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10億人のユーザーのため、イーサリアムと他の暗号資産をスケーリング

マルチチェーンの未来、サイドチェーン、レイヤー2のソリューションの手引き

暗号資産業界にスポットライトを当てるCoinbase VenturesのAround the Block 。著者はコナー・デンプシー(Connor Dempsey) アンジー・ワング(Angie Wang) 、および ジャスティン・マート(Justin Mart)です。

2021年後半の時点で、イーサリアムは、分散型金融、NFT、ゲームなど、何千ものアプリケーションをサポートするまでに成長しました。ネットワーク全体では、年間数兆ドルの取引を決済しており、プラットフォームには1,700億ドル以上がロックされています。

しかし、よく言われるように、お金が増えれば問題も増えます。イーサリアムの分散型設計により、処理できる取引量は1秒間にわずか15件に制限されています。イーサリアムの人気は、1秒間に15回の取引をはるかに超えているため、結果として、長い待ち時間と、1回の取引につき200ドルもの高額な手数料が発生します。結局このことが、多くのユーザーを断念させ、今日イーサリアムが扱えるアプリケーションの種類を制限しています。

スマートコントラクトをベースにしたブロックチェーンが、何十億人ものユーザーのファイナンスやWeb3アプリケーションに対応するように成長していくには、スケーリングソリューションが必要です。ありがたいことに、最近では多くのソリューション案が救世主として出始めています。

今回のAround The Blockでは、仮想通貨の世界における規模拡大への探求について見ていきます。*

競い合うのか、補い合うのか?

目標は、十分な分散性を保ちつつ、オープンにアクセス可能なスマートコントラクトプラットフォームが扱える取引数を増やすことです。スマートコントラクトのプラットフォームを、単一の事業体により管理される集中型ソリューションによって拡張することは簡単なことですが(Visa(ビザ)は1秒間に4万5000件の取引を処理できます)、そうすると、一握りの強い集中型事業者が世界を支配するという、以前の状態に戻ってしまいます。

この問題を解決するために取られているアプローチは、2つあります。(1)イーサリアムに対抗する新しいネットワークを構築し、より多くのアクティビティを処理できるようにする、または(2)イーサリアムからあふれる容量を処理できる補完的なネットワークを構築する。

大まかには、いくつかのカテゴリーに分けられます。

  • レイヤー1のブロックチェーン (イーサリアムに対抗)

  • サイドチェーン (イーサリアムをある程度補完)

  • レイヤー2ネットワーク (イーサリアムを補完)

アーキテクチャやアプローチはそれぞれ異なりますが、目的はどれも同じです。法外な手数料の支払いや、長い待ち時間を経験せずに、ユーザーが実際にネットワークを利用(例:DeFiやNFTとのやり取り)できるようにすることです。

レイヤー1

イーサリアムは、レイヤー1ブロックチェーン、つまりユーザー資金の保護と取引の実行がすべて一か所で行われる独立したネットワークと考えられています。ユニスワップのようなDeFiアプリケーションを使って、100米ドルをダイ(DAI)に交換する場合、イーサリアムは、そのすべてが起こる場所です。

競合のレイヤー1たちは、新たなネットワーク上で、イーサリアムがやっていることをすべて行います。これらは、より高い処理能力を可能にする新しいシステム設計によって差別化されており、取引手数料の低減につながっていますが、集中化という代償が発生していることが大半です。

この10か月の間に、新たなレイヤー1が次々と登場し、これらのネットワークの総価値は、0ドルから750億ドルへと急上昇しています。この分野では現在、ソラナ、アバランチ、テラ(Terra)、バイナンススマートチェーンがリードしており、成長を続けるそれぞれのエコシステムの価値は100億ドル以上に達しています。

あらゆるレイヤー1が、開発者とユーザーの両方を惹きつけるために競争しています。アプリケーションの構築や使用を容易にするイーサリアムのツールやインフラを一切使用せずにこれを行うことは困難です。このギャップを埋めるために、多くのレイヤー1は、EVM互換性と呼ばれる戦術を採用しています。

EVMはイーサリアム・バーチャル・マシン(Ethereum Virtual Machine)の略で、つまりは取引を行うための計算を行う頭脳です。ネットワークにEVM互換性を持たせることで、イーサリアムの開発者は、既存のイーサリアムアプリケーションのコードをコピー&ペーストするだけで、簡単に新たなレイヤー1に展開できます。また、ユーザーは既存のウォレットでEVM互換性のあるレイヤー1に簡単にアクセスできるため、マイグレーションも簡単です。

バイナンススマートチェーン(BSC)を例に挙げてみましょう。EVM互換性を持つネットワークを立ち上げ、より高い処理能力と安価な取引を可能にするためにコンセンサスデザインを調整したことで、昨年の夏、BSCの利用が爆発的に増加しました。ユニスワップやカーブ(Curve)など、人気のイーサリアムアプリケーションに似たDeFiアプリケーションについても同様です。アバランチ、ファントム(Fantom)、トロン(Tron)、セロ(Celo)なども同様のアプローチをとっています。

一方、テラとソラナは現在EVM互換性を持っていません。

相互運用可能なチェーン

少し異なるレイヤー1としては、コスモスやポルカドットのようなブロックチェーンエコシステムがあります。これらのプロジェクトでは、開発者が、新たに独立したブロックチェーンを構築するのではなく、あるアプリケーションに特化し、相互にやり取りできるブロックチェーンを構築できるようにする規準が作成されました。 。例えば、ゲーム用ブロックチェーンのトークンを、ソーシャルネットワーキング用の別のブロックチェーン上に構築されたアプリケーションで使用できるようにするものです。

現在、コスモスの規格を使って構築されたチェーン上には、1000億ドル以上の価値が、相互運用な状態で置かれています。一方、ポルカドットは最近、複数のブロックチェーンエコシステムを統合するというマイルストーンを達成しました

要するに、イーサリアムの直接の競合相手は現在、多様に存在しており、さらに増え続けているということです。

サイドチェーン

サイドチェーンと新しいレイヤー1の区別は、曖昧なところがあります。サイドチェーンは、イーサリアム全体と競合するのではなく、イーサリアムから溢れた容量を処理するという目的を持って作られていることを除けば、EVM互換のレイヤー1と非常によく似ています。これらのエコシステムは、イーサリアムコミュニティと密接に連携しており、イーサリアムアプリケーションを補完的に支えています。

アクシーインフィニティのロニンのサイドチェーンはその代表例です。アクシーインフィニティは、もともとイーサリアム上に作られたNFTゲームです。イーサリアムの手数料がゲームをプレイする上で法外なコストとなっていたため、ユーザーが保有するNFTやトークンをイーサリアムから低手数料の環境に移すことができるよう、ロニンサイドチェーンが構築されました。これにより、より多くのユーザーにとってゲーム価格が手頃となり、爆発的な人気を得ることになりました。

この記事を書いている時点で、アクシーインフィニティ(Axie Infinity)をプレイするためにユーザーたちがイーサリアムからロニン(Ronin)に移動した額は75億ドル以上におよびます。

ポリゴン(Polygon)POS

ロニンのようなサイドチェーンはあるアプリケーションに特化していますが、より汎用的なアプリケーションに適しているサイドチェーンもあります。現在、約50億ドルの価値を持つポリゴンのプルーフオブステーク(POS)サイドチェーンは業界トップであり、アーベやスシスワップなどのおなじみのアプリや、クイックスワップ(Quickswap)というユニスワップ(Uniswap)クローンなど、100を超える DeFiやゲームアプリケーションで使われています。

繰り返しになりますが、ポリゴンPOSは、EVM互換を持つレイヤー1とそれほど変わらないように見えます。しかし、イーサリアムと競合するのではなく、イーサリアムを拡張するためのフレームワークの一部として構築されています。ポリゴンのチームは、高価値な取引や価値の保管にはイーサリアムが主流のブロックチェーンであり続ける一方で、日常的な取引はポリゴンの低コストのブロックチェーンに移行していくという未来を想定しています。(また、ポリゴンPOSは、チェックポインティング と呼ばれるプロセスを通じて、イーサリアムとの特別な関係を維持しています。)

取引手数料は数円以下 となっており、ポリゴンの未来像は現実味を帯びています。そして、インセンティブプログラムの後押しもあり、ユーザーはポリゴンPOSに集まり、1日の取引数は(スパム取引によって数字が増えてはいるものの)イーサリアムの取引数を上回りました。

レイヤー2(ロールアップ)

レイヤー1とサイドチェーンはどちらも、自分たちのブロックチェーンを守るという明確な課題を持っています。取引を検証して安全性を確保するために、マイナーや、プルーフ・オブ・ステークの検証者に新たに報酬を支払わなければなりませんが、通常はベーストークンからのインフレという形で支払われます。(ポリゴンの$MATIC、アバランチの$AVAXなど。)

しかし、これにはいくつかの欠点があります。

  • ベーストークンを持つことで、そのエコシステムはイーサリアムを補完するものというより、イーサリアムに対抗するものになります

  • トランザクションの検証と保護は、ネットワークが永遠に責任を負う複雑で困難なタスクです

イーサリアムのセキュリティを借りて、拡張性のあるエコシステムを作ることができたらどれほど良いでしょう。レイヤー2ネットワーク、特に「ロールアップ」がここで登場します。端的に言えば、レイヤー2とは、セキュリティをイーサリアムに依存するような形でイーサリアムの上に乗っている独立したエコシステムです。

重要なのは、レイヤー2はネイティブトークンを持つ必要がないということです。つまり、イーサリアムをより補完するだけでなく、実質的にイーサリアムの一部となるのです。イーサリアムのロードマップでは、Ethereum 2.0が"ロールアップ中心"になることが示されており、この考えに敬意が表されています。

ロールアップの仕組み

レイヤー2は、トランザクションを「ロールアップ(巻き上げ)」または「バンドル(まとめ上げ)」して新しい環境で実行し、更新されたトランザクションデータをイーサリアムに送り返すことから、一般的にロールアップと呼ばれています。イーサリアムネットワークが1000件のユニスワップのトランザクションを個別に処理するのではなく(高額)、計算をレイヤー2のロールアップで行ってから、その結果をイーサリアムに戻します(安価)。

しかし、結果がイーサリアムに戻されたとき、イーサリアムでそのデータが正しく有効であることをどうやって確認するのでしょうか?また、イーサリアムは誰かが間違った情報を投稿するのをどうやって防ぐのでしょうか?これらの質問は、オプティミスティックロールアップゼロ知識ロールアップ(ZKロールアップ)の2つのロールアップを区別する重要な質問です。

オプティミスティックロールアップ

結果をイーサリアムに戻す際、オプティミスティックロールアップでは、「楽観的に」その結果が有効であることを前提とします。言い換えれば、ロールアップの運営者が好きなデータ(間違ったデータや不正なデータを含む可能性がある)を投稿できるようにし、それが正しいと推定するということです。まさに楽観的です。しかし、不正に対抗する方法はあります。健全なチェック体制として、引き出しを行った後に、誰もが不正を指摘できる時間帯があります(ブロックチェーンは透明なので、誰もが何が起きているかを見ることができます)。これらの監視者のうちの1人が、不正行為があったことを数学的に証明できた(不正証明を提出できた)場合、ロールアップではその不正な取引が取り消され、悪質な行為者にペナルティが与えられ、監視者に報酬が与えられます。(巧妙なインセンティブシステムです)

欠点は、ロールアップとイーサリアムの間で資金を移動させるときに、監視者が不正を発見しないかどうかを待つために、少し時間を要することです。場合によっては1週間ほどかかることもありますが、時間の経過とともに遅延は少なくなっていくものと思われます。

重要な点は、オプティミスティックロールアップはイーサリアムと本質的に結びついており、イーサリアムの拡張をすぐに支援する準備ができているということです。このため、多くの主要DeFiプロジェクトが、アービトラムオプティミスティックイーサリアム(Optimistic Ethereum)といった代表的なオプティミスティックロールアップに移行しつつあるという動きが見られます。

アービトラムとオプティミスティックイーサリアム

アービトラム(オフチェーンラボ(Off-chain Labs)社)とオプティミスティックイーサリアム (オプティミズム(Optimism)社)は、現在、オプティミスティックロールアップを実装している2つの主要プロジェクトです。注目すべき点は、両社ともにまだ初期段階にあり、中央的な管理を維持しながらも、時間の経過とともに分散化させていく計画であることです。

オプティミスティックロールアップが成熟すれば、拡張性が10〜100倍向上すると言われています。アービトラムとオプティミズムに搭載されたDeFiアプリケーションは、初期の段階でもすでに数十億のネットワーク価値を生み出しています。

オプティミズムは導入曲線の初期段階にあり、ユニスワップやシンセティックス(Synthetix)、ワンインチ(1inch)といった7つのDeFiアプリケーションへの導入により3億ドルを超えるTVLに達しています。

アービトラムの導入はさらに進んでおり、カーブ、スシスワップ、バランサー(Balancer)といったおなじみのDeFiプロトコルを含む、60以上のアプリケーション において導入されており、TVLが約25億ドルに達しています。

またレディット(Reddit)は、ソーシャルメディアプラットフォームの月間5億人ものアクティブユーザーのコミュニティポイントをトークン化する、という待望の取り組みにおいて、アービトラムをスケーリングソリューションとして選びました。

ZKロールアップ

オプティミスティックロールアップでは、取引が有効であると推定し、他の人が不正を証明する余地を残しますが、ZKロールアップでは、取引が有効であることをイーサリアムネットワークに実際に証明する作業を行います。

束ねられた取引の結果とともに、有効性証明と呼ばれるものがイーサリアムのスマートコントラクトに提出されます。その名前が示すように、有効性証明は、イーサリアムネットワークに取引が有効であることを確認させ、中継者がシステムを不正に利用することを不可能にします。これにより、不正行為を証明する時間枠が不要になるため、イーサリアムとZKロールアップ間での資金移動を即時に行うことができます。

ZKロールアップは、即時決済ができ、引き出し時間がないという点では優れていますが、欠点がないわけではありません。まず、有効性証明を生成するには多くの計算が必要なため、高性能なマシンが必要になります。第二に、有効性証明にまつわる複雑さにより、EVM互換性のサポートが難しくなり、ZKロールアップに展開できるスマートコントラクトの種類が制限されます。そのため、オプティミスティックロールアップが先に市場に出ています。イーサリアムにおける現在のスケーリング問題に対応する能力が高いのはオプティミスティックロールアップですが、長期的にはZKロールアップの方が技術的に優れた解決策になるかもしれません。

ZKロールアップの採用

ZKロールアップの環境は深部にわたり、複数のチームにより開発や製作が進められています。著名なものとしては、スタークウェアマターラボエルメス、そしてアステカが挙げられます。現在、ZKロールアップは主に、決済や交換などの比較的シンプルなアプリケーションをサポートしています。(ZKロールアップがサポートできるアプリケーションの種類には現在、制限があるため。)例えば、デリバティブ取引所のdYdXでは、スタークウェア(StarkEx)のZKロールアップソリューションを採用し、週に約500万件の取引 、10億ドル以上のTVLを支えています。

しかし真の産物は、EVMと完全に互換性があり、オプティミスティックロールアップのような引き出しの遅延がなく、一般的なアプリケーション(DeFiのフルスイートなど)をサポートできるゼロ知識(ZK)ロールアップソリューションです。この領域の主なアプリケーションは、マターラボ(MatterLab)社のzkSync 2.0、スタークウェア(Starkware)社のStarknet、ポリゴンエルメス(Polygon Hermez)社のzkEVM、ポリゴンマイデン(Polygon Miden)で、いずれも現在メインネットの立ち上げに向けて動いています。(一方、アステカ(Aztec)は、ZK証明をプライバシーに適用することに重点を置いています。)

業界の多く(ヴィタリック(Vitalik)を含む )は、イーサリアム2.0(Ethereum 2.0)と組み合わせたZKロールアップを、イーサリアム(Ethereum)のスケーリングに対する長期的なソリューションとして注目しています。その主な理由は、実質的にセキュリティや分散化をそのままに、毎秒何十万ものトランザクションを処理できる能力です。EVMと完全な互換性を持つZKロールアップの今後の展開は、イーサリアム拡張への探求が進む中で、注目すべき点のひとつとなるでしょう。

断片化する世界

長期的には、スマートコントラクトプラットフォームが数十億人のユーザーにまで拡大するために、これらのスケーリングソリューションが必要です。しかし、短期的には、これらのソリューションは、ユーザーとクリプト事業者の双方に大きな問題をもたらす可能性があります。イーサリアムからこれらのネットワークを動かすには、クロスチェーンブリッジを使用する必要がありますが、それはユーザーにとって複雑で、潜在的なリスクを抱えています。すでに1億円以上の悪用の被害に遭ったクロスチェーンブリッジも存在します。

さらに問題なのは、このマルチチェーンの世界が構成可能性と流動性 を断片化させることです。例えばスシスワップ(Sushiswap)は現在、イーサリアム、バイナンススマートチェーン(Binance Smart Chain)、アバランチ(Avalanche)、ポリゴン(Polygon)、そしてアービトラム(Arbitrum)に実装されています。スシスワップの流動性は、かつてはひとつのネットワーク(イーサリアム)に集中していましたが、現在は5つの異なるネットワークに広がっています。

イーサリアムのアプリケーションは、長い間、構成可能性の恩恵を受けてきました。例えば、イーサリアム上のスシスワップは、アーベ(Aave)やコンパウンド(Compound)のような他のイーサリアムアプリに対してプラグアンドプレイが可能です。アプリケーションが新しいネットワークに広がっていくと、レイヤー1、サイドチェーン、またはレイヤー2で実装されたアプリケーションは、別のレイヤーで実装されたアプリケーションと組み立てできなくなり、使い勝手が悪くなり、ユーザーや開発者にとって問題となります。

不確実な未来

アバランチやソラナ(Solana)のような新たなレイヤー1アプリケーションがイーサリアムに対抗すべく成長を続けるのか?コスモス(Cosmos)やポルカドット(Polkadot)のようなブロックチェーンのエコシステムは増殖していくのか?サイドチェーンは、イーサリアムで溢れた処理を行い、イーサリアムと調和して走り続けるのか?それとも、イーサリアム2.0と連動したロールアップが勝つのか?誰もはっきりとした答えを持っていません。

先行きは不透明ですが、オープンでパーミッションレスなネットワークが直面する困難な課題に取り組む、賢いチームが数多く存在することは、心強いことです。ブロードバンドによりインターネットがYouTube(ユーチューブ)やUber(ウーバー)のような革新的アプリケーションの数々を支えることができたように、スケーリングソリューションの成功を目にする日がくることを信じています。

この記事は、スマートコントラクトベースのブロックチェーンの拡張に焦点を当てています。ビットコインの拡張については、後日別の記事でご紹介します。