Vitalik新作:L2とシャーディングの実行は何が異なるのか?

撰文:Vitalik Buterin

翻訳結果:Peng Sun、Foresight News

2年半前、「Endgame」という記事で、ブロックチェーンの将来の異なる発展パスは、技術的には非常に似ていることを指摘しました。どちらの場合も、オンチェーンには多量のトランザクションがあり、これらのトランザクションを処理するには、(1)大量の計算、(2)大量のデータ帯域が必要です。一般的なイーサリアムのノード(私のコンピュータで実行している2TBのrethアーカイブノードなど)は、強力なソフトウェアエンジニアリングの性能とVerkleツリーを持っていても、巨大なデータ量と計算量を直接検証するのには不十分です。それに対して、「L1シャーディング」とRollupを中心とした2つのアプローチでは、ZK-SNARKは計算の検証に、DASはデータの可用性の検証に使用されます。L2シャーディングでもRollupでも、DASは同じですし、ZK-SNARKの技術も同じです。それらはスマートコントラクトのコードであり、プロトコルの一部でもあります。技術的な意味では、イーサリアムは分散しており、Rollupは分散です。

Vitalik新作:L2与执行分片有何不同?

Vitalik新作:L2与执行分片有何不同?

これは自然に問題を引き起こします:それらの間には何の違いがありますか?その1つは、コードの欠陥による結果の違いです:Rollupではトークンが盗まれますが、シャーディングではコンセンサスが崩壊します。しかし、プロトコルの安定化と形式検証技術の改善に伴い、コードの欠陥の影響はますます小さくなると予想しています。では、これら2つの長期的な解決策の間にはまだどのような違いがありますか?

最長の実行環境

2019 年、私たちはイーサリアムで実行環境について簡単に議論しました。本質的には、イーサリアムには異なる「ゾーン」が存在し、これらの「ゾーン」はアカウント(UTXOなどの完全に異なる方法を含む)や仮想マシンの動作方法、およびその他の機能に対して異なるルールを設定できます。これにより、スタックのさまざまな部分でメソッドの多様性を実現できますが、イーサリアムが多機能を一体化しようとすると、これは困難になります。

最後に、私たちはより野心的な計画を断念し、EVMのみを残しました。しかし、イーサリアムL2(ロールアップ、valdiums、およびPlasmasを含む)は、実行環境の役割を果たすことになりました。現在、私たちは通常、EVMと同等のL2に焦点を当てていますが、実際にはさまざまな他の手法がもたらす多様性を無視しています。

  • Arbitrum Stylusは、EVMの外側にWASMベースの第2のオラクルマシンを追加しました。
  • Fuelは、UTXOベースのアーキテクチャを使用しているBitcoinに似た(しかしより機能が充実している)ものです。
  • Aztec、ZK-SNARKに基づくプライバシー保護スマートコントラクトの設計に焦点を当てた新しい言語とプログラミングパラダイムを導入しました。

Vitalik新作:L2与执行分片有何不同?

基于 UTXO 的架构,来源:Fuel 文档

ベース UTXO のアーキテクチャ、ソース:Fuel ドキュメント

私たちはEVMをすべての可能なパラダイムをカバーするスーパーバーチャルマシンにする試みを行うことができますが、それによって各機能の効率が大幅に低下するため、これらのプラットフォームがそれぞれ専門のことを行う方が良いでしょう。

スケーラビリティと取引速度の安全なバランス

以太坊L1は非常に強力なセキュリティを提供します。もしL1上で最終的に完了したブロックに特定のデータが含まれている場合、そのデータを変更されないよう、極端な場合でも社会的な合意を含む共識が全力で保護し、そのデータによってトリガーされる任意の実行が元に戻されず、そのデータにアクセスできるようにします。このようなセキュリティ保証を実現するために、以太坊L1は高いコストを受け入れる意思があります。本文執筆時点では、トランザクションの手数料は比較的低いです:Layer2のトランザクションごとの手数料は1セント未満であり、L1上でも基本的なETH送金は1ドル未満です。技術の進歩が十分に速く、利用可能なブロックスペースの成長が需要の成長に追いつける場合、これらの費用は将来的には比較的低くなる可能性がありますが、必ずしもそうではありません。多くの金融以外のアプリケーション(例えばソーシャルメディアやゲーム)にとって、トランザクションごとに0.01ドルも高すぎる場合があります。

しかし、ソーシャルメディアやゲームには、L1と同じセキュリティモデルは必要ありません。 誰かがチェスのゲームに負けた記録を100万ドルで取り消したり、あなたのツイートの1つが実際に投稿されてから3日後に投稿されたように見せかけたりできるなら、それも問題ありません。 したがって、これらのアプリは同じセキュリティ コストを支払うべきではありません。 L2 シナリオでは、ロールアップからプラズマ、検証まで、さまざまなデータ可用性方法をサポートすることでこれを実現します。

Vitalik新作:L2与执行分片有何不同?

異なるL2タイプは異なる使用状況に適しています。詳細は読んでください。

另一つの妥協策は、L2からL2への資産の転送に関連する問題に焦点を当てるものです。将来の5〜10年では、すべてのロールアップがZKロールアップになると予想しています。そして、Biniusやルックアップを備えたCircle STARKsなどの超効率的な証明システムと、証明の集約層によって、L2は各スロットで最終状態ルートを提供できるようになるでしょう。しかし、現時点では、オプティミスティックロールアップとZKロールアップを複雑に混ぜ合わせ、異なる証明時間ウィンドウを使用するしかありません。2021年にシャーディングの実装を行う場合、シャーディングの正直性のセキュリティモデルはオプティミスティックロールアップである必要があり、ZKではありません。そのため、L1はオンチェーンシステムの複雑な詐欺証明ロジックを管理し、資産をシャーディング間で転送するために1週間もの長い引き出し時間が必要になるでしょう。しかし、コードのバグと同様に、私はこの問題も最終的には一時的なものだと考えています。

交易速度は安全の折衷案であり、より持続可能な側面です。イーサリアムは12秒ごとにブロックを生成し、それ以上の速度にすることは中央集権化を高めることになります。しかし、多くのL2はブロック生成時間を数百ミリ秒に圧縮することを探求しています。12秒はすでにかなり優れています:ユーザーはトランザクションを送信した後、平均して約6-7秒待たなければなりませんが、これは次のブロックに含まれない可能性もあるため、6秒ではありません。これはクレジットカードで支払いをするときに待つ時間とほぼ同じです。ただし、多くのアプリケーションはより高速なスピードが必要であり、L2はそれを実現できます。

L2は、より速い取引処理を実現するために、事前確認(preconfirmation)機構を持っています。L2のバリデータは、特定の時間内に取引を含めることをデジタル署名で約束し、取引が含まれない場合は罰せられるという方式です。StakeSure機構は、この機構をさらに普及させるものです。

Vitalik新作:L2与执行分片有何不同?

L2事前確認

現在、我々はL1でこれらすべての機能を実現することができます。L1には「高速プリコンファーム」と「低速ファイナルコンファーム」のシステムが含まれます。異なるセキュリティレベルを持つ異なるシャーディングを含めることができます。ただし、これはプロトコルの複雑さを増加させます。さらに、L1で全ての作業を完了することには、共識の過負荷のリスクがあります。なぜなら、より大規模でまたはより高いスループットを持つ多くの手法があり、それらはより中央集権化のリスクが高く、またはより強力な「ガバナンス」形式が必要とされる場合、これらの強力な要求がプロトコルの他の部分に波及するからです。L2を提供することで、イーサリアムはこれらのリスクを大幅に回避できます。

Layer2 による組織と文化への利益

想像してみてください。ある国が二つに分かれ、一方は資本主義国家になり、もう一方は政府主導の国家になったとします(現実の状況とは異なり、この思考実験では、これがどのような創傷的な戦争の結果でもなく、ある日境界が自然に現れた、と仮定します)。資本主義の部分では、レストランは分散化された所有権、ブロックチェーン、選挙権などで構成されています。政府主導の国では、レストランは警察署のように政府の支部機関となります。最初の日は大きな変化はありません。人々は基本的に既存の習慣に従い、可能かどうかは労働力やインフラなどの技術的な現実に依存します。しかし、1年後には大きな変化が見られるでしょう。異なるインセンティブや制御構造が行動の大きな変化を引き起こし、人々の来去や建設、維持、放棄されるものに影響を与えます。

産業組織理論は、政府管理経済と資本主義経済の違いだけでなく、大規模な特許事業企業による経済と独立した企業家によるスーパーマーケット経済の違いについても語っています。私は、L1を中心としたエコシステムとL2を中心としたエコシステムの違いも同様だと考えています。

Vitalik新作:L2与执行分片有何不同?

「コア開発者がすべてを管理する」アーキテクチャで何かがひどく間違っています

L2を中心としたエコシステムとして、私はEthereumの主な利点は次のとおりだと考えています。

以太坊はL2を中心としたエコシステムであるため、ユーザーは独自の独特な機能を持つサブエコシステムを自由に構築することができます。これは同時に大きな以太坊の一部でもあります。

もし、あなたが単にEthereumクライアントを構築している場合、あなたはEthereumの一部であり、一定のイノベーションの余地がありますが、L2ほどではありません。一方、完全に独立したチェーンを構築している場合、創造的な余地は非常に大きくなりますが、セキュリティやネットワークの効率などの共有利益を失うことになります。L2はバランスの取れた選択肢です。

新しい実行環境やセキュリティのトレードオフを試す機会を提供するだけでなく、拡張性、柔軟性、および速度を実現するための技術的な機会も提供しています。また、開発者が構築および維持することを奨励するだけでなく、コミュニティのサポートも奨励します。

事実上、すべてのL2は孤立しています。これは、新しい方法を展開するために許可を得る必要がないことを意味します。つまり、すべてのコア開発者を納得させる必要はありません。もしもあなたのL2が失敗した場合、それはあなたの責任です。誰でも奇抜なアイデアを出すことができます(例えば、Intmaxのプラズマメソッドなど)。イーサリアムのコア開発者がそれに関心を持っていなくても、彼らは継続して構築し、最終的に公開することができます。L1の機能やプリコンパイルはそうではありません。イーサリアムでも、L1の開発の成功は最終的には政治に依存することが多く、私たちが望むよりも高いレベルです。理論的には何を構築できるかに関係なく、L1中心のエコシステムとL2中心のエコシステムが生み出す異なるインセンティブメカニズムは、実際の構築内容、品質、順序に重大な影響を与えます。

[Note]: The term “以太坊” in the original text can be translated as “イーサリアム” or “エーテル” depending on the context. In this translation, “イーサリアム” is used. The term “关注” is translated as “フォロー” as per the term correspondence table provided.

L2を中心としたエコシステムのイーサリアムはどのような課題に直面していますか?

Vitalik新作:L2与执行分片有何不同?

L1 + L2アーキテクチャには大きな問題があります。

画像の出典:Reddit

このL2中心のアプローチは、L1中心のエコシステムと比較して、重要な課題に直面しています。それは調整です。言い換えると、イーサリアムには多くのL2がありますが、その課題はイーサリアムのように感じさせ、イーサリアムのネットワーク効果を持つようにすることです。現在、この状況は多くの面で十分ではありません。

  • L2 之间のクロスチェーンインタラクションでは、通常、中央集権的なクロスチェーンブリッジが必要ですが、これは一般のユーザーにとって非常に複雑です。例えば、Optimism 上のトークンを持っている場合、他の人のArbitrum アドレスをウォレットに貼り付けて資金を送ることはできません。
  • 個人スマートコントラクトウォレットや組織ウォレット(DAOを含む)にとって、クロスチェーンスマートコントラクトウォレットのサポートはあまり良くありません。L2の鍵を変更した場合、他の各L2の鍵も変更する必要があります。
  • 分散化された検証インフラは通常、不足しています。イーサリアムには、Heliosのようなまともなライトクライアントがついに登場しました。しかし、すべての活動がL2で行われ、それぞれが独自の分散化されたRPCを必要とする場合、それは意味がありません。原則として、イーサリアムのブロックヘッダがあれば、L2のためのライトクライアントの構築は難しくありませんが、実際のところ、これに対する重要性があまりにも少ないです。

社区は、次の3つの側面を改善するために力を入れています。クロスチェーントークン交換に関しては、ERC-7683規格が新しいソリューションです。既存の「中央集権型クロスチェーンブリッジ」とは異なり、固定された中央集権ノード、トークン、またはガバナンスはありません。クロスチェーンアカウントに関しては、ほとんどのウォレットがクロスチェーンで再利用可能なメッセージを使用してキーを更新し、長期的にはキーストアロールアップを使用する方法を採用しています。L2用のライトクライアントも登場し始めており、例えばStarknet用のBeerusがあります。さらに、最近の次世代ウォレットによるユーザーエクスペリエンスの改善により、DAppにアクセスするためにユーザーがネットワークを手動で切り替える必要がなくなりました。

Vitalik新作:L2与执行分片有何不同?

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しかし、L2を中心としたエコシステムが調整を試みる際には、ある程度困難であることを認識する必要があります。なぜなら、単一のL2にはインセンティブがなく、基盤を構築するための調整が得意ではないからです。小規模なL2はそれを行いません。なぜなら、わずかな利益のためにしか行われないからです。大規模なL2も行いません。なぜなら、自身のローカルネットワーク効果を強化することで同じかそれ以上の利益を得ることができるからです。各L2が自己のことだけを考え、より広範なEthereumシステムとのマッチングについて考えない場合、私たちは失敗するでしょう。それは、先に示した都市化したユートピアのようなものです。

この問題に対する完璧な解決策があるとは言い難いです。 私が言えるのは、エコシステムは、L1クライアント、開発ツール、プログラミング言語とともに、クロスL2インフラストラクチャがイーサリアムインフラストラクチャの一種であるため、評価され、資金提供されるべきであることをより完全に認識する必要があるということです。 プロトコルギルドもあるし、基本インフラギルドも必要かもしれない。

総括

各種公開討論では、「L2」と「シャーディング」がブロックチェーンのスケーリングの二つの対極と見なされることがよくあります。しかし、基礎技術を研究すると、実際のスケーリング手法がまったく同じであるという難題が浮かび上がります。データのシャーディング、不正検証者またはZK-SNARK検証者、そして「ロールアップ、シャーディング」間の通信を可能にするソリューションなど、主な違いは、これらのコンポーネントを構築および更新する責任者は誰であり、どれほどの独立性を持つか、という点です。

L2を中心としたエコシステムは、技術的な意味で分散化されていますが、その中で独自のルールで独自の分散ネットワークを構築することができます。これは非常にパワフルで、無限の創造力を持ち、多くの自己革新を実現することができます。ただし、調整の面ではいくつかの重要な課題が存在します。L2を中心としたエコシステムの成功には、これらの課題を理解し、解決する必要があります。これにより、L1を中心としたエコシステムの利点を最大限に活用し、両者の最適な状態にできるだけ近づけることができます。

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