スケーラビリティに苦戦しているイーサリアムネットワークのレイヤー2スケーリング技術の最前線で興味深い2つのソリューションが浮上しています。それは、楽観的ロールアップとゼロ知識（ZK）ロールアップです。これらの開発は、トランザクションをオフチェーンで処理することによって手数料を削減し、スループットを向上させることを目指しており、イーサリアムメインネットの混雑を緩和します。彼らのレイヤー2スペースでの影響は顕著であり、同じ問題に対していくつかの解決策を提供し、投資家や開発者の間で議論を始めています。
イーサリアムのネットワーク容量は、分散型金融（DeFi）や非代替性トークン（NFT）の登場により、未曽有の圧力にさらされています。Etherscanのデータは、需要が高まる時に平均ガス価格が急上昇し、通常のユーザーが受け入れられないレベルに達することがあることを示しています。これは、どれだけ早急に合理的なスケーリングソリューションが必要であるかを強調しています。
「ロールアップは短期から中期、場合によっては長期にわたってイーサリアムにとって唯一の信頼性のあるスケーリングソリューションと位置づけられています」と、イーサリアム共同設立者ヴィタリック・ブテリンは、レイヤー2ソリューションに関するブログ投稿で強調しました。
この支持によってロールアップが注目の的となり、今やイーサリアムのロードマップに不可欠な存在となっています。
楽観的ロールアップとZK-Rollupの両方が、複数のトランザクションを一つのバッチにまとめてイーサリアムメインネットに送信します。しかし、セキュリティと検証の達成方法がかなり異なっています。イーサリアムエコシステムで構築または投資を行う利害関係者は、まずこれらの違いを理解する必要があります。
この文書では、ロールアップのメカニズムを調査し、楽観的ロールアップとZK-Rollupの特定の特徴を見て、その利点と欠点を比較し、彼らの現在および将来の用途を調べます。読者はこの技術に対し、最終的にイーサリアムの将来に与える影響を十分に認識するべきです。
ロールアップとは？
基本的に、ロールアップはオフチェーンでトランザクションを処理し、メインネットへデータの圧縮されたバージョンを提供することで、イーサリアムのようなブロックチェーンシステムのスループットを増加させるためのレイヤー2スケーリングソリューションです。メインブロックチェーンでの計算とストレージ負荷を減少させることが主な目的であり、これによりセキュリティを損なうことなくスケーラビリティが向上します。
ロールアップは複数のトランザクションを一つのバッチにまとめ、つまり複数の値を集積または「ロールアップ」します。その後、このバッチはオフチェーンで実行され、結果的な状態がメインネットにアップロードされます。したがって、理論的にはロールアップはイーサリアムメインネットだけで可能なトランザクションスループットよりもはるかに高いスループットを達成できます。
プロトダンクシャーディングとも呼ばれるEthereum Improvement Proposal (EIP) 4844に続いて、この概念はデータコストを削減し、ロールオーバーをより効率的にすることを目的として、多くの注目を集めました。この提案を含め、ロールアップはイーサリアムのスケーリング戦略の重要な要素になっています。
ロールアップはイーサリアムネットワークのセキュリティを土台にしています。トランザクションデータまたは証拠をメインネットに戻すことによって、レイヤー2ソリューションがハッキングされた場合でも、ユーザーがイーサリアムの固有のセキュリティ保証を信頼できることを保証します。これはロールアップをサイドチェーンまたは他のレイヤー2ソリューションと区別する重要な特徴です。
ConsenSysの分析によれば、ロールアップはイーサリアムのトランザクションスループットをおおよそ15 TPS（1秒あたりトランザクション数）から数千TPSに増加させる可能性があります。分散取引所（DEX）やゲームプラットフォーム、高頻度トレーディングシステムなど、つまり高いスケーラビリティを必要とするアプリケーションにとって、これは魅力的な解決策となります。
さらに、ロールアップはイーサリアムのスマートコントラクト機能ともシームレスに統合されています。レイヤー2ソリューションと相互作用するコントラクトは、メインネットに負担をかけることなく複雑な機能を開発者に作成させます。さまざまなアプリケーションでのロールアップの普及は、この互換性に依存しています。
しかし、ロールオーバーには困難も伴います。データの可用性と既存のイーサリアムツールとの互換性に関する複雑さが含まれ、ユーザーや開発者が新しい技術を受け入れることが要求されることがあります。中央集約ポイントを避け、ロールアップシステムの分散化を保証することも引き続き課題です。
楽観的ロールアップとは？
楽観的ロールアップは、トランザクションがデフォルトで有効であると仮定するタイプのロールアップで、「楽観的」と呼ばれる所以です。詐欺証明が指定されたチャレンジ期間内に提出される場合より、より具体的には検証を行います。詐欺が疑われない限り、トランザクションを個別に検証する必要がないため、この楽観的な仮定は高いスケーラビリティを可能にします。
基本的なプロセスは、トランザクションの有効性を誰でも詐欺の証拠を提供することで挑戦できるチャレンジ期間に依存しています。不正なトランザクションが発見された場合、システムはそれを元に戻し、不正行為者が罰金を支払う可能性があります。このシステムは、ゲーム理論的な考え方と誠実性を促進することによってセキュリティを維持します。
Ethereum Virtual Machine (EVM)-互換性を持つように構築されており、楽観的ロールアップは、Ethereumスマートコントラクトをほとんど変更せずに実行できます。大きな書き換えなしに現在のアプリケーションをレイヤー2ソリューションに導入したい開発者にとって、この互換性は移行を簡素化します。
楽観的ロールアップの主要な実装の1つはOptimismです。Optimismチームは、イーサリアムメインネットよりも10～100倍ガス費を削減できると主張しています。
Offchain Labsによって開発されたArbitrumは、強力な特徴と開発者に優しい環境のために注目と受け入れを集めた、もう1つの有名なプロジェクトです。
ただし、楽観的ロールアップにはいくつかの欠点があります。イーサリアムメインネットに資金を戻す際、数時間から1週間に及ぶチャレンジ期間が遅延を引き起こします。即座の流動性が必要な人々にとって、この遅延は問題となる可能性があります。この問題を解決するためのソリューションとして、高速出口システムや流動性プロバイダーが開発されていますが、それは複雑さを追加します。
さらに、楽観的ロールアップのセキュリティは、最低1人の誠実な参加者が詐欺証明を提供することを前提としています。このモデルは強力ですが、完全ではありません。共謀や誠実な参加者が欠如した状況では、システムは脅威にさらされる可能性があります。
これらの課題にもかかわらず、楽観的ロールアップはかなりの広範な受け入れを示しています。例えば、最大の分散取引所の1つであるUniswapは、主な利点として手数料の削減とスループットの増加を挙げ、Optimismに展開されています。この行動はUniswapのユーザーが取引をよりスムーズに行うことを可能にし、プラットフォームの利用のしやすさを向上させています。
ゼロ知識ロールアップとは？
Zero-Knowledge Rollups（ZK-Rollup）は、暗号証明を使用してトランザクションを検証するという異なるアプローチを取ります。具体的には、トランザクションの正当性を確認する短くて非対話型のゼロ知識証明（SNARKsやSTARKs）を作成し、他の情報を開示することなく確認します。このシステムは、すべてのトランザクションが合法であることを保証し、チャレンジ期間の必要性をなくします。
ZKロールスルー内でのトランザクションはオフチェーンで処理され、有効性証明と共にイーサリアムメインネットに送られます。メインネットのスマートコントラクトは、この証明を検証して有効な状態遷移を保証します。資金を引き出す際、このアプローチによりほぼ即時に完了でき、これは楽観的ロールアップに比べて大きな利点です。
ZK-Rollupの主要な利点の1つは、その高いセキュリティ保証です。すべてのトランザクションバッチには有効性証明が付随しているため、ゲーム理論的インセンティブや誠実な参加者を詐欺の検出のためには必要としません。この暗号学的な保証により、ZK-Rollupは非常に安全です。
ZK-Rollupの主要な実装には、Matter LabsによるZKSyncやStarkWareのStarkExなどのプロジェクトがあります。これらのプロジェクトのスケーラビリティと効率は注目すべき進展を見せています。例えば、zkSyncは高いセキュリティ基準を維持しながら、ガスコストを最大100倍削減することを約束しています。
しかし、ZK-Rollupは計算の複雑さに対処しなければなりません。ゼロ知識証明は資源を必要とするため、任意のスマートコントラクトロジックのサポートが困難を伴う可能性があります。ZK-Rollupは現在、取引や転送のような簡単なトランザクションに対してはより効率的ですが、より複雑な操作をサポートするためにはより効率的になってきています。
もう1つの制約は、完全なEVM互換性がないことです。イーサリアムのスマートコントラクトは、ゼロ知識証明と自然に相互作用するようには設計されておらず、開発者は契約を再作成するか、特別なプログラミング言語を使用する必要があります。この課題を解決しようとするプロジェクトには、EVM互換のZK-Rollupを生成する試みとしてのzkEVMがあります。
これらの困難にもかかわらず、ZK-Rollupの即時完了と暗号的な強みは、スピードとセキュリティが重要な用途において魅力的です。技術の成熟が幅広い機能を可能にするはずです。
楽観的ロールアップとZK-Rollupの比較
楽観的ロールアップとZK-Rollupの両方が、オフチェーンでトランザクションを処理することでイーサリアムをスケーリングすることを目指していますが、その基本的なメカニズムが異なるトレードオフをもたらします。
検証とセキュリティ
楽観的ロールアップは、詐欺証明とチャレンジ期間に依存してトランザクションの正当性を確保します。これは、無効なトランザクションが元に戻される可能性があることを意味しますが、それは誰かがそれを検知し報告した場合のみです。これに対し、ZK-Rollupは、有効性証明を使用して、メインネットに送信されるすべてのトランザクションバッチの正確性を暗号的に保証します。
Electric Capitalの報告によれば、「ZK-Rollupはゲーム理論的仮定に依存しないため、より強いセキュリティ保証を提供します」。
引き出しの遅延
楽観적ロールアップには大幅な引き出しの遅延があり、チャレンジ期間が最大で1週間続くことがあります。これは流動性プロバイダーを介して軽減することができますが、それは複雑さを追加します。ZK-Rollupは、即時に完了することができます。 Content: 撤退は、有効性証明が状態が正しいことを保証するためです。
EVM Compatibility
Optimistic Rollups は、一般的にEVMとより互換性が高く、開発者が既存のEthereumスマートコントラクトを最小限の変更でデプロイすることを可能にします。ZK-Rollups は、複雑な操作のための証明を生成する計算量の多さから、EVMとの互換性に苦労してきました。しかし、zkEVMのような進化がこのギャップを縮めようとしています。
Performance and Scalability
ZK-Rollups は、特に単純なトランザクションにおいて、高いスループットと低い手数料を提供することができます。これは、有効性証明がトランザクションデータをより効率的に圧縮するからです。Optimistic Rollups は、詐欺証明の必要からオーバーヘッドが高くなる可能性があります。
Complexity and Development Effort
ZK-Rollups の実装は、関与する高度な暗号技術のためにより複雑です。これにより、開発が遅れ、バグの可能性が高くなります。Optimistic Rollups は比較的実装が簡単であるため、アプリケーションの展開が速くなっています。
Ecosystem Adoption
両方のタイプのロールアップは、かなりの採用を見ています。Optimistic Rollups は、現在EVMの互換性からより多くのDeFiアプリケーションを持っています。ZK-Rollups は、EVM互換性の解決策が成熟するにつれて追いついています。Dune Analyticsによれば、両ソリューションでのロックされた総価値（TVL）は増加しており、信頼と採用が高まっていることを反映しています。
Regulatory Considerations
ZK-Rollups の暗号的な性質は、より優れたプライバシー機能を提供する可能性がありますが、これは規制のコンプライアンスに関しては諸刃の剣となり得ます。Optimistic Rollups はより透明であり、規制の期待により合致する可能性があります。
Use Cases for Optimistic Rollups and ZK-Rollups
Optimistic Rollups のEVM互換性により、複雑なスマートコントラクトアプリケーションでの使用に理想的です。これにより、DeFiプラットフォーム、NFTマーケットプレイス、その他の複雑なロジックを要求するアプリケーションに理想的になります。例えば、デリバティブ流動性システムであるSynthetix は、Optimismと提携して、手数料を下げ、スケーラビリティを向上させました。この統合のユーザーは、合成資産をより速く、摩擦なく取引することができました。
トランザクション速度とセキュリティが絶対的に重要な場合、ZK-Rollups が際立ちます。ZK-Rollups の即時確定性と優れたスループットは、支払いアプリ、現物取引のための分散型取引所、およびゲームプラットフォームに役立つでしょう。ZK-Rollups を使用したLoopring、Layer 2プロトコルは、迅速で安価な取引を提供する分散型取引所を作成しました。Loopringのデータによれば、ユーザーはメインネットコストの0.1%という低手数料で取引することができ、非常にアクセスしやすいです。
さらに、プライバシーに配慮したアプリケーションや身元確認でZK-rollupsの人気が高まっています。コンプライアンスとユーザープライバシーのために、ゼロ知識証明はユーザーがプライベート情報を開示せずに特性を証明できるようにします。この能力は非常に評価されています。
zkSyncなどのプロジェクトは、ZK-Rollups 上でスマートコントラクトを可能にすることを目指しており、従来、Optimistic Rollups に基づいていた利用可能性を開きます。これらの技術が進化するにつれて、その能力の境界線は曖昧になり、開発者にとってより多くの自由が提供される可能性があります。
Final Thoughts
Optimistic Rollups と ZK-Rollups の競争は、Ethereumのスケーラビリティへの追求における健全な進化を象徴しています。両技術は特別な利点を持ち、ネットワークが増加する需要を管理するために不可欠です。
EVMとの適合性と実装の容易さから、Optimistic RollupsはDeFiシーンで非常に人気があります。ZK-Rollups が提供するより強力なセキュリティ保証と即時確定性は、暗号技術イノベーションの限界を広げています。
Ethereumのエコシステムが発展するにつれて、この二つの選択肢は、おそらく共存し、さまざまなニーズや目的に対応するでしょう。その発展は分散型アプリケーションの方向性に大きく影響を与えるため、開発者、投資家、および消費者はこれらの技術について情報を得続けるべきです。
「短期的には、ロールアップは唯一の信頼のないスケーリングソリューションであり、長期的には、Ethereumエコシステムの重要な部分です」とVitalik Buterinは語り、この状況を見事に要約しました。
OptimisticとZK-Rollupsの発展は、このビジョンを強調しています: よりスケーラブルで効率的なEthereumネットワークが約束されています。