか? Ethereum はどのようにして誰かが誤った情報を公開するのを防ぐのでしょうか?これらの重要な問題により、オプティミスティック ロールアップとゼロ知識ロールアップ (ZK ロールアップ) という 2 種類のロールアップが区別されます。

楽観的なロールアップ

結果を Ethereum に送信するとき、Optimistic Rollups は結果が有効であると「楽観的に」想定します。言い換えれば、ロールアップの運営者が望むあらゆるデータ（不正確または詐欺の可能性のあるデータを含む）を公開し、それが正しいと想定しているわけですが、これは間違いなく楽観的な見通しです。

しかし、詐欺に対抗する方法はあります。チェックとバランスのため、引き出し後には誰でも不正行為を指摘できる時間枠が設けられています (ブロックチェーンは透明性があり、何が起こっているかを誰でも見ることができることに注意してください)。これらのオブザーバーの 1 人が不正行為が発生したことを数学的に証明できる場合 (不正行為の証明を提出することによって)、ロールアップは不正なトランザクションを元に戻し、不正行為者を罰してオブザーバーに報酬を与えます。

欠点は、Rollups と Ethereum 間で資金を転送するときに、監視者が不正行為を検出するかどうかを確認するために短い遅延が発生することです。場合によっては最大 1 週間かかることもありますが、時間の経過とともに遅延は減少すると予想されます。

重要なのは、Optimistic Rollups は本質的に Ethereum に結びついており、今日の Ethereum の拡張を支援する準備ができているということです。その結果、多くの主要な DeFi プロジェクトが Arbitrum や Optimistic Ethereum などの主要な Optimistic Rollups に目を向けるようになり、初期段階で力強い成長が見られます。

アービトラムと楽観的なイーサリアム

現在、Optimistic Rollups を実装している 2 つの主要プロジェクトは、Arbitrum と Optimistic Ethereum です。注目すべきは、両社ともまだ初期段階にあり、ある程度の集中管理を維持しているものの、時間の経過とともに分散化していく予定であるということです。

Optimistic Rollups は、成熟するとスケーラビリティを 10 ～ 100 倍に向上させることができると推定されています。まだ初期段階であるにもかかわらず、Arbitrum と Optimism の DeFi アプリケーションはすでに数十億ドルのネットワーク価値を蓄積しています。

Optimism は導入の初期段階にあり、7 つの DeFi アプリケーション、特に Uniswap、Synthetix、1inch に 3 億ドルを超える TVL が導入されています。

Arbitrum はさらに進んで、60 を超えるアプリケーション (Curve、Sushiswap、Balancer などのよく知られた DeFi プロトコルを含む) にわたる約 25 億ドルの TVL を誇ります。

Arbitrum は、ソーシャル メディア プラットフォームの月間アクティブ ユーザー 5 億人を対象にコミュニティ ポイントをトークン化するという、Reddit の待望の取り組みにおいて、優先スケーリング ソリューションとして選ばれました。

ZKロールアップ

楽観的ロールアップは常にトランザクションが有効であると想定し、他の人が不正を証明する余地を提供しますが、ZK ロールアップは実際にトランザクションが有効であることを Ethereum ネットワークに証明します。

バンドルされたトランザクションの結果とともに、いわゆる有効性の証明を Ethereum スマート コントラクトに送信します。名前が示すように、有効性の証明により、Ethereum ネットワークはトランザクションが有効であることを検証できるため、中継者がシステムを不正に操作することは不可能になります。これにより、不正防止ウィンドウの必要性がなくなるため、Ethereum と ZK-Rollups 間の資金移動は事実上瞬時に行われます。

即時決済と引き出し時間が不要というのは素晴らしいように聞こえますが、ZK-Rollups にはトレードオフがないわけではありません。まず、有効性の証明を生成するには計算量が多いため、それを機能させるには高性能なマシンが必要です。第二に、有効性の証明を取り巻く複雑さにより、EVM 互換性のサポートが困難になり、ZK-Rollups に展開できるスマート コントラクトの種類が制限されます。したがって、Optimistic Rollups は市場に最初に登場し、今日の Ethereum のスケーリング問題を解決する能力がより優れていますが、長期的には ZK-Rollups の方が優れた技術的ソリューションになる可能性があります。

ZK-ロールアップの採用

ZK-Rollups シーンは奥深く、複数のチームと実装が作業中および実稼働中です。注目すべきプレーヤーとしては、Starkware、Matter Labs、Hermez、Aztec などが挙げられます。現在、ZK-Rollups は主に支払いや交換などの比較的単純なアプリケーションをサポートしています (ZK-Rollups がサポートできるアプリケーションの種類に現在制限があるため)。たとえば、デリバティブ取引所 dYdX は、Starkware (StarkEx) の ZK-Rollups ソリューションを使用して、毎週約 500 万件の取引と 10 億ドルを超える TVL をサポートしています。

しかし、本当に賞賛に値するのは、EVM と完全に互換性があり、Optimistic Rollups の終了遅延なしに、一般的な汎用アプリケーション (DeFi アプリケーションの完全なスイートなど) をサポートできる ZK-Rollups ソリューションです。この分野の主なプレーヤーは、MatterLab の zkSync 2.0、Starkware の Starknet、Polygon Hermez の zkEVM、Polygon Miden であり、いずれも現在メインネットの立ち上げに取り組んでいます。

業界の多くの人々（Vitalik を含む）は、セキュリティや分散化を損なうことなく 1 秒あたり数十万件のトランザクションを根本的に処理できるという点を主な理由として、Ethereum 2.0 と組み合わせた ZK-Rollups を Ethereum のスケーリングの長期的なソリューションとして検討しています。 Ethereum のスケーリング プロセスが進むにつれて、今後登場する完全に EVM 互換の ZK ロールアップが注目すべき重要な問題の 1 つになります。

断片化された世界

長期的には、スマート コントラクト プラットフォームを数十億人のユーザー向けに拡張するには、これらのスケーリング ソリューションが必要になります。しかし、短期的には、これらのソリューションはユーザーと暗号通貨運営者にとって大きな課題となる可能性があります。 Ethereum からこれらのネットワークに移動するには、クロスチェーン ブリッジを使用する必要がありますが、これはユーザーにとって複雑であり、潜在的なリスクを伴います。たとえば、いくつかの鎖橋が 1 億ドル以上の被害をもたらす攻撃の標的となっています。

さらに重要なのは、マルチチェーンの世界の断片化により、構成可能性と流動性が損なわれることです。 Sushiswap は現在、Ethereum、BSC、Avalanche、Polygon、Arbitrum に実装されています。 Sushiswap の流動性はかつては 1 つのネットワーク (Ethereum) に集中していましたが、現在は 5 つの異なるネットワークに分散しています。

Ethereum アプリケーションは長い間、コンポーザビリティの恩恵を受けてきました。つまり、Ethereum 上の Sushiswap は、Aave や Compound などの他の Ethereum アプリケーションとプラグ アンド プレイします。アプリケーションが新しいネットワークに拡張されるにつれて、レイヤー 1/サイドチェーン/レイヤー 2 に実装されたアプリケーションは、別のレイヤーに実装されたアプリケーションと組み合わせることができなくなり、使いやすさが制限され、ユーザーと開発者にとって課題が生じます。

不確かな未来

Avalanche や Solana のような新しいレイヤー 1 は、Ethereum と競合するために成長し続けるでしょうか? Cosmos や Polkadot のようなブロックチェーン エコシステムは普及するでしょうか?サイドチェーンは、イーサリアムの余剰容量を引き受けながら、イーサリアムと調和して動作し続けるのでしょうか?それとも、Ethereum 2.0 と組み合わせた Rollups が勝利するのでしょうか?誰も確実に言うことはできない。

将来は不確実ですが、オープンで許可のない Web が直面している最も困難な問題の解決に取り組んでいる優秀なチームが数多くあるという事実に、誰もが安心できます。ブロードバンドが最終的にインターネットを YouTube や Uber などの革新的なアプリケーションのホストに役立てたのと同じように、私たちは最終的にこれらの優れたスケーリング ソリューションを同じ観点から見るようになると考えています。