ARBのオンライン化が目前に迫っており、L2(Rollup)も注目を集めていますが、最近ではOPとZKのどちらのソリューションが優れているのかという議論が多くなり、OPが正統派という人もいれば、ZKが王道だという人もいます。この記事ではさらに詳しく説明し、2 つの人気のあるレイヤー 2 拡張ソリューションと、最近注目を集めている Arbitrum について説明します。これはテクノロジー指向の記事です。誰もがこれらの拡張ソリューションをよりよく理解して評価できるように、その動作原理と特性に焦点を当て、わかりやすい言葉で説明します。
1. 拡張計画の概要
ブロックチェーン技術の急速な発展に伴い、スケーラビリティの問題がブロックチェーンの広範な適用を妨げる主な障害の 1 つとなっています。ネットワークのスループットを向上させ、トランザクション手数料を削減するには、容量の拡張が解決しなければならない課題です。拡張ソリューションは通常 2 つのカテゴリに分類されます: 1 つは基盤となるブロックチェーン上に新しいプロトコル層を構築することで拡張を実現するオフチェーン拡張 (レイヤー 2)、もう 1 つはオンチェーン拡張 (レイヤー 1) です。これは、基盤となるブロックチェーン プロトコル自体を最適化してスループットを向上させることで実現されます。
オンチェーン拡張ソリューションは、シャーディング、より効率的なコンセンサス アルゴリズムの選択、プロトコルの最適化に分類できます。シャーディングとは、ブロックチェーン ネットワークを複数の独立したサブチェーンに分割し、各サブチェーンがトランザクションを並行して処理できるようにすることです。このように、サブチェーンの数が増加するにつれて、ネットワーク全体のスループットも直線的に増加します。シャーディングは、シャーディング後にのみ、TPS と Gas を真に最適化することができます。コンセンサスアルゴリズムの革新は近年まれであり、以前に提案された POS、DPOS、DAG などはすべて POW に関連した革新であり、同様にイーサリアムでもネットワークリソースの消費を削減し、トランザクション処理速度を向上させることができます。この道を選んだ。 3 番目のオプションは、ブロック サイズやブロック生成時間などの調整など、基盤となるブロックチェーン プロトコルを最適化することで、ビットコインの Segregated Witness (SegWit) アップグレードなど、ネットワークのスループットをある程度向上させることができます。
オフチェーン拡張ソリューションは、ステート チャネル、プラズマ、ロールアップに分類できます。ステート チャネルを使用すると、ユーザーはチェーン外でトランザクションを実行でき、チャネルの開閉時にのみメイン チェーンと対話できるようになり、チェーン上のトランザクション数が大幅に削減され、雷電ネットワークやライトニング ネットワークなどのスループットが向上します。それぞれイーサリアムとビットコインの拡張製品。 Plasma は、ユーザーがメイン チェーンからサブチェーンに資産を移行し、サブチェーンでステータスの更新を定期的にメイン チェーンに送信して、OMG ネットワークなどのセキュリティを確保できるサイドチェーン ソリューションです。ロールアップは、複数のトランザクションを単一の証明 (zk-SNARK またはオプティミスティック ロールアップの不正証明) にパッケージ化し、メイン チェーンに送信します。このようにして、メインチェーンはすべてのトランザクションを処理することなく証明を検証するだけで済むため、スループットが向上します。典型的な例としては、zkSync (zkRollup に基づく) と Optimism (Optimistic Rollup に基づく) も OP ベースの製品です。
2. 楽観的ロールアップとzk-ロールアップ
2.1 zkロールアップ
zk-Rollups は、ゼロ知識証明に基づくレイヤー 2 拡張ソリューションです。まず、Rollup Operator コンポーネントは複数のオフチェーン トランザクションをバッチに集約し、ゼロ知識証明 (zk-SNARK や zk-STARK など) を使用して簡潔な証明ファイルを生成し、全体の有効性を検証します。トランザクションのバッチを 1 つずつチェックする必要はありません。その後、バッチに関連する証明書とデータがメイン チェーンに送信され、メイン チェーンは証明書の正確性を検証してトランザクションが有効であることを確認します。メインチェーンの検証に合格すると、チェーンコントラクトは証明内のデータに基づいてチェーン上の状態を更新します。これは、トランザクションがオフチェーンで実行されても、オンチェーンの状態は引き続き更新され、データの一貫性が確保されることを意味します。
注: ゼロ知識証明 (ZKP) は、証明者が特定のステートメントが真実であることを、そのステートメントに関する他の情報を明らかにすることなく検証者に証明できるようにする暗号概念です。つまり、ゼロ知識証明を使用すると、人は情報自体を明らかにすることなく、特定の情報を所有していることを証明できます。
2.2 楽観的ロールアップ
オプティミスティック ロールアップは、オプティミスティック検証に基づく第 2 層の拡張ソリューションです。つまり、デフォルトで送信されたブロックは、誰かが疑問を持たない限り正しいものです。また、ロールアップ オペレーターは、多くのオフチェーン トランザクションをバッチに集約し、バッチ トランザクションによって生成される新しいステータス (残高、契約ステータスなど) を計算し、オフチェーン ステータスの更新を生成して更新する必要があります。オフチェーンのステータスと関連データはメイン チェーンに送信されます。このステータスはデフォルトで正しいため、追加の検証は必要ありません。ただし、ステータスの更新が送信された後は、誰でもチャレンジできる一定のチャレンジ期間が設けられます。不正の証拠を提供することにより、更新の有効性を確認し、問題の状態に関連するトランザクション全体が EVM 操作によってチェックされ、状態の更新が間違っていることが判明した場合、送信者は罰せられます (保証金の減額)。 、オンチェーンの状態は正しい状態にロールバックされます。チャレンジ期間中に誰もステータス更新にチャレンジしなかった場合、またはチャレンジが間違っていることが判明した場合、オンチェーンのステータスは送信されたステータス更新に基づいて更新されます。
2.3 ZKとOPの比較
ZKとOPにはそれぞれ特徴があるので、ご自身の傾向に合わせて以下の5つの角度から分析してみました。
1. 取引確認方法：
OP: 不正行為の証明を通じて取引を検証します。 OP は、誰かがトランザクションが無効であるという証拠を提出しない限り、トランザクションはデフォルトで有効であると想定しています。これには、ロールアップ オペレーターが悪事を行っていないことを確認するために、オフチェーンのユーザーとノードによる継続的な監視が必要です。
ZK: zk-SNARK や zk-STARK などのゼロ知識証明を介してトランザクションを検証します。 ZK は、各トランザクションを個別にチェックすることなく、バッチ内のトランザクションの正当性を保証するための簡潔な証明を生成します。
2. セキュリティ:
OP: トランザクションはデフォルトで有効であると想定されているため、特定のセキュリティリスクが存在する可能性があり、オフチェーンのユーザーとノードはセキュリティを確保するためにトランザクションを積極的に監視する必要があります。
ZK: ゼロ知識証明に基づく検証方法は、トランザクションの正当性を保証するために証明を生成する必要があるため、ZK に高いセキュリティを提供します。
3.スループットとパフォーマンス:
OP: ZK と比較して、OP は一般にオフチェーンのトランザクション処理速度が速くなりますが、不正防止チャレンジ サイクルを待つ必要があるため、オンチェーンの検証に時間がかかる場合があります。
ZK: ゼロ知識証明の生成には特定のコンピューティング リソースが必要ですが、証明が生成されるとメイン チェーンですぐに検証できるため、ZK のオンチェーン検証は高速です。
4.多用途性
OP: OP は EVM と完全に互換性があり、多くの DAPP を直接移行できます。ソリューションの全体的な計算の複雑さは低く、一般的なスマート コントラクトの実行や複雑な計算により適しています。
ZK: ゼロ知識証明技術は開発されていますが、一般的なスマート コントラクトや複雑な計算への応用は現時点では限られています。
5. コスト:
OP: 通常、オフチェーンのトランザクションコストが低くなります。
ZK: ゼロ知識証明の生成には特定のコンピューティング リソースが必要で、オフチェーン トランザクションのコストが高くなる可能性があります。
一般に、Optimistic Rollups と zk-Rollups には、それぞれ独自の利点と欠点があります。Optimistic Rollups は、複雑なスマート コントラクト シナリオの処理に適しており、イーサリアムとの互換性が優れています。一方、zk-Rollups は、より優れたセキュリティとプライバシー保護を備えています。
3. 決断
Arbitrum は、Optimistic Rollups に基づく 2 層の拡張ソリューションであり、Optimistic Rollups の利点を組み合わせ、チャレンジと仲裁を処理する際に二分探索テクノロジを使用して仲裁の複雑さとコストを削減します。プロセス。
上で述べたように、オプティミスティック検証システムでは、誰かが送信されたブロックに異議を唱えると、調停プロセスが開始されます。挑戦者は、不正なトランザクション実行結果、不正なステータス更新など、ブロック内の特定のエラーを指摘する必要があります。
二分探索では、エラーの発生箇所を効率よく見つけるために、エラーが発生する可能性のある範囲を半分に分割し、質問者はどちらの半分にエラーが現れるかを選択し、下方向に探索を続ける必要があります。たとえば、挑戦者がブロックの前半でエラーが発生すると信じている場合、各反復でその部分の状態更新の証明を提供する必要があり、挑戦者と検証者は可能な範囲を分割し続けます。挑戦者は各反復でどちらの半分のエラーが発生したかを指摘し、対応する証明を提供する必要があり、検証者は継続的な二分探索の反復を通じて対応する反駁証拠を提供する必要があり、挑戦者と検証者は段階的にエラーを絞り込みます。 ; 最後に、範囲が特定のトランザクションまたはステータス更新に絞り込まれた場合、挑戦者はエラーの存在を証明する詳細な証拠を提供する必要があり、検証者は一連の後に対応する反論証拠を提供する必要があります。二分探索の反復と証拠の交換の中で、挑戦者がブロックにエラーがあることをうまく証明できれば、そのブロックは無効とみなされ、バリデーターが挑戦者の証拠にうまく反論できれば、ブロックは有効とみなされます。その過程で、間違った当事者はデポジットを失いますが、勝った当事者は報酬を受け取る可能性があります。
要約すると、バイナリサーチアービトレーションはエラーの範囲を減らすことができ、このプロセスはオフチェーンで実行され、最後の係争部分のみをチェーン上で検証する必要があるため、チェーン上のトランザクション処理コストも削減されます。処理時間が延長されるため、仲裁の場合、Arbitrum は Optimistic よりも安価ですが、速度も遅くなります。
4. まとめ
同じコースの競合他社の多くは、テクノロジーを重視する企業と、エコロジーを重視する企業のパターンがあり、最終的にどちらが勝つかはユーザーの投票によって決まります。