アンドレアスフロイント、EEAメインネットインタレストグループメンバー
以下は、Ethereumスケーラビリティエコシステムミニレポートの現在の状態です。これは、一般的なブログ投稿よりも長く、詳細です。
多くの企業は、いくつかの要因のためにプライベートブロックチェーンコンソーシアムを放棄しました。プライベートブロックチェーンの実装に意味のあるネットワーク効果がないため、共有データベースシステムよりも競合するエンティティのコンソーシアム内で管理するのが高価で面倒になる傾向があります。新しく急速に成長しているため、非常に収益性の高い資産クラスを備えたDeFiエコシステムへのアクセスの欠如。イーサリアムレイヤー2（L2）スケーラビリティソリューションは、多くのL2ソリューションが巧妙な暗号化を備えた事実上の集中型データベースであるため、イーサリアムメインネットの四角いペグを企業のセキュリティ、プライバシー、およびコンプライアンス要件の丸い穴に適合させる機会を提供します。また、DeFiアセットクラスの世界へのアクセスを提供し、メインネットネットワーク効果がそれらのDeFiアセットクラスを介してエンタープライズソリューションに波及することを可能にします。これにより、資産とユーザーの両方の成長を通じて、L2のエンタープライズユースケースとイーサリアムメインネットの間に新しい共生関係が生まれます。
イーサリアムメインネットは、現在、そのエコシステムの成長の重大なボトルネックとして機能しているという点で、それ自体の成功の犠牲になっています。ネットワークの問題は、高いトランザクション料金とブロックごとに許可されるトランザクションの数が限られているために発生し、イーサリアムベースのプロトコル、スタートアップ、およびその他の健全なビジネスモデルの経済的実行可能性を危険にさらしています。イーサリアムの次のバージョンであるEth2は、トランザクションのスケーラビリティが100倍に向上し、トランザクション料金が大幅に削減されることを約束していますが、その展開はまだ12か月以上先です。イーサリアムが世界で最も人気があり、最も使用されているブロックチェーンネットワークとしてのリーダーシップの地位を維持したい場合、イーサリアムのスケーラビリティの課題に今日取り組む必要があります。
過去2〜3年間で、スケーリングとトランザクションコストの課題に対処するいくつかのタイプのソリューションが登場しました。彼らに共通しているのは、すべてがさまざまな形式の集中型または分散型コンピューティング環境でイーサリアムメインネット（つまりオフチェーン）から大量のトランザクション処理を実行する一方で、メインネットはさまざまな形式でセキュリティとデータの整合性のアンカーとして使用されることです。これらのソリューションは、イーサリアムメインネット（レイヤー1とも呼ばれる）の上にあるソリューションであるため、口語的にレイヤー2（L2）と呼ばれるものです。
以下は、主要なスケーラビリティソリューションカテゴリの概要と、それに続く各ソリューションカテゴリの特性の簡単な説明です。
図1：L2分類;出典：トークンターミナル
州のチャンネル
州のチャネルは、当事者間に確立された安全なチャネルを介してオフチェーンでトランザクションを実行することにより、イーサリアムメインネットを拡張します。ユーザーは、ユーザーが制御する最新のイーサリアム状態のスナップショットをマルチ署名スマートコントラクトにデポジットする必要があります。これは、ビットコインのライトニングネットワークの支払いチャネルへのユーザーの入金に似ています。このスナップショットには、特定の時点でのイーサリアムアドレスのETH保有などの重要なデータが含まれます。
ステートチャネルは、ステートチャネルのオペレーターとステートチャネルの参加者のみがオフチェーントランザクションを可視化できるため、（ほぼ）無料のオフチェーントランザクションを可能にし、トランザクションのファイナリティとプライバシーが向上します。プレーヤーがゲームを開始するためにアンティを置くチェスゲームを考えてみてください。このトランザクションはチェーン上で記録され、チャネルを開きます。個々の動きは、チャネル内の各プレーヤーによって署名されます。ゲームは、プレーヤーが去るかゲームが終了するまで続きます。その時点で、プレーヤーの1人またはゲーム自体が、賞金の決定と支払いをメインネットに訴えます。
州のチャネルは、合理的に信頼できる当事者間でトラフィックの多いピアツーピア多方向トランザクションが存在する状況で機能する可能性があります。個々の状態の変化は、署名された安全なトランザクションを介してこれらのチャネル内で行われ、メインネットまたはL2コンセンサスベースの契約が定期的および/または「ゲーム終了」の調整を処理します。
サイドチェーン
サイドチェーンは、Ethereum Mainnetから独立したブロックチェーンであり、独自のコンセンサスモデル（Proof of Authority（PoA）、Proof of Stake（PoS）、Ethereum Virtual Machineやその他のアーキテクチャなどのステートマシンメカニズムなど）を備えています。イーサリアムトランザクションは、保管方法でそのようなチェーンにオフロードでき、イーサリアムメインネットの負担を軽減します。チェーンに関するネットワークアプローチ（独立したマルチチェーンと共有チェーン）によっては、チェーンへのゲートアクセスを介してトランザクションのプライバシーを保護できる可能性があります。
各ネットワークが採用する特定のアプローチは、スケーラビリティ、セキュリティ、および目的への適合性に関する適合性を判断するために、独自に評価する必要があります。一部のエコシステム参加者は、オンチェーントランザクションデータがないためにイーサリアムメインネットの十分なセキュリティ保証を継承せず、イーサリアムメインネットでの紛争を調停する機能も提供しないため、サイドチェーンを真のL2ソリューションとは見なしません。 Ethに接続されたチェーンベースのネットワークの支持者は、プルーフオブステークコンセンサスモデルとバリデーターモデルがEth2（プルーフオブステークモデルも使用）と同じくらい厳密であり、イーサリアムとの運用上の関係（ネットワーク契約の形で）について主張します。イーサリアムで実行）は、Ethネイティブ形式で十分なセキュリティと透明性を提供します。
スケーラビリティの状況を調査する際に、以下にさまざまなチェーンベースのアプローチの概要を説明します。
ロールアップ
ロールアップは、イーサリアムメインネットのセキュリティ保証を継承しながら、高いトランザクションスループットを実現する高度な非管理サイドチェーンに似ています。ロールアップは通常、楽観的なロールアップ、zk-ロールアップ、プラズマ、およびバリディウムの4つの主要なカテゴリのいずれかに分類されます。
ロールアップは、メインのイーサリアムチェーンの外部でトランザクションの実行を実行するソリューションですが、トランザクションデータをレイヤー1にポストします。トランザクションデータはレイヤー1にあるため、これにより、ロールアップをレイヤー1で保護できます。実行中にレイヤー1のほとんどのセキュリティプロパティを継承します。レイヤー1の外側は、ロールアップの特徴です。
ロールアップの3つの簡略化されたプロパティは次のとおりです
一部のロールアップでは、ロールアップ契約で債券を発行するために「オペレーター」が必要です。これにより、オペレーターはトランザクションを正しく検証して実行するようになります。 （レイヤー2ロールアップ、Ethereum.org、https：//ethereum.org/nb/developers/docs/scaling/layer-2-rollups/）
ただし、メインネットのようにオペレーターモデルが十分に分散化されていない場合、「オペレーター」にはトランザクションを検閲する権限があります。次の図は、データストレージをオンチェーンで処理するかオフチェーンで処理するか、およびゼロ知識妥当性証明またはユーザーデポジット削減詐欺証明によって計算の正確性が強制されるかどうかに応じて、これらのカテゴリを分類しています。
図2：L2ロールアップカテゴリ;出典： buildblockchain.tech
ロールアップソリューションのもう1つの違いは、計算が行われる場所とファイナリティが発生する時期に関するものです。たとえば、ZK Validity Proofsの計算は、トランザクションをバンドルしてトランザクションのバッチをメインネットに送信することを主な機能とするサードパーティのオペレーター（またはバリデーター、またはシーケンサー）を介して行われます。これらのバッチには、トランザクションの有効性を証明するための最小限の情報が含まれています。トランザクションの計算は、L1に送信する前に処理され、L1によって検証されると（またはロールアップで指示される場合は十分なL1ブロックが通過した後に）ファイナリティが発生します。
楽観的ロールアップはまた、トランザクションをオフチェーンでzkロールアップとして計算しますが、ゼロ知識では計算しません。また、コンテストの手順とコンテスト期間に依存して、コンテストのトランザクションが有効かどうかの決定をメインネットに廃止します。 ZK Validity Proofsと同様に、Optimistic Rollupsのオペレーターは、オペレーターがメインのイーサリアムチェーンに不正な取引を提出した場合に、その賭け金が削減されるように、賭け金または結合される可能性があります。
ロールアップは通常、ユーザーにプライバシーを提供しないことに注意してください。ただし、ユーザーのプライバシーを保護する、Optimistic（zk Optimistic）とzk Rollups（zk-zk Rollup）の両方の新しいソリューションが登場しています。これらのソリューションについては、次のセクションで説明します。また、zk-Optimistic Rollupsは、Optimistic Rollupsよりもパフォーマンス特性が悪いことに注意してください。これは、ロールアップブロックの各トランザクションが、Optimistic Rollupsの場合よりもはるかに大きく、Ethereumブロックがブロックガス制限によってスペースに制約されているためです。プライバシーとパフォーマンスの間のトレードオフ。一方、zk-zk Rollupsは、ロールアップブロックへのデータの追加を回避する再帰的なzk証明の使用を可能にする暗号化の巧妙な使用法により、zkRollupsと同様のパフォーマンス特性を備えています。利用される暗号化をさらに最適化することで、zkロールアップと比較してコンピューティングパフォーマンス要件の増加を回避できます。
上記のL2ソリューションには、特定のパフォーマンス、セキュリティ、経済性、および使いやすさの特性があり、以下の表に要約されています。
図3：L2およびスケーラビリティソリューションカテゴリ別のL2ソリューションの特性;
出典： マターラボ
採用されたテクノロジーの急速な変化と最適化を考えると、さまざまなカテゴリの上記の評価は、時間のスナップショットにすぎず、今後12〜24か月で大幅に変化する可能性があります。
すでに述べたように、イーサリアムL2エコシステムは、ワープスピードで進化しています。2017年のプラズマホワイトペーパーから、2021年にL2ソリューションで稼働するイーサリアム最大の分散型取引所であるユニスワップまでです。したがって、エコシステムの概要は不完全かつ迅速になります。時代遅れ。ただし、現在のスナップショットは、スペース内の多種多様なプロジェクトとその使用目的を理解するのに役立ちます。
各カテゴリについて説明し、1つ以上の例を詳しく説明し、同じカテゴリの追加の注目すべきプロジェクトについて、それらのWebサイトまたはGithubリポジトリ（存在する場合）へのリンクとともに言及します。
コンネクスト ：Connextは、イーサリアムだけでなく、イーサリアムの多くのL2ソリューションのクロスチェーンルーティングハブでもあるL2ソリューションになるように設計された州チャネルプロジェクトです。このプロジェクトは、EthベースのL2プロジェクトが十分に相互運用できないというイーサリアムコミュニティの懸念に対処しようとしています。 Connextの新しいクロスL2転送システムは、ソリューション間の相互接続性をすぐに利用できるようにし、1つのスケーラビリティソリューション内でのネットワークのロックインを回避するために重要であることがわかります。
その他の注目すべきプロジェクトは、雷電ネットワーク、セラー、ペルーンです。
xDaiチェーン ：xDaiチェーンは、大量のトランザクションを安定して促進するように設計されたEVMベースのサイドチェーンです。現在、毎秒約70トランザクション（TPS）です。このプロジェクトは、側鎖を経済的に保護するためにコンセンサスプロバイダーが出資するSTAKEトークンを中心に構築されています。その効率性のために、xDaiチェーンは最近人気が高まっています。
POAネットワーク ：〜70 TPSのxDaiチェーンと同様に、POAネットワークはEVMベースのサイドチェーンであり、一連の信頼できるコンセンサスプロバイダーに依存してトランザクションを迅速かつ安価に処理します。このソリューションは、ブロックチェーンゲームからコミュニティ通貨まで、ほぼすべてのユースケースで使用できるようです。
ポリゴンPoS： Polygonは、開発者がメッセージングプロトコルを介して、さまざまなタイプのネットワーク（EVMベースのプルーフオブステークチェーン、プラズマチェーンなど）を相互に、およびイーサリアムと展開および接続できるようにするテクノロジーフレームワークおよびプロトコルです。したがって、目的はConnext、またはCosmosなどの非イーサリアムベースのフレームワークに似ています。 Polygon PoSは、Polygonのサイドチェーンソリューションです。 Polygonトークンは、チェーンのPolygonネットワークに展開されているさまざまなネットワークでステーキングトークンとして使用され、コンセンサスプロバイダーを経済的に保護します。アプローチとアーキテクチャは、Polkadotの基板とパラチェーンのアプローチに似ています。
スケール： SkaleのElasticBlockchain Networkは、アプリケーション固有のサイドチェーンインスタンスをすばやく起動できるEthereum互換のPOSサイドチェーンソリューションです。各サイドチェーンのバリデーターは、SKALEバリデータープール全体のランダムな定期的にシャッフルされたサブセットとして選択されます。これは、トークンをステーキングすることによってインセンティブを与えられます。バリデーターは、EthereumMainnetで実行されるアプリケーションによって管理およびシャッフルされます。
もう1つの注目すべきサイドチェーンはLoomNetworkです。
楽観主義： Optimismは、Synthetixなどの一部の大手DeFiプレーヤーの間で初期の牽引力を獲得している、ガス使用率の約100分の1の削減を可能にするOptimisticRollup実装です。 Optimismは、L1プロジェクトがOptimismでSolidityまたはVyperスマートコントラクトを再展開できるように、L2ベースのEVMであるOVMを構築しました。
Optimismに移行する注目すべきプロジェクト：Uniswap、Compound、Synthetix
燃料： Fuelは、2020年12月31日に稼働を開始した、Ethereum Mainnetでの最初の楽観的なロールアップ実装でした。Fuelは、「地球の価値交換レイヤー」になりたいと考えて、迅速かつ効率的なトークン支払いを約束します。
仲裁： Optimismと同様に、Offchain Labsによって開発されたArbitrumは、Etherに経済的に組み込まれたバリデーターを備えた楽観的なロールアップネットワークであり、約100倍のガス削減で処理できます。 OptimismとArbitrumの主な違いは、Arbitrum仮想マシンはバイトコードレベルでEVMと同じであるため、SolidityとVyperのスマートコントラクトを変更せずにArbitrumにデプロイできることです。
Arbitrumに移行する注目すべきプロジェクト：Reddit、Uniswap
カルテシデカルト ：CartesiのDescartes Rollupsは、Truebitと同様に、インタラクティブな紛争解決機能を備えた楽観的なロールアップの変形です。 EVMバイトコードの代わりに、デカルトはRISC-V命令セットを実行します。これにより、LinuxVMを実行できます。
その他の注目すべきオプティミスティックロールアッププロジェクトは、OMGネットワークのOMGX、およびErnst＆YoungのNightfall V3です。これは、ロールアップトランザクションがzk-snarkプルーフであり、トランザクションのプライバシーを保護するためのプライバシー保護オプティミスティックロールアップです。証明。
zkSync ：zkSyncは、Matter Labsのzk-Rollupソリューションであり、zk-snarksのゼロ知識証明を使用して、高スループット（ブロック内のトランザクション数に基づいて約300〜2,000 tps）と高セキュリティ（Ethereum Mainnetセキュリティの継承）の両方を実現します。保証）。 Matter Labsは、zkPorterと呼ばれるValidiumタイプのソリューションにも取り組んでいます。
zkSyncの注目すべきプロジェクト：Curve、Gitcoin、Balancer、Argent
ループ： ループリングは、イーサリアムメインネットに導入された最初のzkロールアップであり、イーサリアムメインネットで1年以上運用されています。 Loopringのzk-Rollupソリューションは、現在、自動マーケットメーカーと注文書および支払いを使用した分散型取引所のスケーリングに重点を置いています。 LoopringExchangeとLoopringWalletは、Loopringのテクノロジーに基づいています。 OpenOceanもLoopringに移行しました。
アズテック： Aztecは最近zk.moneyを立ち上げました。これにより、完全にプライベートなEther / DAIトランザクションが可能になります。 Zk.moneyは、次世代のzkロールアップであるzk-zkロールアップです。 Aztecテクノロジーにより、プライベートトランザクションのzkプルーフのzkプルーフを検証できます。言い換えれば、イーサリアムメインネット上の再帰的zk証明です。 zk証明は再帰的であるため、通常のzkロールアップと同じ数のトランザクションをイーサリアムメインネットに配置できます。
この形式のzkロールアップは、プライバシー要件が強いことを考えると、多くの企業のユースケースにとって最も有望なアプローチのようです。
その他の注目すべきzkロールアップは、Hermez Network（最近Polygonによって買収された）とzkSwapです。
StarkEx： StarkExはzkRollupsに似ていますが、zk-snarksの代わりにzk-starksを使用します。主な違いは、zkプルーフがzk-snarksのプルーフよりも大幅に大きいため、デポジットと検証の両方にコストがかかることです。 zk-snarks。システムは、Validiumタイプのシステムまたはzk-rollupとして実行できます。この動的な機能により、プロジェクトは純粋なzkロールアップシステムと比較してより高いスループット機能を持つことができます。現在の実装では、Validiumタイプの実装を使用しています。
StarkExを使用した注目すべきプロジェクト：dYdX、DeversiFi、Paraswap、Immutable X
OMG： OMGプラズマネットワークはOMGXに似ていますが、楽観的なロールアップではなく、プラズマアーキテクチャに基づいて構築されています。
ポリゴン： Polygonは、Polygon Proof-of-Stakeサイドチェーンで説明したように、他のサイドチェーンやロールアップとメッセージを交換できるプラズマチェーンとして上記で説明したPolygonサイドチェーンのバージョンもリリースしました。
もう1つの注目すべきプラズマチェーンはLeapDAOです。
エンタープライズユースケースのセキュリティ、プライバシー、およびコンプライアンスの要件により、パブリックブロックチェーンは実装に適さないため、企業は従来、パブリックブロックチェーンに関心を持っていませんでした。ただし、プライベートブロックチェーンネットワークの結果は、いくつかの理由で期待外れに混合されています。その中で最も重要なのは、プライベートブロックチェーンの実装に意味のあるネットワーク効果がないことです。これにより、共有データベースシステムよりも、競合するエンティティのコンソーシアム内での管理に費用と手間がかかる傾向があります。また、新しいDeFiエコシステムへのアクセス性が欠如しています。急速に成長しているため、プライベートブロックチェーンからの非常に収益性の高い資産クラスです。説明したL2スケーラビリティソリューションは、イーサリアムメインネットの四角いペグを企業のセキュリティ、プライバシー、コンプライアンス要件の丸い穴に収めるだけでなく、多くのL2ソリューションが巧妙な暗号化を備えた事実上の集中型データベースであるだけでなく、DeFi資産の世界にもアクセスできる機会を提供します。メインネットネットワーク効果がそれらのDeFi資産クラスを介してエンタープライズソリューションに波及することを可能にするクラス。これにより、資産とユーザーの両方の成長を通じて、L2のエンタープライズユースケースとイーサリアムメインネットとの間に新しい共生関係が生まれます。
このブログシリーズの次回の記事では、EthereumMainnetのセキュリティ保証と活気に満ちたエコシステムを活用したL2ソリューションの新しくエキサイティングなエンタープライズユースケースについて詳しく説明します。
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