イーサリアムのブロックチェーンは革新的である一方、人気の高まりにより、大きなスケーリングの課題に直面しています。しかし、ZK-Rollups などの革新的なソリューションにより、イーサリアムは 1 秒あたりに処理できるトランザクション数を増やし、ガス料金を削減し、全体的なスケーラビリティを向上させることが可能になっています。
この記事では、Ethereum ネットワーク上で ZK-Rollups を活用した最もエキサイティングなプロジェクトのいくつかについて詳しく説明します。これらのプロジェクトはそれぞれ独自の特性を備えており、レイヤー 2 スケーリング ソリューションとしての ZK-Rollups の汎用性と可能性を示しています。
ZK ロールアップとは何ですか?
ZK-Rollups は、ゼロ知識証明を使用して複数のトランザクションを 1 つの証明にまとめ、Ethereum メインネットに投稿する Ethereum レイヤー 2 スケーリング ソリューションです。ZK-Rollup 内の各トランザクションは完全に有効であり、Ethereum メインネットは各トランザクションを個別に検証することなくこれを信頼できるため、必要な計算リソースの量を削減できます。これにより、Ethereum のスループットが大幅に向上し、混雑が軽減され、トランザクション手数料が下がります。
本質的に、ZK-Rollups は計算をオフチェーンに移動し、必要なデータのみをオンチェーンに残すため、ガス料金が大幅に削減されます。重要なのは、このテクノロジーがデータ可用性レイヤーをオンチェーンに維持することで、高いレベルのセキュリティを維持するのに役立つことです。これにより、ZK-Rollup レイヤーがオフラインになった場合でも、ユーザーは資金を引き出すことができます。
ZK-Rollup が他のレイヤー 2 ソリューションよりも優れている主な利点の 1 つは、完全な Ethereum 互換性を維持していることです。つまり、開発者は既存の知識とツールを活用できます。さらに、ZK-Rollup はファイナリティを提供します。つまり、トランザクションが ZK-Rollup に含まれると、そのトランザクションは最終的なものとなり、元に戻すことはできません。
全体的に、ZK-Rollups は、高度なセキュリティと分散化を維持しながら、より高速で安価なトランザクションを提供するため、Ethereum のスケーラビリティ問題に対する最も有望なソリューションの 1 つと見なされています。
2023 年のトップ ZK ロールアップ プロジェクト
借入・貸出プロトコルや分散型取引所 (DEX) などのいくつかのプロトコルは、マルチチェーンになっています。つまり、複数の ZK-Rollup ベースのレイヤー 2 をサポートし、ユーザーに取引手数料を下げ、取引時間を短縮してファイナリティを高めるさまざまな選択肢を提供します。
スケーリングに ZK-Rollup テクノロジーを使用する市場をリードするプロジェクトをいくつかリストしました。
ポリゴン
当初はMatic Networkという名称で2017年に立ち上げられたPolygonは、イーサリアム開発者のSandeep Nailwal、Anurag Arjun、Jaynti Kanani、Mihailo Bjelicの発案によるものです。
従来の ZK-Rollups には、かなりの時間を要するなどの制限があるにもかかわらず、Polygon は ZK-Rollups を利用してスケーラビリティを強化しています。Polygon による再帰証明の巧妙な適用により、この課題は軽減されます。一度に 1 つのトランザクションの証明を生成する一般的な ZK-Rollup ベースのブロックチェーンとは異なり、Polygon はバッチで各トランザクションの証明を作成し、そのバッチを Ethereum メインネットに送信する機能を備えています。
Polygon の ZK-Rollups の独自の構造により、ネットワークは他のほとんどの ZK-Rollup スケーリング ソリューションよりも高速かつコスト効率に優れ、バリデーターが特殊な機器を所有する必要がなくなります。実際、開発中のネットワークである Polygon Zero の一部の証明は 45kb とコンパクトで、他のスケーリング ソリューションと比較してブロックチェーンのパフォーマンスへの負荷が大幅に軽減されます。
Polygon の ZK-Rollups は、完全に Ethereum と互換性があるという点で、ほとんどの Layer-2 対応製品とは異なります。そのため、StarkNet などの Layer-2 代替製品とは異なり、開発者は Polygon スマート コントラクトをスクリプト化するために新しい言語を習得する必要はありません。
Polygon は、サイドチェーンに多少似ていますが、異なる機能を持つ複数の「コミット チェーン」を生成することで動作し、セキュリティの大部分を Ethereum メインネットから引き出します。
スタークネット/スタークエックス
StarkNet と StarkEx はどちらも、2017 年に Alessandro Chiesa 氏と Eli Ben-Sasson 氏によって設立された Starkware 社の製品です。
StarkNet は、分散型 ZK-Rollup ベースのレイヤー 2 ブロックチェーンの 1 つです。ただし、Polygon とは異なり、StarkNet に参入する開発者は Solidity ではなく Cairo プログラミング言語を習得する必要があり、新しい開発者の導入が複雑になる可能性があります。ただし、このハードルを克服するために、Solidity から Cairo やその他の一般的なプログラミング言語へのトランスパイラが開発中です。
StarkNet は、他の ZK-Rollup ベースのチェーンと同様に、複数のレイヤー 2 トランザクションを単一の Ethereum トランザクションにパッケージ化し、ガス料金を抑えながらトランザクション速度を向上させます。
StarkNet を開発した同じチームが、別の独特なブロックチェーンである StarkEx も作成しました。StarkNet はパブリック dApp の開発を促進しますが、StarkEx は分散型暗号通貨取引所 (DEX) 向けに特別にカスタマイズされた SaaS (サービスとしてのソフトウェア) スケーラビリティ ソリューションとして機能し、取引所がコストを削減しながら速度と流動性を高めることを可能にします。
StarkEx は、ETH、ERC-20 トークン、その他の EVM 互換チェーン上のトークン、および世界的に人気の ERC-721 NFT にサポートを拡張しています。また、ERC-1155 セミファンジブル ダイナミック NFT のオフチェーン ミント サポートの提供にも取り組んでいます。2020 年半ばから Ethereum でローンチされている StarkEx は、TVL (total value locked) による最大のレイヤー 2 ソリューションの 1 つです。現在、幅広い dApp とプロトコルをサポートしています。
ZKシンク
ZKSync の立案者は、2020 年にこのソリューションをリリースした Matter Labs の Alexandr Vlasov 氏と Alex Gluchowski 氏です。
ZKSync は、ガス料金を低く抑え、セキュリティを高く保ちながら高速トランザクション (2,000 TPS 以上) を実現するように設計された Ethereum レイヤー 2 スケーリング ソリューションです。多くのレイヤー 2 とは異なり、ZKSync は Ethereum レイヤー 1 メインネットへの資金の引き出しをほぼ瞬時に実行します。ZKSync は、現時点で完全な EVM 互換性を持つ唯一の zk-rollup プロトコルであり、開発者はライブ スマート コントラクトを Ethereum から簡単に再展開でき、ZKSync 用に書き直したりカスタマイズしたりする必要はありません。これにより、相互運用性が大幅に向上し、開発時間が短縮されます。
ZKSync は、いくつかの点で StarkNet や StarkEx と類似していますが、主な違いは、使用される証明プロトコルの種類にあります。ZKSync は SNARK (簡潔な非対話型知識論) を採用し、StarkEx は STARK (スケーラブルで透明な知識論) を活用します。
ZK-SNARK では、少数の開発者が正確かつ安全にコードを作成するために信頼される必要がある 1 回限りのセットアップが必要であり、集中化が進み、信頼性の低さが減少します。対照的に、ZK-STARK は、公的に検証可能なランダム性を使用して、信頼性のない検証可能なシステムを確立します。また、STARK は量子耐性があると認識されていますが、SNARK はそうではありません。STARK はさらに、拡張性の向上を約束します。したがって、ZKSync には StarkNet と比較していくつかの欠点があります。
ZKSync ブロックチェーン上に展開されている注目すべきプロジェクトには、Argent、Gitcoin、Yearn Finance、Gnosis Safe、Snapshot、Tally、1inch Network などがあります。
不変X
Immutable は、Ethereum 上に構築されたレイヤー 2 ソリューションを提供するプラットフォームです。レイヤー 2 でのアプリケーション開発を容易にするための API と開発者ツールを開発者に提供します。
開発者は Immutable X を利用して、非代替トークン (NFT) やブロックチェーン ゲーム向けの高速でスケーラブルかつ安全なアプリケーションを作成できます。たとえば、ゲーム開発者は Immutable X を活用して、ゲーム内資産の真の所有権を保証する高度なゲーム内経済を実装できます。また、ゲーム資産の無料ミント、高速で手頃なゲーム内トランザクション、ユーザーにゲーム内アイテムの所有権を与える自己管理型ウォレット、オープン マーケットでゲーム内アイテムを取引するためのグローバル オーダーブックなどの機能も利用できます。
さらに、Immutable X は、ユーザー間の高速、安全、かつコスト効率の高い取引を可能にすることで、トークンおよび資産取引プラットフォームのニーズに応えます。最大限の流動性を確保するグローバルな注文帳を提供します。また、ブロックチェーン取引分析ツールは、Immutable X の API にアクセスして、過去の取引、取引、およびユーザーの行動に関するデータを簡単に取得できます。
Immutable は、最も分散化され、安全で、広く使用されているブロックチェーンとして評判が高く、大きなネットワーク効果をもたらす Ethereum 上にソリューションを構築することを選択しました。Ethereum では、ダウンタイム、詐欺、制御、第三者からの干渉なしに、スマート コントラクトと分散型アプリケーションの作成と実行が可能です。
Immutable X は、ZK ロールアップ バッチ処理メカニズムを利用する 2 つの実行レイヤーを提供します。ZK ロールアップは、トランザクションのバッチ、以前の状態ルート、および新しい状態ルートから圧縮された暗号化証明を生成するオフチェーン バッチ処理メカニズム (仮想マシン) と、現在の状態ルートを保存してバッチの一貫性を検証するオンチェーン コントラクトの 2 つの主要コンポーネントで構成されます。
Immutable X 内での ZK ロールアップの仕組みは次のとおりです。レイヤー 2 トランザクションのコレクションがバッチ処理メカニズムに送信され、トランザクション、以前の状態ルート、および新しい状態ルートに基づいて暗号化証明が生成されます。この証明は、検証のためにレイヤー 1 スマート コントラクトに送信されます。スマート コントラクトは、証明内の以前の状態ルートが現在の状態ルートと一致するかどうかを確認します。一致する場合、スマート コントラクトは現在の状態ルートをバッチの新しい状態ルートに更新します。
Immutable は現在、2 つのレイヤー 2 ソリューションを提供しています。StarkEx は、Starkware によって作成および管理される特定の種類のトランザクションをバッチ処理するサービスです。Immutable zkEVM は、すべての開発者がスマート コントラクトを記述して zkEVM にデプロイできるスマート コントラクト プラットフォームです。開発者は、サインアップするか、Immutable X が提供する API エンドポイントを利用することで、これらのソリューションにアクセスできます。ゲーム用に特別に設計された Immutable zkEVM は、EVM zk-rollup フレームワーク内で低コストで高スループットの Ethereum 互換スマート コントラクトを提供します。
ループリング
Loopring は、分散型取引所 (DEX) 向けに特別に設計された、Ethereum ブロックチェーン上に構築されたレイヤー 2 スケーリング プロトコルです。さまざまな機能を提供しながら、1 秒あたり数千件の取引の決済を可能にします。DEX のプロトコル レイヤーとして機能することに加えて、Loopring は、ガス料金なしで安全かつ高速な取引を可能にする非管理型取引プラットフォームである Loopring Exchange を提供します。
Loopring の背後にある主要なテクノロジーは、トランザクションをまとめて効率性を向上させるブロックチェーンのイノベーションであるゼロ知識証明 (ZKP) です。ZKP を活用することで、Loopring は高スループットの非管理型 DEX の開発を可能にします。このプロトコルは、ゼロ知識ロールアップ (zk-Rollup) オペレーターと流動性プロバイダーに報酬を与えるために使用されるネイティブ LCR トークンも導入しています。
Loopring のアプローチには、Ethereum ネットワークと連携してスケーラビリティを強化するレイヤー 2 ソリューションである Zero-Knowledge Rollups (zk-Rollups) の実装が含まれます。zk-Rollups は、多数のトランザクションを単一の軽量な Zero-Knowledge Proof に統合し、Ethereum ネットワーク上でバッチとして確認します。これにより、Ethereum のスタンドアロン機能と比較して、トランザクション スループットが大幅に向上します。zk-Rollup の計算プロセスはオフチェーンで実行されますが、基礎となるデータとトランザクションは Ethereum ブロックチェーン上に残ります。zk-Rollups を DEX プロトコルと統合することで、Loopring は複雑な計算を可能にし、トランザクション手数料の削減と流動性の大幅な向上につながります。
従来のオーダーブックベースの集中型取引所 (CEX) と比較すると、DEX は通常、取引手数料が低く、より幅広いデジタル資産をサポートしています。ただし、流動性と取引速度の点では、集中型取引所が依然として DEX を上回っています。Loopring は、zk-Rollups を組み込むことでこのギャップを埋め、集中型取引所の利点を分散型エコシステムにもたらすことを目指しています。
Ethereum ネットワーク内では、zk-Rollups はトランザクション ブロックの検証をより高速かつコスト効率よく提供します。含まれるデータが少なく、最終的な暗号証明を検証するためのスマート コントラクトのみを必要とするため、効率が向上します。zk-Rollups で処理されたトランザクションは、Ethereum ブロックチェーンにコール参照データとして保存されるため、ネットワークからデータを取得する場合に比べて計算量が少なくて済みます。これらの機能を 1 つのオープン プロトコルに統合することで、Loopring は Ethereum エコシステム全体の効率を高め、ブロックチェーン テクノロジーの採用を加速します。
結論
Ethereum ブロックチェーンのスケーラビリティの問題は、ZK-Rollups などの革新的なテクノロジーによって正面から解決されています。これまで調査したように、いくつかの著名なプロジェクトがすでにこのテクノロジーを活用して、トランザクション速度の向上、コストの削減、Ethereum ネットワークのセキュリティの確保を実現しています。
これらのソリューションが進化し、成熟するにつれて、イーサリアムの潜在能力が最大限に発揮され、ユーザーと開発者の両方にとってよりアクセスしやすく、効率的になることが期待されます。イーサリアムの将来は、ZK-Rollups の進化と応用と密接に絡み合っているようです。