ブロックチェーンの容量を拡張するのは難しいですか？ビットコインからイーサリアムへ

DeFiビジネスの成長は2020年に始まり、TVLは6億ドルから250億ドルへと40倍に増加しました。これは、1つの現象から直感的に感じることができます。昨年、DEXの1日あたりの取引量は数千から数十万に増加し、Uniswapの1日あたりの取引量は、旧中央集権型取引所Coinbaseの取引量を上回りました。

イーサリアムの取引量は増加し続けていますが、ブロック容量が逼迫し始めており、マイニングプールは利益を最大化するためにガス価格入札を選択して取引を分類しています。同時に、DeFi ビジネスの技術的な問題とユーザー心理における FOMO の問題を考慮すると、誰もが取引を高速化するためにより高い価格を支払う用意があります。高額な採掘手数料は、包括的金融の本来の目的から私たちを遠ざけています。

では、なぜイーサリアムはより多くのトランザクションを運ぶためにブロック容量を直接増やすことを選択しないのでしょうか?理由は簡単です。ブロックチェーンの根本的な制限は、「すべてのトランザクションはネットワーク内のすべてのノードによって検証され、処理される必要がある」ということです。したがって、ブロック サイズが数倍に増加すると、より多くの小規模ノードが撤退し、徐々に中央集権化に向かっていきます。

ブロックチェーンの容量を拡張するのは難しいですか？

2010年にはすでに、サトシ・ナカモトは容量拡張の問題について議論していました。当初、サトシ・ナカモトはビットコインのソースコードでブロック容量を32Mに設定しましたが、後にブロックのトランザクション量が常に少なかったため、容量は1Mに設定されました。また、容量拡張の必要がある場合は、ブロックの高さをコード内で設定して、ブロック容量を自動的にアップグレードできるとも考えています。

しかし、その後のビットコインの拡大はそれほど順調ではありませんでした。主な意見の相違は、「Segregated Witness and Lightning Network」を採用するか、「ブロック容量を増やす」かでした。前者は、「ブロック容量の増加にはより高い帯域幅とストレージが必要となり、徐々にノードの集中化につながる」と考えており、Segregated WitnessとLightning Networkの2つの技術を利用して、ブロック容量を増やすことなく拡張を完了したいと考えている。

注: これは、Eth2 が PoS を採用してノードしきい値を下げ、より多くの人がバリデーターになり、分散型世界台帳の理想を実現できるようにしたいと考えている理由でもあります。

もちろん、これは結局技術的な問題ではなく、むしろイデオロギー的な戦いにまで発展しました。香港コンセンサスの矛盾と不信を経験した後、最終的にハードフォークに至り、現在のビットコインコアとビットコインクラシックの2つの拡張ルートが形成されました。

ビットコインの拡大プロセスはドラマのようだ。 SegWit、Schnorr Signature、Lightning Networkなどの拡張技術が実装されつつありますが、質的な変化は見られません。

• SegWit: トランザクション データが 25% 圧縮されます。

• Schnorr 署名: 単一の署名データが 50% に圧縮されます。マルチ署名: 複数のトランザクションが 1 つのトランザクションのサイズに圧縮されます。

• ライトニング ネットワーク: ピアツーピアの小額支払いシナリオが不足しており、資産サイズは 1000 BTC 以上のみです。

その後、ライトニングネットワークのホワイトペーパーの著者であるジョセフ・プーン氏はイーサリアムコミュニティに移り、2017年にヴィタリック氏とともにプラズマホワイトペーパーを公開し、イーサリアムのスケーラビリティ問題の解決を試みました。

Plasma は、トランザクションの計算と保存をレイヤー 2 に移動し、複数のトランザクションを 1 つのブロックに圧縮し、ブロックの Merkle ルートをレイヤー 1 Plasma 契約に送信することで、スループットを向上させ、トランザクション コストを削減することを提唱しています。

Layer2 は、セキュリティ信頼および仲裁レイヤーとして Layer1 Plasma コントラクトに依存します。 Layer2 に問題や悪意のある動作があった場合、ユーザーは Layer1 Plasma 契約を使用して資金を引き出すことができます。資金を引き出すには、約 2 週間のチャレンジ期間を待つ必要があります。チャレンジ期間中は、誰でも「不正証明」を提出して引き出しが無効であることを証明し、報酬を受け取ることができます。逆に問題がなければチャレンジ期間が終了するのを待ってスムーズに退出しましょう。

プラズマはかつてコミュニティの希望でした。 OmiseGo、Matic、Loom など、多くの Plasma の亜種が見られます。ただし、いくつかの欠陥のため、最終的にはコミュニティの支持を得ることができませんでした。

• データの可用性が不足しているため、ユーザーは Plasma の信頼できるノード データに依存するか、悪意のある意図がないかネットワークを常に監視する必要があり、レイヤー 1 と同等のセキュリティを実現できません。

• 引き出しサイクルは長く、2 週間の不正防止チャレンジ期間が必要です。誰かが悪意のある行為を行い、チャレンジ期間中に誰もその悪意のある（詐欺的な）行為の証拠を発見して提出しなかった場合、ユーザーの資金を失うリスクがあります。

上記の段落は少し理解しにくいかもしれませんので、データの可用性の例を見てみましょう。

ビットコインとイーサリアムの過去の拡大から、理想的な拡大計画がどのようなものであるべきかが徐々にわかってきました。

• 集中化を避けるためにブロックサイズを維持します。

• データの可用性をサポートし、ユーザーは L1 からトランザクション ステータスを再構築できます。

2019 年のイーサリアム ハードフォーク アップグレードであるイスタンブールにより、理想的な拡張計画に近づいています。このアップグレードには、レイヤー2対応のEIP提案が2つ含まれます。

• EIP-1108: SNARK および STARK 検証操作を安価にする。

• EIP-2028: Calldata Gas の消費量を削減し、L2 データを Calldata 形式で低コストでチェーンにアップロードできるようにします。

レイヤー2ロールアップの現状

ロールアップとは何ですか?

Rollup には多くの中国語訳があり、そのうちの 1 つは「spring roll」というジョークです。食材を巻いて一口で食べる感覚が想像できます。実際、Rollup はトランザクション データを圧縮してレイヤー 1 に配置するため、同じブロック容量でより多くのトランザクションを収容でき、30 TPS から 3000 TPS レベルに拡張され、さらに Eth2 Sharding 拡張と組み合わせると、その効果は現在の Visa レベルに匹敵する可能性があります。

データを圧縮するにはどうすればいいですか?

圧縮はRollupの本質です。巧妙な圧縮技術により、より多くのトランザクションに対応できます。同時に、チェーン上のデータを圧縮することで「データの可用性」が提供され、ユーザー資産のセキュリティが確保されます。

単純な Ethereum トランザクション (ETH の送信など) は通常、約 110 バイトを消費します。ただし、ロールアップで ETH を送信すると、約 12 バイトしか消費されません。支払いアドレスとトランザクション署名を例に挙げてみましょう。

• 20 バイトのアドレスの代わりに「インデックス」を使用します (たとえば、アドレスが「状態ツリー」内の 4,527 番目のアドレスである場合、インデックス 4,527 を使用してそれを表すことができます)。

• 署名: ゼロ知識証明の特性を利用して、数千のトランザクション署名をゼロ知識証明に変換し、証明の有効性をチェックすることで数千のトランザクションの有効性を確認します。

ロールアップソリューションの比較

Rollup ソリューションには、ZK Rollup と Optimistic Rollup という 2 つの主なタイプがあります。前者は有効性の証明を使用し、後者は詐欺の証明を使用します。これら 2 つの証明の背後にある概念は異なります。

• 有効性の証明: 資金のセキュリティ、スムーズなユーザーエクスペリエンス、プライバシーを確​​保するために数学的手法を使用しますが、短期的には一般的な EVM 計算をサポートできません。

• 不正防止: 一般的な EVM 計算をサポートします (Ethereum プロジェクトの移行を容易にするため) が、ゼロ知識証明は短期的には採用できないため、資金の安全性を確保するために不正防止を選択する妥協案が採用されています。

最後に、Layer2 の開発履歴を説明するために、この記事では過去のさまざまな拡張計画について触れていますが、これはこれらの計画のアイデアが失敗であることを意味するものではありません。技術的な問題に加えて、商業的な実現可能性も熟考する価値があります。Vitalik は、次の 2 つの Rollup ソリューションについて次のようにコメントしています。