OP Research：ZKロールアップガイド

著者: CloudY、

編集者: ヴィンセロ、YL

レビュアー: ナタリア

レイヤー2は、イーサリアムパブリックブロックチェーンの最適化されたスキームとして、注目、議論、研究開発のホットスポットとなっています。たとえば、Axieが採用されているRonin、DYDXが採用しているStarknet、Arbitrum、Optimism、ZKSyncなど、R＆Dチームはレイヤー2の技術的ソリューションに積極的に取り組んできました。では、レイヤー2とは何でしょうか？イーサリアムパブリックブロックチェーン自体はレイヤー1、メインネット、またはメインブロックチェーンレイヤーと呼ばれ、レイヤー2とは、メインブロックチェーンレイヤーからメインチェーンと通信できる別のレイヤーにトランザクションを移動し、より低いガス料金でより高速なトランザクションを実現することを意味します。以下に示すように、レイヤー2はイーサリアムメインネット上に確立された一種の高速道路のようなもので、トランザクション量を迂回し、イーサリアムのメインブロックチェーンレイヤーでのトランザクションの混雑を緩和します。現在、レイヤー2にはステータスチャネル、サイドチェーン、プラズマ、ロールアップなど、いくつかの技術的ソリューションがあります。人々に広く知られている 2 つのソリューションであるサイドチェーンとロールアップは、次のような点で異なります。前者は独自の独立したノードによって検証される必要があり、その安全性は主にそれ自体に依存します (Polygen はサイドチェーンのケースの 1 つです)。一方、後者はレイヤー 1 に直接基づくチェーンの下でトランザクションをバッチで集中的に処理し、チェーン上のトランザクション データとともにメイン ブロックチェーンに更新をリリースしますが、その安全性は依然としてレイヤー 1 に依存します。

（図1：レイヤー0、レイヤー1、レイヤー2の概略図）

サイドチェーンよりも安全性が高いにもかかわらず、Rollup は、現在の Ethereum メインネットの最適化にはまだ限定的な影響しか与えません。ただし、Rollup が Ethereum メインネットに基づいて真に最適化されていることは否定できません。Ethereum メインネット上のプロジェクトは、変更を加えることなく Rollup を使用してチェーンに入ることができ、ユーザーはクロスチェーン ブリッジを使用して資産を転送するリスクを負う必要がありません。つまり、Ethereum 上のあらゆる可能なトランザクションを Rollup テクノロジで実行できます。原則を以下に示します。Rollup 技術ソリューションに基づくチェーンは、Ethereum メインネット上に Rollup 契約を確立し、チェーン上でトランザクションを実行するユーザーのアカウント残高や、この契約のスマート コントラクト コードなど、Rollup チェーンの状態を監視します。情報は、キーと値のマッピングで構成される「状態ルート」に記録されます。キーはアドレス、値はアカウントです。各アカウントには、残高、乱数、コード (スマート コントラクトのみ)、ストレージ (スマート コントラクトのみ) の最大 4 つの属性があります。 Rollup はチェーン上でトランザクションを実行するのではなく、メインチェーン上でトランザクションデータのみをリリースするため、メインチェーン上でリリースされたトランザクションデータと状態ルートが不正である可能性があります。そのため、主要な問題を解決するために、Optimistic Rollup と ZK Rollup ソリューションが提案されています。

（図2：ロールアップの技術原理の概略図）

提出されたすべての状態ルートの信頼性について楽観的であり、詐欺防止を提出することで安全を保つ楽観的ロールアップとは異なり、ZK ロールアップは別の状況です。ZK ロールアップでは、ZK-Sync は ZK-SNARK の暗号化証明を使用して状態ルートを解放し、ZK 証明技術 (一方の当事者が何かを証明するために必要な情報を開示せずに証明できる) を使用して状態ルートの真正性を検証することで、データ自体へのアクセスを回避し、プライバシーを確​​保します。引き出しに 1 週​​間かかる楽観的ロールアップと比較して、ZK ロールアップでは資産をわずか 10 分で引き出すことができます。しかし、ZK-SNARK は非常に複雑な数学を備えた新しい技術であるため、ZK ロールアップはまだ開発中であり、そのため、ZK ロールアップは楽観的ロールアップよりも適応性が低くなります。しかし、ZK ロールアップにも注目すべき利点があります。 ZK-SNARK はトランザクションの証人を必要としないため、チェーンに保存されるデータが大幅に削減され、拡張性が向上します。また、各トランザクションを検証できるため、安全性も高まります。

同様に、StarkWareもZK Rollupを採用していますが、ZK-STARKに基づいています。ZK-STARKテクノロジーは、初期化のスキップとポスト量子コンピューティングの拡張性と信頼性セットが改善されているため、ZK-SNARKと比較すると、後者ほど成熟しておらず、ガス料金が高くなります。さらに、StarkWareはCairo言語を使用しているため、チューリング完全性が達成されるとEVMとの互換性が難しくなります。この問題に対応するために、StarkWareチームは、SolidityスマートコントラクトをCairoにシームレスに変換するコードトランスレータWarpを開発しました。さらに、StarkWareは現在、StarExを通じてdydx、Immutable、Deversifi専用のZK Rollupを実現しています。

これまで、レイヤー2とレイヤー2の技術的ソリューションの1つであるRollupについて簡単に説明してきました。Rollupの方向性の1つであるZK Rollupには、より明らかな利点と優れた拡張性があり、ZK Rollupに基づくチェーンが将来広く使用される可能性が高いと考えています。しかし、ZK Rollupチェーンは、メインネットに登場した後、多数のサイドチェーンやArbitrum、Optimismの中で本当に際立ち、その技術レベルと同じくらい高い位置を占めることができるのでしょうか。本稿では、4つの側面から、各側面でより優れたパフォーマンスを発揮するパブリックブロックチェーンを評価および分析し、これに基づいてZK Rollupチェーンの発展の可能性を推測し、対応する提案を行うように努めています。

• 4 つの次元:

1. 暗号ネイティブ

2. オンチェーンアセット

3. エコシステム

4. コミュニティ

1. 暗号ネイティブ

暗号ネイティブの概念は、概念と技術革新の画期的な進歩など、ブロックチェーン技術の重要性を測るものです。たとえば、イーサリアムはチューリング完全な仮想マシンを開拓し、ブロックチェーンをビットコインの支払いネットワークから複雑な相互作用のネットワークに拡張し、DeFiなどの概念を可能にしました。独自の技術、斬新な概念、さまざまな試みを持つパブリックブロックチェーンは他にも数多くあります。本稿では、暗号ネイティブの代表としてCosmos、Polkdaot、Solanaを選択し、パブリックブロックチェーンがイノベーションやパフォーマンスの向上を通じて暗号ネイティブの中でどのように地位を確立しているかを説明します。

（1）コスモス

Cosmosは、将来をさまざまな機能アプリケーションに重点を置いたブロックチェーンのマルチチェーン宇宙と見ています。この概念に基づいて、Cosmosは3つの基本コンポーネントを開発しました。1) Tendermintコンセンサスプロトコル、2) Cosmos SDK、3) IBC（Inter Blockchain Communication）プロトコル。これにより、インターブロックチェーン問題が解決され、マルチチェーン宇宙が可能になります。ブロックチェーンアプリケーションの開発プロセスを合理化し、開発者が基盤となるプロトコルではなくアプリケーション自体に集中できるように、豊富なSDKとTendermintエンジンを開発しました。さらに重要なのは、Cosmosがアクティブなインターブロックチェーンを実現したことです。これは、異なるチェーンに資本プールを作成していわゆるクロスチェーンを実現する他の主流のクロスチェーンブリッジとは異なり、Cosmosのハブを介して各チェーンでアトミックトランザクションを実行できます。

（2）ポルクドット

Polkadot は、インターブロックチェーンを「リレーチェーン」（メインチェーン）と「並列チェーン」（チャードチェーン）で実現しています。各並列チェーンはリレーチェーンに接続することで他の並列チェーンとの通信を実現し、各リレーチェーンは約 100 個の並列チェーンをサポートしています。Polkadot はメタプロトコルとして Wasm を使用しています。これにより、並列チェーンは独自のロジックと言語を定義でき、リレーチェーンに接続する前にリレーチェーンの検証者が実行する独自の状態遷移関数を提供するだけで済みます。Polkdot のアプリケーションは、特定の並列チェーンに格納することも、並列チェーン全体に展開することもできます。リレーチェーンは各並列チェーンに接続できますが、インターフェースが限られており、並列チェーンはオークションでスロットに入札する必要があります。これは「スロットオークション」と呼ばれることがよくあります。

（3）ソラナ

Solana は、コストを低く抑えながらスループットを拡大することを目指しています。この目的のために、Solana は、独自のプルーフ オブ ヒストリー (PoH) アルゴリズムとライトニング シンク エンジン (プルーフ オブ ステーク (PoS) の別のバージョン) を組み合わせた革新的なハイブリッド コンセンサス モデルを使用します。PoH は Solana プロトコルの中核部分であり、ネットワーク上の各トランザクションにタイムスタンプを提供して、ネットワーク上の任意の時点で発生するトランザクションを確認できます。タワー ビザンチン フォールト トレランス (BFT) アルゴリズムを使用する PoS に依存する PoH は、実用的なビザンチン フォールト トレランス (pBFT) プロトコルの最適化バージョンです。さらに、Solana は独自の Rust 言語を使用してスマート コントラクトを記述し、BPF バイトコードを使用してより高い実行効率 (TPS) を実現します。

2.オンチェーン資産

オンチェーン資産とは、ブロックチェーン上で発行され、購買力が比較的安定している主流トークンの集合体であり、BTC、ETH、BNB、USDT、USDC、DAIなどがある。パブリックブロックチェーン上の高品質資産の数は、そのオンチェーン資産の拡張可能なスペースを決定する。現在、ブロックチェーンにはユニバーサルクレジット住宅ローン方式はなく、資産を担保にすることでのみレバレッジを高めることができるが、担保資産は一般的に安全性を確保するために高品質資産である。そのため、現在より高品質資産を持つ3つのパブリックブロックチェーン、BSC、Solana、Terraを代表として選択した。下表に示すように、3つのパブリックブロックチェーン上の主流オンチェーン資産は100億ドルで、主にパブリックブロックチェーントークンであるBTCとETH、およびパブリックブロックチェーン上のUSDT、USDC、USTなどのステーブルコインである。豊富なオンチェーン資産は、オンチェーンエコロジーの発展を大きく促進する。

（2022年4月17日現在）

(出典: BSCScan、SolanaExplorer、Terrascop)

3. エコシステム

エコシステムプロジェクトの量と質は、資本に加えてパブリックチェーンの発展を決定するもう1つの重要な要素です。高品質のプロジェクトは、多数のアクティブユーザーを引き付け、かなりの資産を生み出し、莫大な資金をもたらすことができます。また、完璧なエコシステムを確立するには、一定数の高品質のプロジェクトが必要です。これにより、ユーザーと開発者に優れたインタラクティブエクスペリエンスが生まれ、外部リスクに大きく抵抗し、資金の使用範囲が拡大します。これに基づいて、BSC、Solana、Cosmosを選択し、チェーン上のTVL、プロジェクト数、転送数を通じてエコシステムの発展を判断しました。次の表から、BSCのプロジェクト数が最も多く、Solanaの転送数が最も多く、CosmosのTVLが最も高いことがわかります。これは、3つのパブリックチェーンがエコシステムで独自の利点を持っていることを反映しています。1.イーサリアムサイドチェーンとして、BSCはすべてのEVMベースのプロジェクトと互換性があります。2. Solanaは、高いTPSを通じて転送効率を最大化し、インタラクションエクスペリエンスを最適化できます。 3. Cosmos は、すべての IBC チェーンの TVL を含むすべての IBC チェーンを IBC プロトコルを通じて接続します。

（2022年4月17日現在）

(データソース: DeFiLama、Nansen、DappRadar、BSCScan、SolanaExplorer、Atomscan、Terrascop)

これら3つのパブリックチェーンには、開発者インセンティブプランや取引所のトークンによるサポートもあり、開発者が独自のパブリックチェーンでプロジェクトを開発し、初期の高品質プロジェクトに多くのリソースを提供するよう奨励しています。たとえば、BSCには最優秀開発者（MVB）スピードプランがあり、高品質のスタートアッププロジェクトがより多くの革新と変革を行い、業界で成熟した経験と財政的支援を得て、コミュニティとプロジェクトの協調的な発展を加速できるように支援しています。さらに、ユーザーは当然、BSCの高品質プロジェクトが取引所に上場されることを期待しています。同様に、SolanaはハッカソンとFTXによってサポートされています。そのため、Solanaでは、高品質プロジェクトはSolanaエコシステムファンドからのサポートと開発支援も受け、FTX取引所に上場される見込みがあります。CosmosはSDKを使用して開発の難易度を軽減し、チェーン間のリソース交換とエコシステム内の誓約エアドロップに依存してプロジェクトの開発を推進しています。例えば、新しいチェーンはLUNAとUSTを導入することでTerraチェーンの資本を獲得できる一方、AnchorなどのTerraチェーン上のプロジェクトは他のチェーンと協力してチェーントークンを担保資産として含め、トークンの使用シナリオを増やすこともできます。

4. コミュニティ

コミュニティとは、パブリックチェーンコミュニティの活動と投資機関のサポートを指します。パブリックチェーンが長期的かつ持続可能な形で発展するには、十分な注目と資金が必要です。私たちは主にソーシャルメディア上のユーザー総数、投稿数、メッセージ内容を観察します。投資機関は主にパブリックチェーンの初期投資家と、彼らがパブリックチェーンに投資した資本、宣伝、協力などのリソースを観察します。包括的な調査の結果、BSC、Solana、Avalancheを選択しました。下図に示すように、3つのパブリックチェーンコミュニティは規模が大きく、活発です。トークン価格の上昇に加えて、パブリックチェーンの相互作用とエコシステムに注目しています。具体的には、初期段階での優位性により、BSCは豊富なエコシステムを持ち、多数の高品質のアクティブユーザーを蓄積しており、これはTwitterフォロワー数やDiscordの毎週のスピーチ数の最大数にも反映されています。SolanaとAvalancheは、新興市場を拠点とする多くのTelegramとDiscordユーザーを獲得しています。メッセージの内容は主に、オンチェーン情報科学の普及、オンチェーン運営に関する質問、詐欺防止、エコシステムプロジェクトの相談などです。

（注：データはすべて英語コミュニティからのもので、ユーザー数は2022年4月18日北京時間午前11時時点のものです）

資本とリソース主導のBinanceとは異なり、繁栄しているSolanaとAvalancheのコミュニティは、有名な機関投資家、特にSolanaの場合はSBF、Avalancheの場合はSuzhuの強力な宣伝からも恩恵を受けています。彼らはソーシャルメディアで関連するパブリックチェーンのエコシステムプロジェクトを頻繁に紹介し、推奨しています。彼らは一定の意思決定権を持っているため、多くの場合、いくつかのインセンティブ活動を約束しており、これにより多数の新規ユーザーを引き付け、ユーザーのエンゲージメントを向上させています。したがって、財政的な支援に加えて、有名人の影響もパブリックチェーンの人気を高めるのに役立ちます。

上記3つのパブリックチェーンの主な投資機関は以下のとおりです。

ZKの未来

1. 暗号ネイティブ

暗号ネイティブの観点から見ると、ZK Rollupの重要性は自明です。Rollupは、モジュラーブロックチェーンに向けたイーサリアムで容量を拡大する上で重要な役割を果たしています。つまり、コンセンサスをイーサリアムに転送し、実行とデータの可用性をRollup上で実行するように転送します。その中でも、ゼロ知識証明は、高く評価されている独自の暗号スキームであり、本質的には計算量を減らし、データの正確性を確保するだけです。技術的ソリューションの原理は上記で詳しく説明しましたが、現在2つの主要なZK Rollup（StarkWare / zkSync）の資金調達から、高く評価されている結果がわかります。さらに、イーサリアムの創設者であるVitalikでさえ、中長期的には成熟したZK-SNARKテクノロジーにより、ZK Rollupはあらゆるユースケースでその利点を発揮すると記事で述べています。このように、ZK Rollupの暗号ネイティブ性は明らかです。

2. オンチェーン資産

2つ目は、ZKのオンチェーンファンドについてです。まずはイーサリアム上のストックファンドから判断できます。イーサリアム上で比較的安定した購買力を持つ主流通貨は、スマートコントラクトを備えたすべてのパブリックチェーンの中で最大のストックファンドであることは間違いありません。ETHの時価総額は、すべての暗号通貨の中で2位を維持しています。次に、Tetherが発行するUSDT、Circleが発行するUSDCなどの主流の米ドル安定通貨、デジタル通貨担保に基づく米ドル安定通貨DaiとMIM、FraxやFeiなどのさまざまなアルゴリズム安定通貨。さらに、WBTC、HBTC、renBTCなどのBTCのアンカー通貨、および前述のチェーン上で絶対的な購買力を持つ主流通貨は、そのメインのパブリックチェーンがイーサリアムで流通しています。これを踏まえて、ZK Rollupはイーサリアムの待望の拡張ソリューションとみなされ、Rollupの自然な利点により、イーサリアムの第1層に留まっている上記のオンチェーン資金が、現在主流のクロスチェーンブリッジのリスクを負うことなく第2層に到達し、イーサリアムの第1層から多くのオーバーフロー資金を自然に受け入れることができます。

3. エコシステム

イーサリアムの誕生は、Web 3.0の先行者利益により、現在世界で最も成熟したブロックチェーンエコシステムを生み出しました。それは、開発者エコシステム、インフラストラクチャとプロジェクトのエコシステム、さらにはイーサリアムのユーザーエコシステムであっても、ブロックチェーンパブリックチェーンにあります。ZK Rollupのエコシステムの拡大には、チェーン上の資金に加えて、現在イーサリアムの第1層にある高品質のWeb 3.0プロジェクトを引き付け、その主な活動、資本のロックアップ、およびユーザーをネットワークの第2層に移行できるかどうかが最優先事項になります。第二に、ユーザーがガス料金の使用コストを本当にBSC/AvalancheやSolanaのレベルまで下げることができるかどうかによって、ZK Rollupが2021年にイーサリアムから溢れ出る資金とトラフィックを呼び戻すことができるかどうかが決まります。最後に、パブリックチェーンの歴史から、パブリックブロックチェーンがパブリックブロックチェーントランザクションの指数関数的な成長を遂げることができるかどうかは、2020年のDeFi、2021年のNFTやGameFiなど、新しい形式のナラティブストーリーに大きく依存します。したがって、新しい形式のWeb 3.0製品の登場があるかどうかも、ZK Rollupがイーサリアムに指数関数的な成長をもたらすため、ZK Rollupがイーサリアムを新たな高みに導くための重要な要素となります。以下では、zkSnyc / Starkwareの現在のエコロジーをそれぞれ説明します。

公開された資金調達のニュースによると、多くの優れたWeb3.0プロジェクトがzkSyncに投資しており、いくつかのCEXもzkSyncベースの現金引き出しチャネルの開設を発表しました。さらに重要なのは、ETHやMATICなどのカスタマイズされたトークンを購入しなくても、zkSyncで任意のトークンを使用して費用を支払うことができることです。他のレイヤー2チェーンや他のパブリックチェーンと比較して、この機能はzkSyncをキングスボムとして使用する閾値を高めます。さらに、開発者の難易度を下げるために、zkSync2.0は誕生以来、開発者がzkEVMとコンパイラーの組み合わせを通じてSolidityを使用して99％のEVM互換性を実現できることを強調してきました。これにより、zkSync2.0でのDeFiの大規模なアプリケーションが実現する可能性が高まります。

Starkwareにとって、StarkExは2020年6月にL2スケーラビリティエンジンとして発売され、CairoとSTARKsがサポートするアプリケーション固有のZK Rollupの作成を承認しました。現在、dydx、Immutable、Deversifi、SorareなどのプロジェクトがStarkExに基づいて運用されています。現在、チェーンにロックされている金額は11.6億ドルに達し、1億4000万件以上の取引が処理され、累計取引額は5180億ドルを超えています。彼らの公式の開発ルートによると、彼らは複数のアプリケーションの同じグローバルL2を同じStarkNetで実行することに重点を置き、異なるアプリケーション間の相互運用性を実現し、規模の経済性の向上によりガス料金コストを削減し、最終的に分散型運用の第3段階を実現します。

（図出典：https://medium.com/starkware/on-the-road-to-starknet-a-permissionless-stark-powered-l2-zk- rollup-83be53640880）

（スタークウェア：TVL$11.6B; 1億4500万トランザクション; 生物学プロジェクト：85）

（データソース: https://ecosystem.zkSync.io/、https://l2beat.com/、https://zkScan.io/、https://starkware.co/starkex/）

4. コミュニティ

コミュニティにとって、ZK Rollupの現在の2つのプロジェクトは、ソーシャルメディアのスピーカーの総数、メッセージの内容などのコミュニティ活動指標の点で、BSC、Solana、Avalancheに近いです。メインネットワークがまだオンラインになっていないという事実に基づいて、Discordスピーカーの数に関しても、zkSnycは他のパブリックチェーンよりもさらに進んでいます。投資機関の観点から見ると、2022年3月にStarkWareが60億ドル規模の最新の資金調達ラウンドを実施し、以前の投資家を解放しました。これは間違いなく資金調達で非常に優れています。Web 2.0時代の暗号市場には、Ethereumの創設者であるVitalik Buterin以外にも、ParadigmやSequoia Capitalなど、有名なトップ投資機関もあります。一方、zkSnycの資金調達プロセスは、開発者やユーザーに近いようです。 Union Square VenturesやA16ZなどのVC以外にも、一連のDeFiプロジェクトや取引所の投資もあり、zkSync2.0のメインオンラインラインの後に急速な統合をもたらすことが期待されています。

投資機関と資金調達は次の表の通りです。

ZKは技術的な優位性により多くの注目を集めているため、上記のグラフからわかるように、ZK Rollupのトップ2プロジェクトも多くの投資機関から支持されています。特に、zkSyncは取引所やWeb 3.0プロジェクト関係者から多額の投資を受けています。多くの有名な中央集権型取引所やWeb 3.0プロジェクトがZK Rollupに非常に楽観的であることは容易にわかります。

最後に、ZK Rollup は、イーサリアムのガス料金を大幅に削減し、スケーラビリティを大幅に向上させることが可能であることを証明しました。Op Research は、近い将来、ZK Rollup がコミュニティとユーザーに新しいイーサリアムをもたらすことを強く期待しています。すべてがうまくいけば、大規模アプリケーション向けの Web 3.0 製品が間もなく登場すると大胆に想像できます。

参照

https://www.pcmag.com/encyclopedia/term/layer-2-blockchain

https://www.preethikasireddy.com/post/a-normies-guide-to-rollups Binance (BNB) ブロックチェーン エクスプローラー

ソラナ

https://terrasco.pe/