Optimistic Rollup：技術分析

抽象的コンセプト

RollupはEthereum Layer 2のスケーリングソリューションで、トランザクションをオフチェーンで処理することでEthereumのスループットを高めます。Optimistic Rollupは、Layer 2のすべてのトランザクションが有効であると仮定し、複数のトランザクションを1件に圧縮してEthereumへ送信します。送信後は1週間の期間が設けられ、ネットワーク参加者はトランザクションの正当性に異議を申し立てることができます。ステート更新時に不正が発覚した場合、チャレンジャーは報酬を受け取ります。

Optimistic Rollupの仕組み

Layer 2でユーザーのトランザクションはOptimistic Rollupノードオペレーターに送信されます。これらノードは「バリデータ」と「アグリゲータ」として、トランザクションの集約と検証を担います。ノードは複数のトランザクションデータを1件に圧縮し、Ethereum Layer 1のトランザクションプールに投入します。

誰でもOptimistic Rollupノードになれますが、ノードはネットワークへの誠実性保証としてセキュリティデポジットを提供する必要があります。ブロック公開時、ノードは1週間の「フラウドプルーフ」期間を設けます。この間にノードやユーザーがブロックの正当性に異議を唱えなければ、ブロックは確定します。

データ圧縮技術

標準のEthereumトランザクションは約110バイトですが、Optimistic RollupでETHを送信する場合は約12バイトのみ消費します。圧縮手法の例：

• Nonceを完全に省略し、直前のステートから復元
• Gas関連情報はLayer 2トランザクション外へ移動
• 「To」と「From」フィールドはEthereumアドレスの代わりにインデックスを利用
• 値は科学的記数法で保存
• BLSアグリゲート署名でトランザクションを集約
• トランザクションデータはオンチェーンのCalldataフィールドに保存

Ethereumへのデータ提出

Optimistic RollupはEthereum Layer 1上にRollupコントラクトという特別なスマートコントラクトを展開します。このコントラクトはRollupのステート管理を担い、ユーザー残高の追跡、入金処理、出金管理、紛争解決を行います。

トランザクションはオフチェーンノードで収集・集約され、複数のトランザクションが「Rollupブロック」としてまとめられます。後にノードが集約データをEthereum上のcalldataとして公開します。Calldataはオンチェーンデータの保存においてコスト効率に優れています。

ステートコミットメント

提出データにはトランザクション内容と、処理前後のMerkleツリーのルートが含まれます。MerkleツリーのルートはOptimistic Rollupの任意時点のステート（アカウント、残高、コントラクトコードなど）を示します。

Layer 2オペレーターはLayer 2アカウントのステートツリーをローカル管理し、バッチトランザクション処理前後のルートハッシュ値を記録します。このステートルートは最新のRollupステートを参照し、Rollupコントラクトに保存されます。

フラウドプルーフ機構

Optimistic Rollupは1週間のウィンドウを設け、ユーザーがブロックに異議申し立てを行えます。異議が発生すると、プロトコルがフラウドプルーフ計算を開始します。

トランザクションを再実行し、新しいステートルートを計算してノード提案のステートルートと比較します。差異が見つかるとステート遷移は巻き戻され、ノードのデポジットは没収されチャレンジャーに移転されます。

OVM仮想マシン

Optimistic RollupはEthereumスマートコントラクトの全機能をLayer 2フレームワークに統合し、Turing完全なOVM仮想マシンによるdAppsの開発・展開を可能にします。

OVM仮想マシンはEthereum EVMと完全互換で、dAppsのLayer 2移行を容易にします。

結論

Optimistic Rollupプロトコル基盤のLayer 2ネットワークとして、OptimismとArbitrumが挙げられます。これらはEthereum分野で最大級のLayer 2エコシステムへと成長しています。

Optimistic Rollupはフラウドプルーフを、ZK Rollupはゼロ知識証明を基盤とするソリューションです。どちらが優れているかは長期的な検証が必要です。

FAQ

Optimistic Rollupとは？Layer 2スケーリングの仕組みは？

Optimistic RollupはLayer 2スケーリングソリューションで、トランザクションをオフチェーン処理し、検証後にオンチェーン記録します。トランザクションを効率的にバッチ処理することでスループットを高め、コスト削減とEthereum全体の処理性能向上を実現します。

Optimistic Rollupの技術原理とフラウドプルーフ機構の仕組みは？

Optimistic Rollupはシーケンサーによってトランザクションをバッチ処理し、手数料を削減します。フラウドプルーフ機構はチャレンジによる検証で、ユーザーが不正なステート遷移に異議を唱えることでセキュリティを確保します。

Optimistic RollupとZK-Rollupの違いと、それぞれのメリット・デメリットは？

Optimistic Rollupはトランザクションを有効と仮定することで低コスト・低複雑性ですが、出金に時間がかかります。ZK-Rollupはゼロ知識証明による即時検証で高速・高セキュリティですが、複雑かつ計算負荷が大きいです。

Optimistic Rollupのセキュリティ保証と潜在リスクは？

Optimistic Rollupはチャレンジ期間による紛争解決とフラウドプルーフ機構でセキュリティを担保します。リスクとして、集中型シーケンサーやトランザクション確定までの遅延、誠実なバリデータ依存が挙げられます。改善ではパーミッションレス検証と分散化が重視されています。

Optimistic Rollupによる性能向上とコスト削減はどれほど？

Optimistic Rollupはトランザクションスループットを10〜100倍向上させ、Layer 1比で最大90％のコスト削減を実現します。より高速で低コストな取引が可能です。

Optimistic Rollup技術を採用するプロジェクトと、Arbitrum・Optimismの比較は？

ArbitrumとOptimismは主要なOptimistic Rollupソリューションで、Arbitrumは442以上のアプリケーションと2021年の早期市場参入でエコシステムが大きく、OptimismはOP Stackによるモジュラー設計を重視しています。両者ともEthereum Layer 2スケーリングを実現し、技術的特徴と普及が拡大しています。

Optimistic Rollupの出金チャレンジ期間とその必要性は？

Optimistic Rollupの出金チャレンジ期間は通常7日間です。この仕組みは、検証者が不正な出金申請に期間内で異議を唱えられるようにするものです。取引の最終性とセキュリティを確保するために不可欠です。