TL;DR
ブロックチェーンのスケーラビリティが低いと、速度が遅くなり、取引手数料が高くなり、ユーザーエクスペリエンスが悪くなります。これは、レイヤー 1 (シャーディングなど) とレイヤー 2 (ロールアップなど) のソリューションによって潜在的に解決できます。
レイヤー 1 ソリューションはブロックチェーン自体のアップグレードを目的としており、レイヤー 2 ソリューションは既存のチェーンの上にフレームワークを作成します。
ロールアップは、人気のレイヤー 2 ソリューションです。ロールアップは、トランザクションをオフチェーンでバンドルして、計算を高速化します。
Zkロールアップは、ゼロ知識証明と呼ばれる暗号化技術を使用するロールアップ実装の一種です。
ゼロ知識証明により、基礎となるデータを公開せずに検証が可能になり、トランザクションのプライバシーとセキュリティが確保されます。
ブロックチェーンのスケーラビリティをめぐる競争
暗号通貨の普及が進むにつれ、ブロックチェーン ネットワークのスケーラビリティ問題を解決することが必須になります。ブロックチェーンが混雑すると、速度が低下し、取引手数料が高くなります。これを解決するために、レイヤー 1 とレイヤー 2 のソリューションという 2 つの主要なフレームワークがあります。
レイヤー 1 ソリューション: これらのソリューションは、ブロックチェーンの基盤構造を直接刷新し、システム全体のスループットを向上させます。シャーディングはその代表的な例です。ブロックチェーンを個別のセクターに分割することで、システムの容量が増加し、トランザクションの同時処理が可能になります。
レイヤー 2 ソリューション: これらのソリューションは、ベース ブロックチェーン上で動作します。レイヤー 2 では、トランザクションはオフチェーンで処理され、ベース チェーンにまとめてコミットされます。主要な手法には、ステート チャネル、サイドチェーン、ロールアップなどがあります。Zk ロールアップは、ゼロ知識証明を利用するロールアップの一種です。
Zk-Rollups とは何ですか?
Zk ロールアップを理解するには、ロールアップとゼロ知識証明を理解することが重要です。
ロールアップとは何ですか?
ロールアップにより、ブロックチェーンはトランザクション データをまとめてオフチェーンで処理できます。処理されると、最終結果はベース チェーンに適切にコミットされます。多数のトランザクションを同時に処理することで、ブロックチェーンが肥大化する可能性がなくなり、より高速で安価な計算が可能になります。ロールアップは、楽観的ロールアップと Zk ロールアップの 2 つのカテゴリに分類されます。
楽観的ロールアップ: 楽観的ロールアップは、ロールアップされたすべてのトランザクションが正当であるという前提で動作します。これらのトランザクションは、ブロックチェーンにコミットされる前に待機期間を経ます。この待機期間中、ネットワークは疑わしいトランザクションに異議を唱えるために紛争を起こします。楽観的ロールアップの例としては、Optimism、Arbitrum、opBNB などがあります。
ZK ロールアップ: 楽観的なロールアップとは異なり、ZK ロールアップはゼロ知識による有効性証明を通じてすべてのトランザクションを検証します。実装はより複雑ですが、ZK ロールアップは楽観的なロールアップで見られる紛争解決期間を回避し、理論的にはトランザクションをより速く処理するように設計されています。
それでは、ゼロ知識証明について見てみましょう。
ゼロ知識証明とは何ですか?
ゼロ知識証明 (ZKP) は、あるステートメントに関する複雑な詳細を開示することなく、一方の当事者 (証明者) がもう一方の当事者 (検証者) に対して特定のステートメントが真実であることを証明できるようにする暗号化ツールです。
ZKP には次の 3 つの特性が必要です。
完全性: 陳述が真実であり、両当事者が本物である場合、証明は常にその真実性を確認します。
健全性: 極めて稀な状況を除いて、不誠実な証明者は、正直な検証者に虚偽の陳述の妥当性を納得させることはできないはずです。
ゼロ知識: 最も特徴的な機能です。検証者は、プロセスの最後に、ステートメントの内容に関する洞察を得ることなく、ステートメントの有効性のみを学習します。
では、ZKP はどのように機能するのでしょうか? この方法論は 3 つのステップに分けられます。
証人: 最初の段階では、証明者は秘密情報、つまり「証人」を検証者に提供します。ここでの目的は、証明者が明示的に言及することなく特定のデータにアクセスできることを検証者に証明することです。証人は、正当な証明者だけが回答できる情報に関する一連の質問を設定します。
チャレンジ: この段階では、検証者はセットからランダムに質問を選択して証明者にチャレンジします。
応答: 証明者は検証者の質問に正しく答えて、信頼性を証明します。
これで、ロールアップと ZKP が何であるかがわかりました。これらを 1 つの傘の下にまとめ、zk-rollups がどのように機能するかを理解しましょう。
Zk-Rollups はどのように機能しますか?
Zk-rollups には 2 つのコア コンポーネントがあります。
オンチェーン コントラクト: スマート コントラクトは、zk-rollup プロトコルが動作するルールを定義します。これは、メイン コントラクトと検証コントラクトで構成されます。メイン コントラクトは、ロールアップ ブロックを保存し、デポジットを追跡し、重要な更新を行います。検証コントラクトは、生成された ZKP を検証します。
オフチェーン仮想マシン: これらのマシンは、L2 のベース Ethereum ブロックチェーンから離れてトランザクションの実行を処理します。オフチェーン仮想マシンは、Ethereum チェーンから独立して動作します。
Zk ロールアップは、独自の階層ではあるものの、Ethereum ブロックチェーンと複雑に絡み合っています。トランザクションのあらゆる詳細を Ethereum に詰め込むことはありません。代わりに、まとめられた要約をスマートに提供し、ベース レイヤーが整理され、効率的であることを保証します。
Zk-Rollups を使用するメリットとデメリット
では、zk-rollups を使用する利点は何でしょうか? 見てみましょう。
zk-rollupsのメリット
スループットの向上: Zk ロールアップは、トランザクション実行をベース レイヤーからより効率的なコンピューティング環境にオフロードします。トランザクションはチェーン上で個別に処理されないため、全体的なスループットが向上します。
混雑の軽減: ブロックチェーンの肥大化を軽減することで、zk-rollups はレイヤー 1 の操作を効率化します。さらに、フルノードはデータ全体ではなくゼロ知識証明のみを保存する必要があります。
手数料の削減: 混雑が軽減されるため、zk-rollups は全体的な手数料の削減に役立ちます。
セキュリティ対策: Zk ロールアップには、ロールアップ ネットワークに問題があってもユーザーが資金を引き出せるセキュリティ対策が組み込まれており、ネットワーク障害時に資金が危険にさらされる可能性があるサイドチェーンに比べて大きな利点があります。
トランザクション チャレンジ期間の短縮: zk-rollups を使用すると、ロールアップ内の有効性証明のみを検証する必要があるため、トランザクション チャレンジ期間が短縮されます。
zk-rollups の短所
複雑さ: zk-rollups の最大の欠点は、その固有の複雑さです。実行は、楽観的ロールアップよりもはるかに複雑です。
ベース レイヤーによる制約: 効率性にもかかわらず、zk ロールアップは依然として基礎となるベース レイヤーの制限によって制約されます。
流動性の断片化: レイヤー 2 はいずれも、エコシステム内の流動性の分散につながります。ベース レイヤー プロトコルの流動性が浅いと、潜在的な問題が発生する可能性があります。
楽観的ロールアップと Zk ロールアップ
楽観的ロールアップと zk ロールアップがどのように一致するかを見てみましょう。
終わりに
スケーラビリティは、ブロックチェーン技術の「聖杯」としてよく宣伝されています。システムが最適に動作しなければ、使用しても意味がありません。ロールアップ（楽観的ロールアップと ZK ロールアップの両方）は、この長年の問題にエレガントなソリューションを提供してきました。ZK ロールアップは、独自のアプローチにより、より高速でトラフィックが少なく、セキュリティが堅牢になることを約束します。確かに複雑な部分もありますが、その可能性は計り知れません。デジタル通貨の将来に関心のある人にとって、ZK ロールアップを理解することは必須です。ブロックチェーンのパフォーマンス向上を目指す今こそ、ZK ロールアップとその将来性について理解する時です。
参考文献
楽観的ロールアップとゼロ知識ロールアップ: 違いは何ですか?
ZkEVM とは何ですか? また、それはどのように Ethereum エコシステムを強化できますか?
ブロックチェーン レイヤー 1 とレイヤー 2 のスケーリング ソリューション
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