はじめに

ブロックチェーンは近年、重要な技術として台頭し、デジタルコンテキストにおける価値と情報の交換を再定義してきました。しかしながら、イーサリアムなどの新しいプラットフォームでは、スケーラビリティと1秒あたりの処理トランザクション数に関する課題が浮上しています。このような状況において、レイヤー2、特にZKロールアップのようなソリューションが最適な解決策となっています。

本記事では、ZKロールアップの役割、ロールアップ技術の進展、そしてイーサリアムレイヤー2とロールアップの将来について説明します。特に、レイヤー1のトランザクション量を上回る可能性や、ブロックチェーンのユースケースにおけるスケーラビリティと処理速度について重点的に解説します。

ZKロールアップとは

ZKロールアップは、ゼロ知識証明（ZKP）を使用してオフチェーンで複数のトランザクションを結合し、その有効性をイーサリアムメインネットに証明するレイヤー2のスケーリング手法です。この技術により、ベースレイヤーの計算負荷が大幅に軽減され、より大きなトランザクション処理能力とガス料金の削減が実現されます。

ゼロ知識証明、特にzk-SNARK（Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge）は、ZKロールアップの基盤となっています。これらの暗号技術により、証明者は検証者に対して、その文の有効性以外の追加情報を開示することなく、文の真実性を証明することができます。

ZKロールアップの枠組みにおいて、これはロールアップオペレーターが、個々のトランザクションの詳細をメインネットに開示することなく、トランザクショングループの有効性を証明できることを意味します。これにより、プライバシーが向上し、イーサリアムブロックチェーンに保存すべきデータ量が削減されます。

ZKロールアップの主要コンポーネント：

ゼロ知識証明（ZKP）： 暗号技術において、証明者が検証者に対して、文の真実性以外の情報を伝えることなく、特定の文が真実であることを証明できる方法です。ZKロールアップにおいて、ZKPはブロックチェーン上でトランザクションの詳細を明かすことなく、オフチェーントランザクションの整合性を確認するために実装されています。
ロールアップコントラクト： レイヤー1上で、ロールアップの状態を保存し、レイヤー2オペレーターから送信された証明を検証するスマートコントラクトです。
オフチェーン計算： トランザクションの大部分はオフチェーンで実行され、これによりレイヤー1ブロックチェーンの負荷が軽減され、レイヤー2の効率性が向上します。

ZKロールアップの仕組み

ZKロールアップは、多数のトランザクションをバッチにまとめ、zk-SNARKと呼ばれる暗号学的証明を提示します。この証明は、影響を受けるすべてのトランザクションを検証し、ポストステートルートに不正が含まれていないことを確認します。これにより、ZKロールアップはレイヤー1 での直接実行と比較して、はるかに高いスループットと低コストでトランザクションを処理できます。

セキュリティと効率性

ZKロールアップの利点は、その仕組みに明確に表れています：レイヤー1チェーンのセキュリティを活用しながら、計算と状態をよりスケーラブルな環境に移行させます。これにより、検閲耐性と最小限の信頼性という本質的な特徴を維持しながら、スマートコントラクト環境におけるトランザクションの全体的なスループットの向上に貢献します。

ロールアップ技術の進化

1. 初期のレイヤー2ソリューション

レイヤー2のスケーリングソリューションの歴史は、ステートチャネルとサイドチェーンから始まり、これらがブロックチェーンのスケーラビリティの道を切り開きました。ステートチャネルは一連の取引のためのオフチェーン環境を提供し、その結果生じる正味の変更がブロックチェーンに記録されます。一方、サイドチェーンは双方向のペグを通じてメインブロックチェーンに接続された別のブロックチェーンであり、メインブロックチェーンとは独立して存在します。

2. ロールアップの導入

レイヤー2ロールアップは、レイヤー2アプローチの改良版として登場し、複数の取引を一度にバッチにまとめてメインチェーンに送信する機能を提供します。ロールアップには、オプティミスティックロールアップとZKロールアップという2つの主要なタイプがあります。オプティミスティックロールアップはすべての取引が正当であると仮定し、紛争が発生した場合にのみ計算を実行します。一方、ZKロールアップはメインチェーン外で計算的に検証された取引を行い、その証明をメインチェーンに送信します。

3. ZKロールアップ技術の進歩

ZKロールアップ開発の最新トレンドは、性能、セキュリティレベル、他のシステムとの互換性の向上に関連しています。例えば、ZKロールアップは即時出金が可能である一方、オプティミスティックロールアップは仲裁のための時間が必要なため、出金に時間がかかります。また、ZKロールアップはオフチェーン取引に関する追加情報を保持するため、よりプライバシーが確保される可能性が高くなります。ただし、zk-SNARKsの構築と検証には依然としてコストと時間がかかります。そのため、ZKロールアップの使用は一般的なイーサリアム仮想マシン（EVM）取引に限定されています。

ETHレイヤー2とロールアップの期待される成長

現在のイーサリアムレイヤー1の概要： 現在、イーサリアムレイヤー1は約20-30 TPSで処理を行っており、毎秒数千の取引を処理できるSolanaやAvalancheには及びません。そのため、高額な取引手数料と遅い処理速度が発生し、イーサリアムネットワークはスケーラブルではない状況となっています。
レイヤー2ソリューションの可能性： Arbitrum、Optimism、zkSync Eraなどのイーサリアム上に開発されたL2ロールアップソリューションは、イーサリアムレイヤー1と比較して比較的安価な取引手数料で、約40,000 TPSを処理することが可能です。これらのソリューションは、ブロックチェーン技術の実用的で低コストなソリューションへの需要により、昨年より一層の勢いと利用を獲得しています。
将来のアップグレードとイノベーション： イーサリアムコミュニティでは、レイヤー1とレイヤー2の両方に影響を与える問題を解決するためのプロジェクトが進行中です。'danksharding'アップグレードは、レイヤー2の取引コストを削減し、イーサリアムを100,000 TPS以上に向上させる可能性があります。さらに、"proto-danksharding"計画には、ロールアップのみが使用する効率的な一時的ストレージである"blob"という新しいタイプも含まれています。
スケーラビリティと速度の可能性： イーサリアムレイヤー2とロールアップに関するスケーラビリティと速度の成長の可能性は膨大です。ベースレイヤーから重い計算の大部分を移行し、バッチ処理によってレイヤー1のコストを分散させることで、ロールアップは大幅に低い手数料と事実上無制限のTPSを実現します。これにより、ユーザーエクスペリエンスが向上し、ネットワークトラフィックが軽減され、イーサリアムは日常的な使用に理想的なものとなります。

結論

ZKロールアップは、イーサリアムのようなブロックチェーンネットワークが直面するスケーラビリティの課題に対する有望な解決策です。計算とステートをオフチェーンに移行しながらベースレイヤーネットワークのセキュリティを維持することで、ZKロールアップは取引処理能力を大幅に向上させ、コストを削減します。

ロールアップ技術の絶え間ない革新と、イーサリアムのレイヤー2がさらにスケーリングすると予想されることから、トランザクション数においてレイヤー1を上回り、ブロックチェーンアプリケーションのスケーラビリティと速度に革命をもたらす可能性があります。技術が着実に発展するにつれてブロックチェーンのスケーラビリティがさらに向上する可能性は、これらのソリューションが実質的にあらゆる分野で適用できるという明るい展望をもたらしています。

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