ZKロールアップガイド：ETHのスケーラビリティ — それが次の大きな物語である理由

スケーラビリティは、イーサリアムとほとんどのブロックチェーンプロジェクトにとって大きな問題です。メインブロックチェーンの計算集約型プロセスの数が増えるにつれて、ネットワークが目詰まりし、取引が遅く高価になります。これにより、ユーザーエクスペリエンスとイーサリアムエコシステム全体が損なわれます。しかし、イーサリアムのスケーラビリティの問題には解決策があるかもしれません。ZKロールアップ この記事では、ZKロールアップとそのメリットと限界について紹介し、他のスケーリングソリューションと比較しながら、最適なZKロールアップ通貨を検証します。

ZKロールアップとは？ 

ZKロールアップまたはゼロ知識ロールアップは、イーサリアムレイヤー2スケーリングソリューションを実装するスマートコントラクトであり、ブロックチェーン上でより効率的な取引処理を実現します。

ZKロールアップを理解するには、ロールアップ全般の基礎知識と、ロールアップがイーサリアムレイヤー2のスケーラビリティソリューションの鍵を握る理由を理解している必要があります。レイヤー2のソリューションは、メインチェーンではなくセカンダリチェーンに基づいています。

ロールアップは、セキュリティや分散化を犠牲にすることなく、高いスループット（1秒あたりの取引量）を提供するため、最も人気のあるレイヤー2ソリューションの1つです。計算集約型のプロセスをイーサリアムメインネット（レイヤー1）からサイドチェーン（レイヤー2）に移動させることで、これを実現します。ロールアップは、参加者が取引状態を再作成し、無効やエラーを検出できるように、十分なデータをメインチェーンに送信します。取引データはイーサリアムのメインチェーンに保管されるため、セキュリティが損なわれることはありません。

ZKロールアップバンドル - 「ロールアップ」取引データを1つのブロックにまとめ、メインチェーンで処理することで、混雑を緩和します。トランザクタや中継機として知られるネットワーク参加者は、メインネットでデータを確認し、送信しながら、このデータを処理します。

トランザクタは、インデックス化されたアドレス、価値、ネットワーク手数料、ノンス（1回のみ使用される番号）からなる取引データをネットワークに投稿します。インデックス化されたアドレスは処理リソースが少なく、スマートコントラクトはこれらのアドレスを、ZKロールアップ内でデータを偽造できないようにするデータ構造であるMerkleツリーにリンクします。ZKロールアップには、2つのMerkleツリーがあります。1つはアカウントを記録し、もう1つは取引価値を保管します。また、処理能力と時間の効率的な活用にも役立ちます。

リレーラーは、取引を集計してロールアップを作成します。彼らは、ブロックチェーンの状態を前後で比較することによって取引を検証する、ゼロ知識で簡潔な非対話型知識引数（ZK-SNARK）証明を作成します。ZK-SNARKは、特定の情報を開示せず、検証者とやり取りすることなく、その情報を保有していることを証明する新しい方法です。中継者は、証明の結果を検証可能なハッシュでメインチェーンに転送します。リレーラーは、正直さを促すために、仮想通貨をスマートコントラクトにステーキングする必要があります。詐欺行為は、ステーキングされた資金の損失を招き、悪質な攻撃者を邪魔し、頻繁な紛争の必要性を減らします。

ZKループアップは、ブロックチェーンスペースのより効率的な使用法です。トランザクション全体のデータに関する知識がゼロであるため、従来のスマートコントラクトよりもストレージの必要が少なくなります。検証証明が必要なだけなので、最小限のデータしか含まれないため、検証がより迅速かつ安価になります。取引はすでにサイドチェーンで検証されており、メインチェーンで自動的に検証されます。ZKロールアップを使用した検証に必要なデータが少なく、メインのイーサリアムチェーンでトランザクションを実行するよりも迅速で安価です。

ZKロールアップのメリットと制限

ZKロールアップは、イーサリアムレイヤー2のスケーリングソリューションの中でも、より安価で高速です。主なメリットは以下のとおりです。

• 取引完了までの時間の短縮：ZKループアップは、取引のファイナリティタイム（ブロックチェーン取引が変更またはキャンセルされないという確認を得るのにかかる時間）を短縮します。イーサリアムネットワークは、有効性証明が送信されると、更新された状態を直ちに検証します。

• スループットとスケーラビリティの向上：ZKロールアップは、各取引に最小限のデータしか含まれないため、スループットとスケーラビリティを向上させます。ZKロールアップは、すべての取引を1つの取引にまとめ、有効性の証明によって検証します。その結果、ノード間で最新の状態のみを通信する必要があり、より高速で効率的な処理が可能になります。

• 取引手数料が安い：ZKロールアップは、より手頃な取引手数料を実現します。取引はバンドルまたはロールアップされるため、ガスコストは利用者間で分配されます。利用者数が多いため、ガス代は数セントしかかからない可能性があります。なぜなら、ZKロールアップはほぼ無限の取引をまとめることができるからです。

• 出金時間の短縮：ZKロールアップは、取引データを認証するために有効性証明を使用し、チャレンジ期間を必要としないため、迅速な出金時間が可能です。 

• 分散型でありながら安全：ZKロールアップは「ゼロ知識」であるため、取引データ全体ではなく、データの取得には有効性証明のみが必要です。レイヤー1に有効性証明が保存されるため、ロールアップによってスケーラビリティが向上し、レイヤーの安全性と分散性が維持されます。また、ブロックを並列に計算すると、分散化も促進されます。

革新的なアプローチにより、ZKロールアッププロトコルはレイヤー2スケーリングの未来を約束します。もちろん、欠点がないわけではありません。ZKループアップには、主流の採用を達成するために克服すべきいくつかの制限があります。

• 複雑な有効性証明：ゼロ知識の有効性証明の計算は困難であり、時間がかかります。したがって、スループットを最大化するには、ZKロールアップのデータ最適化が必要です。さらに、ZKの有効性証明の複雑な数学により、ZKロールアップの機能は、少なくとも現時点では、直接振替や取引などの単純な取引に制限されています。最大スループットを得るためには、データの最適化が必要です。

• 信頼する：ロールアップデータを検証するには、ネットワーク参加者のうち1名のみが正直であるとみなされる必要があるため、すべての参加者が破損する可能性があります。

• スマートコントラクトサポート：他のレイヤー2スケーリングソリューションとは異なり、ZKロールアップはスマートコントラクトの実行をサポートしていません。しかし、完了段階の異なるプロジェクトは、この問題を解決することを目指しています。

ZKロールアップと他のレイヤー2スケーリングソリューションの比較

ロールアッププロトコルやその他のレイヤー2スケーリングソリューションも同様に動作しますが、それぞれがブロックチェーンエコシステム内の特定のユースケースに対応するように設計されています。 

ZKロールアップとオプティミスティックロールアップの比較

レイヤー2ソリューションの中には、イーサリアムのメインネットにデータを投稿しないことで、スケーラビリティとスループットを向上させるものもあります。しかし、これはセキュリティの低下を犠牲にしています。 

ZKロールアップと楽観的なロールアップはどちらも、取引計算をチェーンから移動し、イーサリアムのメインネットに高度に圧縮されたデータを提出することで、スケーラビリティの向上を実現します。彼らが分岐する場所は、認証方法にあります。ZKロールアップは、複雑な仮想通貨の有効性証明で取引を検証し、取引の各バッチがメインネットに有効性証明を提出します。

一方、楽観的なロールアップでは、すべての取引が有効であると考え、計算なしで取引バッチを提出します。これにより、スケーラビリティが大幅に向上します。ただし、誰でも取引の有効性に疑問を抱くことができるチャレンジ期間があります。異常が見つかった場合、レイヤー1で利用可能なデータを使用して、ロールアップで詐欺の証明（取引の詐欺の可能性をチェック）を実行します。このチャレンジ期間待ちは、ZKロールアップよりも遅れを引き起こします。

楽観的なロールアッププロトコルは、シーケンサー（オフチェーンでのユーザー取引の保管と実行に責任を負う当事者）に報酬を与えることで、合法的な取引を奨励します。イーサリアムブロックチェーンに不正な取引を行ったシーケンサーは、ETHステーキングをスラッシュさせることで罰せられます。 

楽観的なロールアップは、複雑な計算を行う必要がないため、スケーラビリティが最大100倍向上します。しかし、チャレンジ期間は、その出金期間がZKロールアップの出金期間よりもはるかに長いことを意味します。 

もう1つの大きな違いは、楽観的なロールアップがスマートコントラクト機能を提供することです。これは、ZKロールアップで実装するのは困難です。

ZKロールアップとサイドチェーンの比較

サイドチェーンは、ブリッジ契約を介したイーサリアムなどのメインブロックチェーンにリンクされているブロックチェーンです。主にZKロールアップとは異なり、メインネットからデータを受け取るため、検証する必要はありません。一方、サイドチェーンは、メインネットが侵害されていないことを確認し、この情報をブリッジに中継するために、ブリッジコントラクトを管理する一連の当事者に依存しています。 

別の事業体として、サイドチェーンには独自のセキュリティ特性と取引を処理するコンセンサスメカニズムがあります。ZKループアップと同様に、サイドチェーン取引はメインチェーン取引よりも安価です。

一方、ZKロールアップの場合、シーケンサーはブリッジコントラクトにネットワークの状態の証拠を提示します。この証拠を検証し、ネットワークが侵害されていないことを確認する必要があります。

ZKロールアップはイーサリアムネットワークセキュリティを使用し、その結果としてより多くのリソースを消費します。これにより、ZKロールアップはサイドチェーンに比べて高価になります。 

ZKロールアップとサイドチェーンの主な違いは、取引データを保存する方法です。レイヤー2でバッチ取引をロールアップし、メインチェーンに送信しますが、サイドチェーンは完全に別々のチェーンを作成し、メインチェーンに入出金のみを送信します。ZKロールアップはメインチェーンのセキュリティに頼ることができますが、サイドチェーンはメインチェーン自身の責任を担っています。また、新しいブロックを作成するオペレーターは、ブロックの生成を停止したり、出金を制限したりする可能性があります。メインチェーンと同様に、サイドチェーンも51%の攻撃を受けます。

ZKロールアップとプラズマチェーンの比較

血漿チェーンは、Joseph Poonand Vitalik Buterin（イーサリアムの共同創設者）が最初に提案したスケーラビリティソリューションです。

Plasmaはレイヤー2スケーラビリティソリューションで、レイヤー2サイドチェーン（または「チャイルドチェーン」）に取引をオフロードし、新たに作成されたブロックを定期的にイーサリアムのメインネットに提出します。Plasmaは、サイドチェーンに似たコンセンサスメカニズムを通じてブロックを作成しますが、ブロックのルーツをメインチェーンにポストします。メインチェーンはセキュリティレイヤーとして機能します。 

ZKロールアップと同様に、プラズマチェーン取引コストはメインチェーンよりも低くなっています。また、詐欺の証明を使用して、プラズマチェーンを保護します。これらのチェックと残高のセットにより、お客様はメインチェーン上の資金の有効性に異議を唱え、ロールアップのそれと同等のセキュリティを構築できます。

ZKロールアップとプラズマチェーンはどちらも、取引をメインチェーンからレイヤー2のサイドチェーンに移すことでイーサリアムを拡張します。しかし、根本的な違いは、ZKロールアップが数百の振替を1つの取引にグループ化し、イーサリアムのメインネットでZKプルーフで検証されるのに対し、プラズマチェーンは1回の振替につき1つの取引を作成し、提出することです。

プラズマのスケーラビリティは、ユーザーがサイドチェーンから出金したい場合にブロックを検証するためのメインネット上のデータ要件が高いため、制限されます。さらに、チャレンジ期間は長く、オンラインのままでいるか、特典を失います。ZKループアップは使いやすく、リソースの使用量が少なく、ほとんどのユースケースでプラズマよりも有望なイーサリアムスケーリングソリューションとなっています。 

Plasmaは、メインフレームとやり取りしたり、通信したりすることができるだけ少ないように設計されています。これにより、データ利用不能エラーが発生しました。その場合、台帳が正しいか、オペレーターが信頼できるかを判断する必要があります。一部のプラズマ実装では、この問題を解決するためにガバナンストークン保有者の間で投票が行われます。これは、真正性を検証するために\"one in n\"ルールに依存するロールアップの想定された信頼できる状態とは異なります。

プラズマとロールアップの大きな利点の1つは、スケーリングソリューションを実行している取引所がダウンしても、主要な公的元帳の詐欺証明のために資金が出金できる点です。

ZKロールアップとステートチャネルの比較

ステートチャネルは、イーサリアムブロックチェーンから安全に取引できるスケーリングソリューションです。関係者は、メインチェーンに頼ることなく、状態の更新を送信することでやり取りします。

いずれかの当事者がチャネルの使用を停止すると、「終了」が開始されます。つまり、メインチェーンに最新の状態更新を送信し、現在の残高がチャネルを開始した当事者に送金されます。メインチェーンは、最終的な残高と署名を検証することで、この現在の状態を検証します。そのため、誰でも無効な状態から退出することは困難です。

しかし、欠点があります。メインチェーンは、前回の状態更新が提出された後、以前の取引に別の取引が追加されているかどうかを知ることはできません。これを回避する方法は、いずれかの当事者が出口に異議を申し立てる期間を設けることです。取引関係者は、メインチェーンへの出金までの待ち時間が長くならないように、「結論証明」に署名することで、チャレンジ期間が経過するまで待たずに取引を終了できます。

ステートチャネルは、ロールアップオペレーターがすべての取引を処理しなければならないZKロールアップとは異なり、第三者を関与させることなく、2つの当事者間での取引を許可するという利点があります。 

ステートチャネルとZKロールアップのもう1つの違いは、ステートチャネルが即座に最終決定権を持つ点です。この状態は、更新が受信されたことを取引相手が確認すると確定します（つまり、価値の移転が即時に行われる）。

知っておくべきZKロールアップコイン

ゼロ知識ロールアップは、イーサリアムにとって理想的なスケーラビリティソリューションとして大きな可能性を秘めています。

したがって、この急速な発展技術を活用するため、ZKロールアップとその通貨を実装するプロトコルのリストを以下に示します。

Loopring（ループリング：LRC）

ループリングネットワークは、ZKループアップを活用したプロジェクトです。開発者はイーサリアムネットワーク上のトレーダーが迅速に決済できる取引所やDEXを作成できます。ループ型DEXは、イーサリアムブロックチェーン上で低コストの取引と支払いを提供し、ZKプルーフの高いスループットの利点を活用します。

ZKループアップにより、ループリングDEXは他の取引所のようにイーサリアムのブロックチェーンに直接決済するのではなく、決済計算をオフチェーンにすることができます。これにより、イーサリアムネットワークに送信される取引数が減少し、混雑が緩和され、取引速度が上がり、取引コストが削減されます。

LRCは、ループリングネットワークのネイティブユーティリティトークンです。トレーダーは、各取引を処理する際にLRCで支払います。ループリングでは、資金の80%が流動性プロバイダーに送られ、残高は保険会社とループリングのDAO間で共有されます。

LRC価格は、イーサリアムネットワークのパフォーマンスの影響を受ける可能性があります。イーサリアムでの取引が増加し、ネットワークが減速し、手数料が上昇するにつれて、ループリングなどのスケーラビリティソリューションに好まれる利用者が増えます。

イミュタブルX（IMX）

Immutable Xは、イーサリアム上の非ファンジブルトークン（NFT）用のレイヤー2スケーリングソリューションです。ZK-Rollupsを使用してインスタント取引を拡大し、ユーザーや資産のセキュリティを犠牲にすることなく、NFTミントや取引のガス代を削減します。

IMXは、Immutable Xプロトコルのネイティブユーティリティトークンです。ネットワーク上で取引や他の活動を行うことで、IMXを獲得できます。IMXは、手数料の支払い、プロトコルのステーキング、ガバナンストークンとして使用できます。

Immutable Xは、仮想通貨空間における3つの人気物語の交差点に位置しています。

NFT、ZKループアップ、ゲームなど、検討価値のある有望な資産です。さらに、NFT取引のガス代がゼロであるため、Immutable Xは多くの開発者をプラットフォームに引き付けます。

多角形（MATIC）

Polygonnetworkは、イーサリアム対応のブロックチェーンネットワークを構築・接続するためのZKロールアップベースのプロトコルです。開発者は、イーサリアムの高度なセキュリティ機能と、ポリゴンネットワークのガス代とスケーラビリティを兼ね備えたDAppを構築できます。

MATICは、Polygonネットワークを支えるネイティブトークンです。取引手数料の支払いに使用され、PoSコンセンサスにステーキングしてパッシブインカムを獲得することもできます。MATICは、取引検証のためのリソースを提供し、ネットワーク上でスマートコントラクトを実行することで獲得できます。

MATICに注目する主な理由は、ポリゴンネットワークの急速な成長であり、より相互運用可能なプロジェクトが立ち上げられています。また、Polygonは最近、イーサリアムのスケーリングスタートアップMir Protocolを4億ドルで買収しました。Mir Protocolは、Plonky2と呼ばれる、最速かつ最先端のZKプルーフ技術を誇っています。Plonky2は、証拠を迅速に生成し、1つの証拠でより多くの取引を検証できるように設計されています。

これは、ポリゴンによる2回目の大規模な買収であり、以前はZK-Rollup Hermez Network（現Polygon Hermez）を2億5,000万ドルで買収しました。

シスコイン（SYS）

SyscoinはPoWブロックチェーンで、レイヤー1とレイヤー2の要素を組み合わせてWeb 3.0 DAppsの開発のためのプラットフォームを作成します。ビットコインの高いセキュリティとイーサリアムのDApp機能（ZKロールアップスケーリングソリューションを使用）を組み合わせて、高速で安全なDeFiプロダクトを作成します。Syscoinプロジェクトは、高いセキュリティ、低コスト、高いスケーラビリティを備えた分散型台帳技術を組織が利用できるプラットフォームを構築することを目的としています。

SyscoinのネイティブトークンであるSYSは、ネットワーク手数料の支払い、マスターノードの担保化、ガバナンスへの参加に使用されます。また、シスコイントークンプラットフォームを使用するカスタム資産トークン、シスコインプラットフォームトークン（SPT）を作成することもできます。ビットコインとSYSは、マージマイニングと呼ばれるプロセスで同時にマイニングできます。

2022年にSyscoinについて強気になる理由は、すべてあります。Syscoinネットワークは、Web 3.0、NFT、メタバースでさまざまなアプリケーションを提供しており、プラットフォーム上ではますます多くのプロジェクトがローンチされています。ZKロールアップスケーリングソリューションでは、21万TPSのスループットを約束しており、Syscoinネットワークは、非常に低い手数料でより多くの取引を処理するようになるでしょう。

ZKスワップ（ZKS）

ZKSwapは、自動マーケットメイカー（AMM）モデルに基づいて構築された分散型取引所（DEX）プロトコルです。これは、セキュリティと高いスケーラビリティを約束するZKロールアップ技術に基づくレイヤー2スケーリングソリューションを実装する初めてのDEXです。ZK-Rollup技術により、ZKSwapはメインイーサリアムネットワークへの負荷を軽減し、トレーダーにより良いセキュリティ、低コスト、より高いTPS、プライバシーを提供します。

ZKSwapネットワークは、ネイティブERC20トークンであるZKSを搭載しています。ZKSは、コミュニティマイニング、取引認証、その他のプロネットワークタスクでユーザーに特典を提供するために使用されます。ZKS保有者はトークン上場に投票でき、ネットワークも管理できます。

ZKSwapには、今後の素晴らしい計画があります。レイヤー2レンディングと安定した通貨交換サービスが提案されています。ZKSwapはまた、ZKロールアップに基づく一般的なEVMモデルを開発しています。

ZKSwapは、MXC、Huobi、DODO、DeFiBoxなどの人気DEXと提携しており、近い将来、より多くのプロトコルを統合する予定です。

終わりに

イーサリアムネットワークは人気が高まりつつあり、プロジェクトの立ち上げに伴いスケーラビリティの課題に直面しています。レイヤー2ソリューションは、今後さらに関連性が高まると予想されます。この分野では、画期的なゼロ知識証明技術を備えたZKロールアップが、TPS、ガス代、セキュリティ、プライバシー、スケーラビリティにおいて大きなメリットをもたらします。さらに、ZKロールアップとZKプルーフ技術は比較的初期段階にあり、この分野ではさらなる技術進歩が予想されます。