ゼロ知識暗号化を使用して DeFi のパフォーマンス問題を解決するにはどうすればよいでしょうか?

ブラッド・ベーレンズ

DeFiとは何か

分散型金融 (DeFi) は、主に Ethereum 上で展開される新興エコシステムであり、従来の金融サービスを非許可型かつ非管理型のものにすることを目的としたプロトコルで構成されています。多くの人が DeFi プロトコルを「金融ビルディング ブロック」と呼んでいます。これは、各プロトコルがモジュール式の金融プリミティブであり、他のプロトコルと相互運用して新しい金融サービスを作成できるためです。これらの新興金融サービスには、従来の注文帳モデルを自動マーケットメーカー (AMM) に置き換えて非管理方式で取引をマッチングする Uniswap などの分散型取引所 (DEX)、現実世界の資産へのオンチェーンエクスポージャーを提供する Synthetix プロトコルによって提供される合成資産、Aave や Compound などの貸付プロトコルが含まれます。

DeFiの需要と手数料市場の競争力

DeFi は明確な製品市場適合性を見出されており、利回りを獲得し、DEX を使用してトークン交換を容易にすることで暗号資産を収益性の高いものにする必要性は衰える気配がありません。需要の増加はネットワークに大きな影響を与えています。ユーザーは、マイナーがトランザクションを優先するようにインセンティブを与えるためにガス料金を値上げしました。

プロジェクト別の月間 DEX 取引量: https://www.duneanalytics.com/

市場の機会（新しく開始されたガバナンストークンや、プールされた資産で利回りを得るための流動性の提供など）を活用するために取引手数料を引き上げるインセンティブは常に存在します。これは、金銭的インセンティブに従うあらゆる市場での自然な行動であるためです。ただし、プロトコルがまだ 2.0 アーキテクチャに移行していない場合、シャーディングによってメイン チェーンのスループットが大幅に増加するため、問題が発生します。 2017 年に非代替性トークン (NFT) CryptoKitties の発売によりネットワークの混雑を引き起こしたこのトランザクション/秒のボトルネックは、現在、DeFi アプリケーションにおける実際の経済活動にこれまで以上に関連しています。

YAMプロトコルが開始

毎週のように新しい DeFi プロジェクトが立ち上げられ、早期導入者に魅力的な収益機会を提供する斬新な金融実験が提案されているようです。最も最近開始されたプロジェクトは Yam プロトコルです。これは、Ampleforth にヒントを得た USD ペッグを維持するための弾力的な供給メカニズム、供給が拡大するにつれて yCRV を保管するためのトレジャリー、デプロイメントからのオンチェーン ガバナンス、およびフロントエンド マイナーや VC の利害関係がない YFI にヒントを得た公正なトークン配布モデルを組み合わせたものです。

YAM プロジェクト開始時のガス価格: https://ethgasstation.info/

ピーク時には、YFI、COMP、MKRなどの複数のガバナンストークンで構成されるYAMファーミングプールの総ロック値（TVL）が、24時間以内に6億630万米ドル相当のデジタル資産を蓄積しました。これらの契約は、Synthetix の報酬/ステーキング プロトコル契約と Compound のオンチェーン ガバナンス契約を組み合わせたものですが、このプロトコルは正式に監査されておらず、参加者や複数の DeFi プロトコルのオンチェーン ガバナンスに予期せぬセキュリティ リスクをもたらす可能性があります。したがって、高利回りの機会を追求するためだけに、監査を受けていない契約に基づいて TVL が急速に蓄積されていると言えます。

Yam プロトコルにロックされている合計値 (USD): https://yam.zippo.io/

DeFiビジョン

DeFi の価値提案は常に、「銀行口座を持たない人々への銀行サービス」という目標を達成するために、参入障壁が低い、許可不要で非管理型の金融サービスを作り出すことでした。このビジョンは、市場の競争と現在のネットワークのスケーラビリティの制限により、小規模な市場プレーヤーの参入障壁が高まり、徐々に崩れつつあります。これらのスケーラビリティの制限は、2.0 の最初のフェーズが展開されるまで維持されるため、DeFi 分野では、レイヤー 2 のスケーラビリティ ソリューションを実装して適応するか、許可不要で参入障壁の低い金融システムを構築するというビジョンを犠牲にするリスクを負うことになります。

DeFiはゼロ知識暗号技術を使用する

レイヤー 2 スケーラビリティ ソリューションは、オンチェーン トランザクションの量を削減すること、つまり、オンチェーン トランザクションと同じセキュリティとファイナリティを保証する暗号化スキームを採用することで、オンチェーン計算の量を削減することを目的としています。 DeFi エコシステムにおける中心的な需要ポイントは DEX です。DEX はトークンの交換を容易にし、流動性を提供する手段として暗号資産を預けることを選択した参加者が低スリッページ取引を容易にし、取引手数料、ガバナンス トークン、または暗号資産の利回りの形で報酬を獲得できるようにします。したがって、ブロックスペースに対する需要圧力を軽減するために完全にスケールアップするには、まずこの中央インフラストラクチャに重点を置く必要があります。

ZKロールアップ

代表的なレイヤー 2 スケーラビリティ ソリューションは ZK-Rollup です。ZK-Rollup では、トランザクションのグループを zk-snark 暗号化によって 1 つのトランザクションにまとめることができます。この構造の基本的な前提は、デジタル署名には 32 ～ 96 バイトが含まれるため、各トランザクションを検証するためにより多くのガスが必要になるため、トランザクション データには 13 バイト (to、from、value、fee、nonce) が含まれるという事実を認識することです。

ZK-Rollup構造では、リレーラーノードがトランザクションt[1]、t[2]、...、t[n]のセットを収集し、各トランザクションのデジタル署名が正しいことを確認します。次に、トランザクション セットの前状態から後状態への各状態遷移が有効であることを証明するために zk-SNARK 証明が構築され、これにより、状態遷移をオフチェーンで低コストで実行できるようになります。

このレイヤー 2 構造は、高いスループット、迅速な決済時間、安価な取引手数料を必要とするプラットフォームにとって重要です。最新の DEX はこれらすべての要件を満たしていますが、ブロック スペースに対する高い需要、トランザクションの確認を待つ間に割り当てられたトランザクション手数料への依存、および ERC20 トークンの交換に必要な複数のトランザクションにより、手数料市場での競争にさらされています。

Loopring プロトコル v3.0 は、メイン チェーンをトランザクション データの唯一の真実のソースとして、一般にレイヤー 2 スケーラビリティにおけるデータ可用性として知られる zk ロールアップ構造を実装し、2025 tx/s という優れたスループットと、トランザクションあたり 0.0002 ドルまたは 100 万トランザクションあたり 1 億 5000 ドルの決済コストを達成しました。しかし、Loopring 上の DEX の分析では、ZK ロールアップ構造が提供する可能性は実現されていません。これは、ほとんどの DEX 取引量が Uniswap と Curve によって支配されており、そのインセンティブは低スリッページ取引で流動性を引き付け、維持することにあるためです。

毎日処理されるサイクルトランザクション: https://www.duneanalytics.com/

楽観的なロールアップ

Optimistic Rollup は、オンチェーン計算を削減するための簡潔な証明を生成するためにゼロ知識暗号化を使用せず、代わりに不正証明と呼ばれるメカニズムを利用して、メインチェーンに対する状態ルートの悪意のあるコミットメントに対抗する、もう 1 つのレイヤー 2 スケーラビリティ ソリューションです。不正防止とは、アグリゲータ（オフチェーン トランザクション ロールアップを担当するエンティティ）によって実行された状態遷移が不正であることを証明し、ロールアップ サイドチェーンのロールバックをもたらすメカニズムを指します。

アグリゲーターは、オンチェーンのロールアップされたスマート コントラクトに拘束されているという事実により、正しいコミットメントを提供するようインセンティブが与えられ、不正なコミットメントが行われた場合 (詐欺によって証明可能)、アグリゲーターは悪意のある行為に対して金銭的な罰則を受けることになります。

Synthetix OVM スワップ デモ

Optimism は、Optimistic の仮想マシン (OVM) をスマート コントラクトのレイヤー 2 オペレーティング環境として使用し、仮想マシン (EVM) 上で実行できる Optimistic Rollup ソリューションを開発しました。 Synthetix プロトコルは、レイヤー 2 取引所で実験的な取引コンテストを開始しました。OVM を活用してスケーラビリティの向上を実現し、取引実行のガス コストを 143 倍削減したほか、取引確認の高速化やオラクル更新のレイテンシ短縮といったユーザー エクスペリエンス上のメリットも実証しました。

OVM を使用した SNX レイヤー 2 交換統計: https://medium.com/ethereum-optimism/synthetix-exchange-meets-the-ovm-2de3a572d6df

燃料オプティミスティックロールアップ

Fuel Labs は、高速、安全、低コストの ERC20 スワップを実現するために、高度に最適化された UTXO ベースの Optimistic Rollup を開発しました。レイヤー 2 プロトコルは許可不要で非管理型であるため、ERC20 用に設計された DEX は Fuel の最適化されたロールアップをベース レイヤーとして使用できます。 Fuel v1 には、Ropsten ベンチマークでの 100,000 回の転送が含まれており、150 gwei で約 8,343 ドルかかります。 BLS 署名の統合により、各デジタル署名を個別に検証する必要がある Bitcoin ECDSA と、トランザクション内のすべてのデジタル署名と公開鍵を 1 つの鍵と署名にまとめる BIP 0340 Schnorr 署名が改善されます。 BLS 署名は、ブロック内のすべての署名を結合します。この署名を UTXO 楽観的ロールオーバーに実装すると、スケーラビリティの利点により、コストが約 (4 ～ 8 倍) 削減され、スループットが約 2 ～ 2.5k トランザクション/秒に増加します。

Fuel v1 Ropsten の結果: https://docs.fuel.sh/v1.0.0/Introduction/Benchmarks.html

要約する

DeFi エコシステムの現状は、Ethereum メインチ​​ェーンの固有のスケーラビリティ問題の影響を受けており、より包括的な金融システムを構築するというビジョンを犠牲にしています。取引手数料を上げることでブロックスペースの競争市場が拡大すると、小規模な市場参加者の参入障壁が高まりますが、これはまさに DeFi プロトコルが浸透するように設計されている人口層です。

DeFi プロトコルは、Layer2 Rollup ソリューションを通じてゼロ知識暗号化を活用できます。これにより、オフチェーンで実行された状態遷移を検証する zk-snark 証明を置き換えることで、トランザクションを集約し、ガス料金を大幅に削減できます。 Layer2 Rollup ソリューションは、スケーラビリティの面で大きな利点があるだけでなく、即時トランザクションを通じてユーザー エクスペリエンスも向上します。将来の DEX は超高速かつガスフリーになります。