ブロックチェーンは、金融サービス（DeFi）からインターネット（Web3）まで、あらゆる分野に革命をもたらす可能性を秘めている。しかし現状では、ほとんどのブロックチェーンは処理速度が遅く、コストも高額なため、一般ユーザーへの普及には至っていない。Visaの取引は固定料金でわずか数秒で処理されるのに対し、イーサリアムの取引は混雑時には処理に数分かかる場合があり、料金も予測不可能だ。
幸いなことに、ブロックチェーン開発者たちはこれらのボトルネックを克服する方法に取り組んでいます。イーサリアム2.0などのレイヤー1の改善は、トランザクションの高速化を約束します。一方、ロールアップやステートチャネルといったレイヤー2のスケーリングソリューションは、トランザクションを主要なブロックチェーンから切り離すことで、より迅速かつコスト効率よく処理し、混雑を解消します。
ZKロールアップは、その分散型アプローチとプライバシー重視の姿勢により、暗号通貨コミュニティで人気を集めており、zkEVMの台頭に伴い、さらに人気が高まる可能性がある。
スケーラビリティ 101
ヴィタリック・ブテリンはブロックチェーンの課題を「ブロックチェーントリレンマこの用語は、セキュリティ、スケーラビリティ、分散化の間のトレードオフを指します。簡単に言えば、スケーラビリティを向上させると、分散化またはセキュリティが犠牲になるということです。例えば、中央集権型の仲介者は取引を高速化できますが、分散化を損なう可能性があります。
イーサリアムをはじめとするブロックチェーンは、コンセンサスアルゴリズムを変更したり、「シャーディング」といった概念を導入したりすることで、これらの課題に対処しようとしている。例えば、シャーディングではブロックチェーンを「シャード」と呼ばれる個々の部分に分割する。各シャードは独自の状態とトランザクション履歴を持ち、トランザクションの並列処理を可能にする。
これらの「レイヤー1」の変更に加えて、「レイヤー2」ソリューションではオフチェーン処理機能が導入されます。例えば、オプティミスティックロールアップやzkロールアップは、トランザクションのバッチをオフチェーンで処理してから、単一の「ロールアップ」トランザクションとして再導入します。ステートチャネルは、参加者間の双方向通信チャネルを使用してトランザクションを確認します。
ZKロールアップとは何ですか？
ゼロ知識証明（ZK）ロールアップは、トランザクションをまとめてバンドルすることで、ブロックチェーンのスループットを向上させつつ、トランザクションコストを削減します。即時性、安全性、分散性を備えた転送をサポートするこの手法は、ブロックチェーンのスケーラビリティに関する懸念に対処しつつ、ブロックチェーンのトリレンマ（スケーラビリティ、信頼性、可用性、信頼性の三重苦）に陥ることもありません（ただし、他の手法よりも計算コストは高くなります）。
もう少し詳しく説明すると、その仕組みは以下のとおりです。
- ユーザーがイーサリアムメインネット上のzk-rollupスマートコントラクトにトランザクションを送信する。
- zk-rollupオペレーターは、オフチェーン環境でトランザクションを実行します。
- オペレーターは、実際のトランザクションデータを開示することなく、トランザクションが正しく実行されたことを検証する暗号学的証明を生成します。
- オペレーターは、zk-rollupスマートコントラクトに証明を提出します。
- 有効な場合、zk-rollupコントラクトは新しい状態を反映するように更新されます。
その成功の秘訣は暗号学的証明にある。数学的には複雑だが、大まかなアプローチは一連のテストとしてイメージできる。例えば、ある人が世界一のパン職人だと主張しているが、その主張を裏付けるレシピは明かさないとしよう。その人は、レシピを明かさずに一連の味覚テストを通して、自分が世界一のパン職人であることを証明できるのだ。
zkEVMが普及を加速
ZKロールアップは 〜1億ドル 30億ドル以上 イーサリアムのロックされた総資産額（TVL）の約3％を占める。最も人気のあるソリューションはzkSync EraとdYdXだが、Starknet、Loopring、その他のプロトコルも依然として人気が高い。
それでも、zk-rollupsがより広く普及するにはいくつかのハードルがあります。まず、多くの暗号通貨愛好家は、 エテリアム2.0 第二に、最近まで、ほとんどのzk-rollupソリューションはEVMと互換性がなかったため、ほとんどのイーサリアムのユースケースではあまり役に立ちませんでした。
zkEVM、あるいはEVM互換のzkロールアップの台頭は、zkロールアップの市場シェア拡大に貢献する可能性がある。これらのソリューションは、スマートコントラクトとdAppsをサポートすると同時に、ガス料金を削減し、イーサリアムのネットワークスループットを向上させる。さらに、開発者はアプリケーションを完全に書き直すことなく、スマートコントラクトをzkEVMに容易に移行できるという大きなメリットがある。
開発中のzkEVMにはいくつかの種類があります。
- 1タイプ タイプ1のzkEVMは、イーサリアムのコアを変更することなく、イーサリアムとの完全な互換性を目指しています。しかし、その純粋さゆえに証明時間が長くなり、他のタイプよりも効率が劣ります。例：Scroll zkEVM。
- 2タイプ – タイプ 2 zkEVM は、互換性とわずかな変更のバランスを取り、証明時間を改善します。ほとんどの Ethereum dApps はこれらで動作しますが、パフォーマンスを向上させるためにわずかな変更が必要になる場合があります。例: Optimism。
- 2.5タイプ タイプ2.5のzkEVM（ガス相当zkEVMとも呼ばれる）は、一部の操作におけるガス料金を増加させることで、最悪の場合のプロバイダ時間を短縮します。この方法はコストは高くなりますが、EVMに大幅な変更を加えるよりもリスクが低くなります。
- 3タイプ タイプ3のzkEVMは、証明処理時間を改善するために妥協点があり、開発が容易です。ほとんどのアプリケーションは引き続き動作しますが、一部のアプリケーションはzkEVMとの互換性を確保するために書き換えが必要になる場合があります。例：Polygon zkEVM。
- 4タイプ – タイプ 4 zkEVM はスマート コントラクトのソース コードを ZK-SNARK に直接コンパイルするため、証明処理時間が非常に速くなります。ただし、コントラクト アドレスが EVM 上のアドレスと一致しない場合や、EVM バイト コードを完全にサポートしない場合があるため、特定のアプリケーションとの互換性が低下します。例: zkSync Era。
PolygonとzkSyncは、2023年3月下旬に初のzkEVMソリューションを発表しました。両ソリューションとも、移行を計画している仮想通貨プロジェクトが多数存在しますが、両チームは初期バージョンの使用には注意を促しています。完全に実用的なソリューションとなるまでには、開発上の課題やセキュリティ強化が必要となる可能性があるためです。
ZKロールアップの代替品
ZKロールアップはセキュリティとプライバシーの観点から好ましいアプローチかもしれませんが、唯一の方法ではありません。 ブロックチェーンのスケーリングへのアプローチ 楽観的な企業買収は、依然として有効な選択肢である。
オプティミスティック・ロールアップは、検証者によって異議申し立てが行われ、誤りであることが証明されない限り、すべてのレイヤー2トランザクションが有効であると仮定します。これが「オプティミスティック」という名前の由来です。異議申し立て期間が組み込まれているため、異議申し立て者は、一連のトランザクションに異議を申し立てるために、不正行為の証拠を提出するのに数日間の猶予があります。不正行為の証拠が有効であれば、トランザクションは無効になり、悪意のある検証者に対してペナルティが課されます。
楽観的ロールアップは技術的には成熟しているものの、zk-ロールアップと比較するといくつかの重大な欠点がある。第三者のバリデーターに依存しているため、不正なトランザクションに異議を唱える正直なノードが存在しない場合、悪意のある者が資金を盗む可能性がある。また、トランザクション自体が必然的に透明性を持つため、プライバシーが犠牲になる。
ボトムライン
スケーラビリティは、ブロックチェーン技術の普及を阻む大きな障壁であり続けています。多くのブロックチェーンが構造的な改善を進めている一方で、レイヤー2ソリューションは短期的な解決策として最も効果的である可能性があります。そして、zk-rollupsは、分散化とセキュリティを優先し維持する、最も暗号通貨に適した選択肢と言えるでしょう。
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