ビットコインのロールアップについて議論する: 最良のスケーリング ソリューション?

ビットコインロールアップに関する議論: 最良の拡張ソリューション?

著者 | Callum@Web3CN.Pro

ビットコインは最も初期の最も人気のあるブロックチェーンであり、毎日数十万件のトランザクションが行われています。しかし、ビットコインの設計当初は、分散型フレームワーク内でセキュリティが優先されていたため、スケーラビリティの問題が無視され、人々はビットコインを単なるデジタル資産および価値保管手段とみなすようになりました。

ビットコインのセキュリティと分散化は常に利点ですが、その限られたトランザクション速度とトランザクション規模は、ビットコインエコロジーの発展に影響を与えてきました。近年、この問題を解決し、ビルダーがビットコインエコシステム全体を活用できるようにするためのさまざまなソリューションが登場しました。スケーリング ソリューションは現在、他のブロックチェーン ネットワークだけでなく、ビットコインでも注目されています。

「BTC レイヤー 2 トラックと機会の探索」の記事では、ビットコインが拡大する必要がある理由について説明し、ライトニング ネットワーク、サイドチェーンなどの関連するビットコイン レイヤー 2 ソリューションを紹介しました。

この記事では、ビットコイン拡大のための別のソリューションであるロールアップに焦点を当てます。ライトニングネットワークやサイドチェーンと比較して、ロールアップはビットコインの核となる価値とピアツーピア電子キャッシュシステムとしての機能を犠牲にすることなく、ビットコインのスケーラビリティ、プライバシー、プログラマビリティを向上させる可能性を秘めています。

ビットコインロールアップの必要性

ロールアップは多くの場合、イーサリアム ネットワークに関連付けられています。 2022 年 9 月にプルーフ オブ ステークに移行した後、イーサリアム ブロックチェーンはより集中化されます。さらに、多くのロールアップは実際には、L2 上のトランザクションの集中発注者に依存しています。確かに、特にビットコインでは、分散化はより高いセキュリティをもたらす可能性がありますが、ビットコインの発展に伴い、分散化と計算能力の規模との間の矛盾がますます顕著になってきました。ユーザー数とブロック検証時の計算量は大きく異なり、この矛盾を軽減する鍵となるのがブロックチェーンのスケーラビリティの向上です。

以前お話ししたライトニングネットワークは、マルチシグネチャやハッシュタイムロックなどの技術を利用して、チェーンの下にデータを格納し、複数のトランザクションを1つのトランザクション処理にまとめることで、高速かつ安価な決済を実現するもので、サイドチェーンとは別のチェーンを作成するものです。は、ビットコインのメインチェーンに影響を与えることなく、メインチェーンからビットコインをロックし、サイドチェーンでの大量のトランザクションの処理を実現します。これにより、ビットコインのメインチェーンのセキュリティに影響を与えることなく、トランザクション速度を大幅に向上させることができます。ロールアップとは、ビットコインネットワークの技術アーキテクチャや技術システムをアップグレードし、チェーン上のデータを最適化することです。

Rollup は、レイヤー 1 ブロックチェーン ネットワークのスケーリング ソリューションとして機能します。トランザクションはオフチェーンに移動され、そこで (通常はレイヤー 2 で) 処理され、複数のトランザクションが 1 つのバッチにバンドルされてレイヤー 1 チェーンに送り返されます。次に、スマート コントラクトはトランザクションのバッチを検証し、ブロックチェーンの状態を更新します。

ビットコインロールアップに関する議論: 最良の拡張ソリューション?

このチャートは、ビットコイン ロールアップの階層化を視覚的に示しています。この例では、2 つの L2 ロールアップがあります。1 つはデータの可用性専用で、もう 1 つは高セキュリティの支払いと契約専用です。 L2 データ可用性ロールアップに加えて、3 つの L3 ロールアップがあり、それぞれが異なるユースケース (プライベート P2P 支払い、金融契約、ゲーム内アセットの所有権と譲渡) に特化しています。 L3 ロールアップはデータの可用性を L2 フル ノードに依存しているため、データの可用性のセキュリティをビットコイン L1 フル ノードに依存している L2 ロールアップよりも安全性が低いと考えられます。

ロールアップは、トランザクション コストを削減しながらトランザクション スループットを向上させるため、ますます人気が高まっています。ロールアップとは、ブロックチェーンが何千ものトランザクションを個別に処理する必要がなく、技術的には 1 つのトランザクションのみを処理するだけでよいことを意味するためです。これは、効果的に機能するために頻繁かつ高速なトランザクションを必要とする dApp に特に役立ちます。これが、Rollup がビットコインのようなブロックチェーンの実行可能なスケーリング ソリューションと考えられる理由です。

現在、ビットコインロールアップの種類には主にZKロールアップとソブリンロールアップがあります。

ビットコインへの ZK ロールアップの適用

ZK ロールアップ

ZK Rollup は、暗号化された「有効性証明」を使用して、新しい Rollup ブロックが Rollup プロトコルの規則に従っていることを確認します。 Rollup ブロックプロデューサーが有効な Rollup ブロックを作成するたびに、ブロックプロデューサーは状態更新トランザクションを親チェーンに送信します。ロールアップ状態更新トランザクションには、ロールアップ ブロック内の各状態遷移に関するデータが含まれており、ブロック内の状態遷移後に新しいロールアップ状態ルートを適用し、新しいロールアップ状態ルートが親に確認された有効な更新であることのデータの可用性と有効性を証明します。チェーン 最後の有効なロールアップ状態のルート。有効な証明を持つ状態更新トランザクションのみが、確認後にロールアップ状態を正常に進めることができます。

ZK Rollupはトランザクションデータをメインネットワークにパックし、同時にトランザクションが有効であることを証明する有効性証明書を送信します。トランザクションを受信すると、これらの有効性証明書を直接検証します。証明書に問題がなければ、これは、これらの取引が有効であり、ユーザーが資産を引き出すときにこれ以上待つ必要がないことを意味します。

ビットコインロールアップに関する議論: 最良の拡張ソリューション?

ZK ロールアップでは、ユーザーはパッケージ化されたデータに基づいてすべての状態変化を再現して検証しますが、ZK ロールアップは公開するデータが少なく、口座残高と最新の状態を再構築するために必要な最小限のデータのみを公開するだけでよいため、ZK ロールアップは処理を実行できます。同時により多くのトランザクションが発生し、メインチェーンに含まれるコンピューティングリソースとストレージリソースが少なくなるため、チェーン上の輻輳が軽減され、トランザクションデータのバックログがないため速度も低下し、その結果、チェーン上のトランザクションコストがより速く、より安くなります。

ZK Rollup の Bitcoin に対する拡張機能の改善

ZK ロールアップによりスループットが向上します。各ロールアップ層で有効性を証明する必要があるビットコイン ネットワーク上のトランザクションが増えるにつれて、必要な有効性の証明を作成することが難しくなります。これらの証明を作成するために必要な計算に対する ZK Rollup の解決策は、再帰的証明合成を使用してそれらを並列化することです。再帰は本質的に「証明の正当性を証明する」ことであるため、多くのコンピュータがさまざまなトランザクションの正当性を証明でき、その後、これらの証明を最終的に 1 つの証明に組み合わせることができ、複数のコンピュータを同時に水平方向に拡張できるようになり、取引の有効性を証明します。 SNARK 証明と STARK 証明は両方とも、トラストレスな再帰的証明の組み合わせを実装できます。

ビットコインロールアップに関する議論: 最良の拡張ソリューション?

アプリケーションの面では、この再帰的証明により、ZK ロールアップ アカウント モデルで第 2 層トランザクションを圧縮し、トランザクション数を増やすことでスケーラビリティを向上させることができます。また、追加のトランザクション容量を使用して、より多くの Lightning Network トランザクションをサポートできます。セルフホストに増加する ライトニング ネットワークを拡張する方法でライトニング ネットワークに参加して使用するユーザの数。

ビットコインのソブリンロールアップ

ソブリンロールアップ

ソブリン ロールアップは現在のロールアップの設計とは異なります。以前は、OP ロールアップと ZK ロールアップの両方で、ロールアップの実行を確認するためにスマート コントラクトを使用する必要がありましたが、ソブリン ロールアップはスマート コントラクトや決済層を必要としないため、「ソブリン」という名前が付けられました。 。

OP と ZK ロールアップを観察すると、データ可用性レイヤーとコンセンサス レイヤーとして L1 を使用する傾向があります。ただし、ソブリン ロールアップはデータの可用性のためにレイヤー 1 のみを使用し、基本レイヤーへのより直接的な接続を確保します。ソブリン ロールアップは、ベース レイヤから独立してフォークできるフォーク選択ルールがあるという点で一般的なロールアップとは異なります。代わりに、通常のロールアップは、ロールアップの正確性を保証する必要があるため、フォークの選択を決済層に委任します。

ビットコインロールアップに関する議論: 最良の拡張ソリューション?

ソブリン ロールアップの核心は、コンセンサスとデータ可用性を確保するためにトランザクションをデータ可用性レイヤーに公開するブロックチェーンです。データ可用性レイヤーは、ソブリン ロールアップ トランザクションが正しいことを保証しません。トランザクションを並べ替えて、それらが利用可能かどうかを確認するだけです。以前の OP および ZK ロールアップは、イーサリアム スマート コントラクトに依存して、通常は詐欺または有効性の証明を通じてトランザクションが正しいことを確認していました。ソブリン ロールアップでは、ノードがトランザクションが正しいかどうかを判断します。そのノードはすべてのトランザクションをダウンロードし、有効かどうかを確認します。トランザクションが無効な場合、トランザクションは拒否されます。

ビットコインのソブリン ロールアップ スケーリングの改善

Sovereign Rollup は現在 Bitcoin Rollup で最も人気のあるソリューションですが、ZK Rollup との主な違いは、Sovereign Rollup がメイン ネットワークから独立していることです。 ZKロールアップはメインネットワークをデータ可用性層と決済層として使用し、関連データはメインネットワークに保存されるだけでなく、トランザクションはメインネットワーク上のスマートコントラクトによって検証されますが、ソブリンロールアップは1つのみを使用しますデータ可用性レイヤーとしてブロックチェーンのレイヤーを使用しますが、決済を実行するレイヤーは使用しません。したがって、メインネットワークの計算能力が限られているビットコインにとって、このスキームは ZK ロールアップよりも使いやすいでしょう。

このソリューションでは、Rollup のモジュラー フレームワークを使用して、開発者はカスタム実行レイヤーとデータ可用性レイヤーを挿入でき、ソブリン ロールアップは独自の実行と決済を管理しながら、コンセンサスとデータ可用性をビットコイン レイヤー 1 メイン ネットワークに転送します。このソリューションは、スマート コントラクトを必要とせず、ロールアップ検証に決済層を使用せず、第 2 層は第 1 層のメイン ネットワークへの攻撃の影響を受けず、独自のコンセンサスを持ち、よりスケーラブルです。

アプリケーションの観点から見ると、Sovereign Rollup は将来的には一種の RaaS に近く、ビットコインのデータ可用性を利用して、開発者はビットコインのデータ可用性保証とセキュリティ保証を継承し、任意の実行環境でロールアップを作成できます。たとえば、モジュール式ブロックチェーン Celestia のモジュール式ロールアップ フレームワーク製品である Rollkit は、ビットコイン ソブリン ロールアップ データ可用性レイヤーを統合することで、ロールキット ソブリン ロールアップとしてビットコイン上で EVM を実行でき、ロールアップのアプリケーションを拡張し、ビットコインがより広範なエコロジー市場を開くのに役立ちます。

ビットコインロールアップに関する議論: 最良の拡張ソリューション?

要約

ZKロールアップスキームでは、そのセキュリティはメインチェーンとの関係に強く依存しており、ZKロールアップ上のさまざまなアプリケーションはビットコインネットワークの分散化とセキュリティを継承し、ビットコインネットワークの経済モデルの問題のスケーラビリティを向上させることができます。この関係により、ロールアップでは、他の「オフチェーン」プロトコルにはない 2 つの重要な機能、つまり継承された二重支払いセキュリティと安全な双方向ブリッジングが解決されます。ビットコインにもたらす利点には、トランザクション スループットの向上、トランザクション プライバシーの向上、柔軟性の向上などが含まれますが、ビットコイン ソフトウェアの更新やコンセンサスの変更も伴うため、これらの利点にはコストやリスクがないわけではありません。

ソブリンロールアップスキームでは、独自のコンセンサスを持ち、ブロックチェーンの層から独立して実行でき、独自のトランザクション検証と決済ルールを定義でき、より高い自律性を備えています。しかし、この独立性により、ブロックチェーンのセキュリティ層がある程度失われ、個別のコンセンサスメカニズムにより、ソブリンロールアップアップグレードの実装が複雑になる可能性があります。現在のソブリン ロールアップの開発はまだ初期段階にあり、この分野の研究と深化に伴い、そのセキュリティを構築するために将来のテクノロジーがどのように発展するかにも注目する必要があります。

Rollup を中心とした開発は、ビットコインがこれまで以上に多くの操作の基礎となるチェーンになり得ることを証明しています。一般に、ビットコインであろうと他の L1 であろうと、ロールアップはオンチェーン トランザクション データ、証明検証、および大量のデータを伴うオンチェーン トランザクションの認識方法を変え、オンチェーンでの保存、読み取り、利用の方法を推進します。データに関する議論の最新の展開は、特に開発者がビットコイン ブロックチェーン上に完全なエコロジー経済を構築しようとしている中で、ビットコインのスケーラビリティに関する議論に別の側面を提供します。ロールアップはまだ初期段階にありますが、その潜在的な影響は有望です。

参考文献

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