ZK-Rollups: レイヤー2を革命することを約束するスケーラビリティソリューションの理解

ブロックチェーンが直面しているスケーラビリティの問題

暗号通貨の大規模な採用は、基本的な弱点を露呈しました。それは、ほとんどのブロックチェーンが十分に速くトランザクションを処理できないということです。ネットワークが混雑すると、2つのことが必然的に起こります：手数料が急騰し、ユーザーエクスペリエンスが悪化します。

これを解決するための2つの方法があります。レイヤー1のソリューションは、Ethereum(のシャーディングのように、ブロックチェーン)を直接変更し、作業負荷を分散します。一方、レイヤー2のソリューションは、既存のブロックチェーン上で動作し、オフチェーンでトランザクションを処理し、最終結果のみを記録します。ロールアップは、レイヤー2の最も一般的な実装です。

ロールアップとは何ですか？そして、なぜ2種類存在するのですか？

ロールアップは、ブロックチェーンの負荷を大幅に減少させるために、数百のトランザクションを1つにまとめます。しかし、異なる2つのアプローチがあります:

オプティミスティックロールアップ (として、Optimism、Arbitrum、opBNB)は、すべてのトランザクションがデフォルトで正当であると仮定します。それらを検証するために、ネットワークが疑わしいトランザクションに異議を唱えることができる挑戦期間を待ちます。この方法は実装が簡単ですが、レイテンシーを導入します。

ZK-rollups (のzkSyncやStarknet)は、対照的に機能します：Zero-Knowledge Proofsと呼ばれる暗号技術を使用して、各トランザクションを即座に検証します。待機期間は必要ありませんが、実行するのがかなり複雑です。

ゼロ知識証明：ZKロールアップの背後にある技術

ゼロ知識証明(ZKP)は、詳細を明らかにせずに何かが真実であることを証明することを可能にする暗号ツールです。一方(の証明者)は、もう一方(の検証者)に対して、主張の真実性を完全に隠したままで証明します。

正しく機能するために、すべてのZKPは3つの特徴を満たさなければなりません。

1. 整合性: 主張が真実であり、両方の当事者が正しく行動すれば、証拠は常にその真実性を確認します。

2. 堅実性: 不正なテスターは、非常に稀な状況を除いて、検証者をほとんど欺くことができません。

3. ゼロ知識：最も重要な側面。検証が終了すると、検証者は何かが真であるかどうかしか知らず、何を証明したのかについての情報は得られません。

このプロセスは三つの段階で機能します。まず、テスターは彼だけが知っている「証人」(の秘密情報を提供します)。次に、検証者はその証人に基づいてランダムな質問をします。最後に、テスターは情報を公開することなく所持していることを示すために正しく回答します。

ZK-rollupsは実際にどのように機能するか

ZKロールアップは、オンチェーンのスマートコントラクトとオフチェーンの仮想マシンを組み合わせています。イーサリアムのメインコントラクトはロールアップのブロックを保存し、預金を管理します。一方、検証コントラクトは暗号証明を検証します。同時に、オフチェーンのコンピュータは独立してトランザクションを実行し、基盤チェーンに提出される証明を生成します。

利点は、Ethereumが小さなトランザクションごとに過負荷にならないことです。代わりに、暗号的に検証されたすべての情報を含む圧縮された要約を受け取ります。

ZKロールアップの具体的な利点

改善された速度: オフチェーンの最適化されたコンピューティング環境でトランザクションを処理することで、全体のパフォーマンスが大幅に向上します。

ネットの混雑が少なくなる: イーサリアムのノードは完全なトランザクションデータの代わりにコンパクトな暗号証明を保存する必要があるため、リソースが解放されます。

手数料の削減: 混雑が少なくなることで、取引コストが比例して下がります。

強化された安全性: サイドチェーンとは異なり、ZKロールアップは、ロールアップネットワークに問題が発生してもユーザーが資金を引き出すことを可能にし、基盤となるブロックチェーンの管理下に置きます。

即時検証: 有効性のテストのみが検証を必要とするため、楽観的ロールアップに特徴的な異議申し立て期間は存在しません。

この技術がまだ直面している制限

主な欠点は複雑さです：ZKロールアップは高度な暗号数学を必要とし、楽観的な同類よりも開発と実装が大幅に難しくなります。

追加として、ベースレイヤーの制約に従うことになります。イーサリアムが混雑している場合、ZKロールアップもそれに気づきます。

最後に、各レイヤー2の実装は流動性の断片化に寄与します。価値が複数のロールアップに分散されると、個々のプロトコルは市場の深さの問題に直面する可能性があります。

なぜ一部の人は楽観主義者を選び、他の人はZKを選ぶのか？

オプティミスティックロールアップは、比較的簡単に構築できるため、早期に採用されました。開発者は、より迅速な実装と引き換えに速度を犠牲にします。ZKロールアップは理論的なパフォーマンスで優れているものの、かなり高いレベルの技術的洗練を要求するため、現在の採用が制限されています。

しかし、技術が成熟し研究が進むにつれて、ZKロールアップは長期的な主要な解決策として浮上しています。

結論：ブロックチェーンのスケーラビリティの未来

スケーラビリティはブロックチェーンにおけるオプションの特徴ではなく、基本的な必要性です。ZKロールアップは、暗号プライバシーと優れたパフォーマンスを組み合わせた重要な概念的進歩を表しています。現在のその複雑さは永続的な弱点ではなく、むしろ時間とともに洗練される特徴です。

次世代のブロックチェーン技術を理解しようとしている人々にとって、ZK-rollupの仕組みを理解することはもはやオプションではなく必須です。このレイヤー2のスケーラビリティアプローチは、分散型金融における可能性を再定義しています。