ロールアップの説明：オプティミスティックロールアップとZKロールアップの比較とスケーリングにおける役割

ブロックチェーンロールアップとは？

ブロックチェーンロールアップは、イーサリアムなどのレイヤー1ブロックチェーンにおけるトランザクションスループットの向上とコスト削減を目的として設計されたレイヤー2スケーリングソリューションです。セキュリティ保証を維持しながら、ベースチェーンから実行と計算をオフロードすることで、ロールアップはブロックチェーンネットワークのパフォーマンスを大幅に向上させます。

ロールアップは、すべてのトランザクションをイーサリアムメインネット上で直接処理するのではなく、オフチェーンでトランザクションを実行し、複数のトランザクションを単一のデータバッチにまとめます（「ロールアップ」）。このデータパッケージはレイヤー1チェーンに公開され、透明性と決済のファイナリティ（最終性）を確保します。

ロールアップは、分散化やセキュリティを犠牲にすることなく、スケーラビリティのボトルネックに対処する上で非常に重要です。ロールアップは、Ethereum のスマートコントラクトやコンセンサスメカニズムとの互換性を維持しながら、トランザクション容量を大幅に向上させ、ユーザーと開発者の両方にとってガス料金を削減します。

ロールアップには、主に楽観的ロールアップとゼロ知識 (ZK) ロールアップの 2 つの種類があります。それぞれが、オフチェーントランザクションの正当性を検証し、オンチェーンで確定させる前に、異なる方法を採用しています。

では、それぞれの仕組みと重要性について見ていきましょう。

ロールアップが重要な理由

• スケーラビリティ: ロールアップは、数百から数千のトランザクションをオフチェーンで処理することで、レイヤー1の負荷を軽減し、より高速な実行を可能にします。
• コスト効率: レイヤー1のガスコストを多数のバンドルされたトランザクションに分割することで、ユーザーは大幅に低いトランザクション手数料を支払うことができます。
• セキュリティ: ロールアップはレイヤー1のセキュリティを継承するため、ユーザーはオンチェーンの信頼性を損なうことなく、Ethereumの堅牢なコンセンサスレイヤーのメリットを享受できます。
• DAppとの互換性: ロールアップはEVMコンプライアンスを維持し、標準のSolidityスマートコントラクトをサポートしているため、既存の分散型アプリケーションを最小限のコストで簡単に導入できます。変更。

オンチェーン活動が拡大するにつれて、ロールアップはブロックチェーンのスケーラビリティ・インフラストラクチャの中心となることが期待されます。

楽観的ロールアップはどのように機能しますか？

楽観的ロールアップは、「信頼しつつ検証する」という理念に基づいて動作します。オフチェーンで送信されたトランザクションは、別途証明がない限り有効であると想定します。オペレーターは、トランザクションバッチとそれに付随するステートルートを、即時の証明なしにイーサリアムメインネットに公開します。「楽観的」という名称は、この誠実さというデフォルトの想定を反映しています。

ただし、セキュリティを確保するため、各トランザクションバッチはチャレンジ期間に入ります。チャレンジ期間とは、誰でも不正証明を提出することで不正なトランザクションに異議を申し立てることができる期間です。不正証明が承認された場合、誤った状態は拒否され、ロールアップはそれに応じて更新され、不正行為者を罰する可能性があります。

楽観的ロールアップの主な特徴

• 不正証明: 紛争解決は、送信後に無効なトランザクションを検出して証明することに依存します。
• チャレンジ期間: 検証を可能にし、不正な更新を防ぐため、ファイナリティは遅延されます（通常1週間）。
• EVM互換性: 楽観的ロールアップは、Ethereumのプログラミング標準をネイティブにサポートしているため、DAppの簡単な導入が可能です。
• 例: 著名な楽観的ロールアップの実装には、Optimism や アービトラム。

チャレンジウィンドウによる資金引き出しの遅延にもかかわらず、オプティミスティックロールアップは、特にDeFiやゲームなどの汎用アプリケーションで人気が高まっています。主な利点としては、統合の容易さ、分散型セキュリティの保証、取引コストの削減などが挙げられます。

利点と制限

オプティミスティックロールアップは、取引手数料を大幅に削減し、ネットワークの混雑を軽減します。既存のEthereumコントラクトを適応させるオーバーヘッドが最小限に抑えられるため、開発者は使い慣れたツールセットを利用できます。しかし、不正防止ウィンドウによるファイナリティの長期化と、検証に誠実な参加者への依存というトレードオフを考慮する必要があります。

これらのトレードオフにより、複雑さを犠牲にしてファイナリティを高速化するゼロ知識ロールアップへの関心が高まっています。

ZKロールアップについて

ゼロ知識ロールアップ（ZKロールアップ）は、暗号学的証明、具体的にはゼロ知識簡潔非対話型知識論証（zk-SNARKまたはzk-STARK）を用いて、オフチェーントランザクションの正当性を証明します。これらの証明は、トランザクションのバッチごとに生成され、ロールアップされたデータと共にイーサリアムメインネットに送信されます。

ここでの重要な利点は、これらの証明の性質にあります。ZKロールアップは反論やチャレンジウィンドウを必要としません。代わりに、暗号証明がイーサリアムチェーンによって検証されると、状態遷移は即座に検証されます。

ZKロールアップの主な特徴

• 有効性証明: 各データバンドルには、トランザクションセット全体の正しさを保証する簡潔な証明が含まれています。
• 即時ファイナリティ: 証明によって正しさが事前に確認されるため、決済に遅延はありません。
• 強化されたセキュリティ: 無効なバッチを検出するためにネットワーク参加者に依存する必要性が軽減されます。
• 例: 主要なZKロールアッププロトコルには、zkSync、Polygon zkEVM、Scroll。

ZKロールアップは、高度なセキュリティ、迅速な決済、プライバシーが求められるアプリケーションに特に適しています。インフラストラクチャの複雑さと計算オーバーヘッドは大きくなりますが、近年の進歩により、開発者にとってアクセスしやすくなり、より幅広いユースケースにスケーラブルになっています。

メリットと課題

メリット: 即時引き出し、高いスケーラビリティ、そして承認前に有効性が検証されるため、不正行為への耐性が強化されます。第三者への信頼度が低くなります。

デメリット: 証明生成にかかる初期計算コストが高く、従来は汎用計算のサポートが限られていました（ただし、zkEVMなどのプロジェクトは現在、この問題に対処しています）。

さらに、ゼロ知識ロジックをDAppsに統合するには、専門的な開発スキルとリソースが必要です。しかし、ツールが進化するにつれて、ZKロールアップは効率性と信頼性の最小化により、長期的には主要なソリューションとなる可能性を秘めています。

ZKロールアップの将来

楽観的ロールアップは現在のEthereumアプリケーションに適していますが、ZKロールアップはより深いイノベーションの可能性を秘めています。プライバシー重視のトランザクションからスケーラブルなエンタープライズグレードのアプリケーションまで、暗号化ツールが成熟するにつれて、ZKロールアップは次世代のWeb3インフラストラクチャの基盤となる可能性があります。