モジュラー型パブリックチェーンと市場競争の状況を詳しく解説

原文《モジュール化実行層の一般的な道》

著者：Kyle Liu, Bing Ventures投資マネージャー

主旨概要：

• モジュール化公チェーン実行層類プロジェクト間には一定の競争と協力が存在します。なぜなら、彼らは共通の課題と機会に直面しているからです。私たちの評価基準は常に安全性、スケーラビリティ、相互運用性、コスト効率の4つの指標を中心にすべきです。
• Fuelの安全性はメインネットのイーサリアムによって提供されており、これはFuelが独自のバリデーターやコンセンサスメカニズムを必要とせず、攻撃やフォークのリスクを受けないことを意味します。しかし、これはまたFuelがイーサリアムの安全性と安定性に依存する必要があることを意味し、イーサリアムに障害やアップグレードが発生した場合、Fuelの運用に影響を与える可能性があります。
• Fuelのスケーラビリティは、その効率的な取引フォーマットと低遅延の確認時間によって実現されており、これによりFuelは毎秒数千件の取引を処理し、数秒以内に取引確認を完了することができます。しかし、これはまたFuelが他のロールアップチェーンとリソースとユーザーを競争する必要があることを意味し、他のロールアップチェーンがより高いスループットや低遅延を提供した場合、Fuelの魅力に影響を与える可能性があります。
• Fuelの相互運用性は、そのクロスチェーン転送機能とマルチトークンサポート機能によって実現されており、これによりFuelはイーサリアム、Arbitrum、Optimism、PolygonなどのLayer 1およびLayer 2ネットワークと互換性があり、相互に通信できます。しかし、これはまたFuelが他のクロスチェーンソリューションと効率と安全性を競争する必要があることを意味し、他のクロスチェーンソリューションがより速く、安価、または安全な転送サービスを提供した場合、Fuelの競争力にも影響を与える可能性があります。

Layer2の風に乗り、モジュール化公チェーンの叙事詩が盛り上がり、特にモジュール化公チェーン実行層プロジェクトが最も注目されています。本号のBing Ventures業界研究報告書では、モジュール化公チェーンとは何か、そして現在のモジュール化公チェーン実行層分野の基本的な状況を簡単に紹介します。

Layer 2とロールアップの発展に伴い、イーサリアムのエコシステムはモジュール化アーキテクチャに移行しました。ブロックチェーン技術の大規模な応用の最大の障害の一つはスケーラビリティです。Layer1の拡張ソリューションは、ブロックの生成ではなく、ブロックの検証に焦点を当てています。モジュール化ブロックチェーンインフラストラクチャは、スケーラビリティ、安全性、分散化の特性を持つWeb3の採用を促進することを目的としており、統合の容易さ、迅速な提供、ユーザー体験に重点を置いています。

モジュール化公チェーンは徐々に最も議論される話題となっており、モジュール化とは、ブロックチェーンのコンセンサス層、データ可用性層（DA）、決済層、取引実行層などを異なるチェーンに分担させることを意味し、1つのチェーンがすべてのモジュールを処理するのではありません。実行層は独自のブロックチェーンとして存在することも、基盤となるブロックチェーンを利用して有効性とデータ可用性を保証することもできます。

通常、上記の3層はすでに存在していますが、イーサリアムネットワーク内で結合されており、明確な境界と分業がありません。モジュール化公チェーンの目的は、これらの層をデカップリングし、まずLayer2アプリケーションの技術環境下で、プライバシーの安全性、ノードの検証、取引の確認、データの保存、詐欺証明などの機能をそれぞれ処理することによって、チェーン上の拡張を実現することです。

モジュール化叙事の興起

ブロックチェーン技術の「不可能な三角形」は、開発者とユーザーを悩ませる問題であり、Layer2などのソリューションはこの核心的な問題を解決するために設計されています。具体的には、Layer2のアプローチは、データの計算と処理をイーサリアムの第2層ネットワークに移し、第一層ネットワークは主に安全性、つまりコンセンサスを担当します。注目すべきは、モジュール化公チェーンは主にイーサリアムのアップグレードに対する解決策として提案されており、その叙事的論理はイーサリアムを中心に展開されています。しかし、現在では他のチェーン上のプロジェクトもこれを参考にして性能改善を行っています。

モジュール化公チェーンは、システムを複数のモジュールコンポーネントに分割することを目的としており、ブロックチェーンの特性を持ち、DEX、ステーブルコイン、NFT、デリバティブなどのサブ機能を持つことさえできます。開発者はこれらの新しいモジュールを抽出し、任意の順序で組み合わせて、より高度な機能を実現できます。昨年の下半期まで、モジュール化公チェーンは再び言及されることはありませんでしたが、イーサリアムのLayer2ソリューションがその時に台頭し、Layer2は公チェーンのモジュール化を実現するための重要な基盤と前提条件です。

Source: celestia

モジュール化実行層の競争状況

イーサリアムエコシステムは、Layer 2やロールアップなどの技術を通じて、実行層と基盤となるブロックチェーンの分離を実現し、スケーラビリティ、安全性、相互運用性を向上させました。現在、モジュール化公チェーン実行層には、データ可用性層の提供に特化したプロジェクト（Celestia、LazyLedger、DataShardsなど）、実行層の提供に特化したプロジェクト（Optimism、Arbitrum、zkSync3など）、クロスチェーンブリッジとプロトコル集約に特化したプロジェクト（Polygon、Connext、Hop Protocolなど）が存在します。

彼らは皆、自らのソリューションを積極的に開発・展開し、さまざまな分散型アプリケーションと協力して、ユーザー体験とネットワーク効率を向上させています。モジュール化公チェーン実行層類プロジェクト間には一定の競争と協力が存在します。なぜなら、彼らは共通の課題と機会に直面しているからです。私たちの評価基準は常に安全性、スケーラビリティ、相互運用性、コスト効率の4つの指標を中心にすべきです。筆者は以下のような典型的なプロジェクトをまとめました：

• Optimistic Rollupに基づくプロジェクト（Optimism、Arbitrumなど）。これらのプロジェクトは、詐欺証明メカニズムを利用して実行層の有効性を保証し、高速な並行取引実行と低遅延の確認時間を提供します。
• ZK Rollupに基づくプロジェクト（zkSync、StarkNet、Hermez、Scroll、Taiko、Aztecなど）。これらのプロジェクトは、ゼロ知識証明技術を利用して実行層の有効性を保証し、高度な圧縮率とプライバシー保護を提供します。
• Plasmaに基づくプロジェクト（Polygon Plasma、OMG Network、Matic Networkなど）。これらのプロジェクトは、サイドチェーンと退出メカニズムを利用して実行層のスループットを拡張し、イーサリアムとの互換性と相互運用性を提供します。
• クロスチェーンブリッジに基づくプロジェクト（Connext、Hop Protocolなど）。これらのプロジェクトは、マルチシグやリレーノードを利用して、異なる実行層や基盤となるブロックチェーンに資産やデータを転送し、柔軟なプロトコル集約とルーティング選択を提供します。
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Source: Volt

公チェーン大提速

モジュール化ブロックチェーンアーキテクチャは、ブロックチェーンの機能を異なる層に分解することができ、例えば実行層、安全層、データ可用性層などがあり、これによりブロックチェーンの効率、柔軟性、相互運用性が向上します。並行取引型製品は、並行処理の方法を利用して取引を実行し、異なる検証メカニズムを通じてマージン取引の有効性を保証することができ、これによりブロックチェーンの処理能力、スループット、確認速度が向上します。彼らはより多くのトークンとスマートコントラクトをサポートし、ユーザーが異なるブロックチェーン間で資産を移転できるようにし、DeFi、NFT、Web3などのブロックチェーンの応用シーンを拡大します。

Arbitrumは、Optimistic Rollup技術に基づくクラシックな実行層ソリューションであり、イーサリアム上で効率的、低コスト、互換性の高いスマートコントラクトを実現できます。Arbitrumは、任意のデータ（Arbitrary Data）技術を利用して取引のスループットと確認速度を向上させることができます。同時に、StarkNetはZK-Rollup技術に基づく実行層プラットフォームであり、イーサリアム上でスケーラブル、安全、プライバシー保護の分散型アプリケーションを実現できます。StarkNetはゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）技術を利用して取引の有効性とデータ可用性を保証します。この2つのルートは現在、実行層技術ルートの主流を占めています。

しかし、並行処理には厳格な状態アクセスリストが必要であり、取引が相互に干渉しないことを保証します。同時に、モジュール化ブロックチェーンは他の層に依存して安全性、コンセンサス、データ可用性を提供する必要があり、これが複雑さとコストを増加させる可能性があります。さらに、並行処理は取引の確認速度を低下させる可能性があります。なぜなら、すべての並行ブランチが完了するのを待つ必要があるからです。これらの問題に直面して、FuelはUTXOモデルに基づく実行層プロトコルとして、異なるブロックチェーン上で動作することができます。

Fuelは並行処理の方法を利用して取引を実行し、最適化された撤回（Optimistic Yanking）技術を通じてユーザーが異なるブロックチェーン間で資産を移転できるようにします。FuelはFuelVMという名前の仮想マシンを使用しており、これにより取引とブロックを迅速に検証し、さまざまなトークンとスマートコントラクトをサポートします。FuelはOptimistic Yankingという技術を採用しており、これによりユーザーは長時間の確認を待ったり、高額な手数料を支払ったりすることなく、異なるブロックチェーン間で資産を移転できるようになります。

Source: vitalik.ca

Fuel：実行層の並行取引

Fuelは、2020年末にイーサリアムメインネットにデプロイされた最初のOptimistic Rollupであり、イーサリアム上でV1バージョンを立ち上げました。EVMとは異なる実行モデルを使用することでスケーラビリティを提供し、UTXOに基づく高度に並行化された最小実行システムをサポートし、ETHとすべてのERC-20トークンをサポートします。しかし、Fuel V1のユーザーが少なく、スマートコントラクトをサポートしていなかったため、立ち上げ後はユーザーにあまり歓迎されませんでした。そのため、Fuel V1の立ち上げ後すぐに、Fuelの開発チームFuel Labsはすべての開発の焦点をV2バージョンに移し、これをモジュール化実行層として位置付け、モジュール化ブロックチェーンスタックのための検証可能な計算システムを設計しました。

Fuelの最大の特徴は、その全く新しいVMアーキテクチャであるFuelVMを採用していることです。このVMは、そのツールチェーンとプログラミング言語を備えています。FuelVMはWASM、EVM、SolanaのSeaLevelから特徴を取り入れ、最も注目すべき潜在能力はUTXOベースのデータモデル上で実行されることです。今日のOptimistic Rollupsと比較して、Fuelの最大の違いはUTXOベースのデータモデルを使用していることであり、その最初のバージョンはP2P決済をアプリケーションシナリオとしていました。Fuel V2は、イーサリアムのスマートコントラクトに類似した機能を実現することが期待されており、このVMはアプリケーション特定の支払いロールアップ設計を対象としており、カスタマイズされたVMであり、より多くの推論の便利さを提供しますが、イーサリアムのような汎用ロールアップにはあまり明確ではありません。

Fuel V2の技術スタックには、次の3つのコア支柱があります：

FuelVM

FuelVMは、従来のブロックチェーン仮想マシンアーキテクチャの無駄な処理を減らし、開発者の潜在的な設計スペースを増やすことを目的としています。FuelはUTXOデータモデルを採用しており、ビットコインに似て、全体の状態はUTXOセットの形式で表されます。異なる点は、Fuel V2の一部のUTXOはトークンUTXOであり、他のUTXOはコントラクトUTXOであることです。トークンUTXOとは異なり、コントラクトUTXOは残高と支出条件に加えて、コード、ストレージ、ユニークなコントラクトIDを持っています。

UTXOの顕著な特徴は、それらが原子的であること、つまり取引がそれらを完全に消費し、新しいUTXOを作成することです。コントラクトUTXOに対して、Fuelは新しい有効性ルールを定義しています。その中で重要なルールは、コントラクトUTXOが特殊な誰でも消費できる支出条件の下にロックされていることです。取引がコントラクトUTXOを消費すると、新しいコントラクトUTXOが作成され、同じ支出条件とコントラクトIDを持ちますが、新しいストレージと残高を持つ可能性があります。同じ取引で使用されるコントラクトUTXOは相互に相互作用できます。

Fuelの利点は、UTXOモデルを採用することでFuelブロックチェーンがより迅速かつ効率的に取引を行えることです。しかし、その欠点は、UTXOモデルの実装には一定の技術的難易度が必要であり、アカウントモデルの実装に比べてより多くのコード量が必要であることです。また、UTXOモデルはスマートコントラクトにはあまり適していないため、コントラクトUTXOを使用する際には新しい有効性ルールに従う必要があり、一定の技術的知識と経験が必要です。しかし、Fuelは依然として進化と改善を続けており、将来的にはより多くの機能とアプリケーションシナリオを実現することが期待されています。

並行取引実行

FuelはUTXOモデル形式の厳格な状態アクセスリストを使用しているため、並行して取引を実行する能力を持ち、計算、状態アクセス、トランザクションスループットの面で優位性があります。FuelはUTXOモデルに基づくブロックチェーンであり、その最大の利点は取引を並行して実行できることです。これは他の多くのブロックチェーンにはない特徴です。この技術の核心は、アクセスリスト（access lists）を通じて取引が変更する状態部分を特定し、並行実行を実現することです。

これは、取引が消費するUTXOが重複しない場合、それらを個別に実行できることを意味し、マルチコアCPUの性能を最大限に活用できます。この技術はブロック内の取引だけでなく、ブロックを超えて実行することも可能にし、（再）ノードへの同期速度を向上させます。対照的に、アカウントモデルに基づくブロックチェーンも並行実行を実現できますが、アクセスリストの厳格な規定など、より多くの考慮事項が必要です。同時に、シングルコアの性能ではもはや需要を満たせず、マルチコアCPUの使用が普及し続けており、マルチコア処理は実行効率を向上させる乗法効果を持っています。したがって、Fuelの並行実行技術は今後ますます重要になるでしょう。

開発者体験

Fuelは独自の特定領域言語SwayとサポートツールチェーンForcを使用して、強力でスムーズな開発者体験を提供します。開発環境はSolidityなどのスマートコントラクト言語の利点を保持しつつ、Rustツールエコシステムから導入されたパラダイムを採用し、ブロックチェーンVMの構文を含んでいます。状態の増加の問題を解決するために、FuelVMは2つのプログラム（スクリプトと述語）を採用し、チューリング完全なスマートコントラクトを強化します。

EVMとは異なり、FuelVMのユーザーはコントラクトを直接呼び出すのではなく、スクリプトを実行して複数のコントラクトを呼び出します。スクリプトの素晴らしさは、それらが剪定可能であり、一度スクリプトが実行されると、完全に剪定され、状態に影響を与えないことです。述語はスクリプトに似ていますが、実行中にコントラクトストレージを読み取ることはなく、完全に無状態です。スクリプトと述語の主な目的は、FuelVMを半無状態実行に変えることです。FuelVMでは、アプリケーションはその機能とリソース価格に応じて、状態または実行をより好むことができます。さらに、Fuelは複数のローカル資産のサポート、単一取引内での承認と転送、ミキサーやプライバシーアプリケーションなど、さまざまな複雑なアプリケーションをサポートしており、大きな柔軟性を持っています。

Source: Fuel

モジュール化実行層の一般的な道

現在のロールアップの主な価値は、イーサリアムを拡張し、可能な場合にはその機能を拡張することにあります。ロールアップは、次の2つの方法でイーサリアムを拡張します：1. 状態（および実行）をチェーン外に移動する、つまりL1からL2に移動すること；2. 並行計算、つまり複数のロールアップが同時にイーサリアム上で実行されることです。ロールアップは、一部の状態をチェーン外に移すことでイーサリアムの状態増加の問題を軽減しますが、これは状態を維持する必要を奇跡的に消すものではありません。イーサリアムノードはそれを維持する必要はありませんが、ロールアップノードはそれを維持する必要があります。

現在、ロールアップ分野では状態最適化にあまり注目されていません。むしろ、ほとんどの関心はL1データの削減に集中しています。なぜなら、現在のデータはロールアップの最も高価なコスト項目だからです。約2/3のArbitrumの費用はL1のcalldataの形で存在します。EVMロールアップは、L1に公開されるデータを最適化し、ユーザーにより安価な費用を提供するために可能な限り圧縮しようとしています。

しかし、私たちはコストがモジュール化時代に大きく変化することを考慮していません。基盤層が大量のデータを提供し始めると（データ可用性サンプリング技術のおかげで）、ロールアップはすぐに桁違いに安価なデータを享受することになります。同時に、状態増加への関心が少ないため、状態サイズはモジュール化された世界で主要なボトルネックとなるでしょう。ロールアップであれL1であれ、状態を増加させる操作はネットワークに永続的なコストをもたらします。これらの操作は、現在のノードのリソースを消費するだけでなく、将来のすべてのノードのリソースも消費します。

Source: Bing Ventures

現在、FuelはAMM、マルチシグ、オラクル、DAO投票などのいくつかのデモ用ケースを成功裏に構築しています。将来的には、Fuelチームは貸付、NFTマーケットプレイスなどの他の製品のデモ用ケースを構築する計画です。UTXOに基づく実行方法は直感に反するかもしれませんが、Fuelの独自の能力が新しいアプリケーションを生み出し、現在のDeFi空間の能力の限界を押し広げると考えています。要するに、私はFuelがモジュール化スタックにもたらす可能性に興奮しています。データ可用性層はデータを拡張できますが、完全な分散型ユーザー体験を実現するためには、実行も拡張する必要があります。Fuelはこの空白を埋めることが期待されています。

私たちの評価尺度から見ると、Fuelの安全性はメインネットのイーサリアムによって提供されており、これはFuelが独自のバリデーターやコンセンサスメカニズムを必要とせず、攻撃やフォークのリスクを受けないことを意味します。しかし、これはまたFuelがイーサリアムの安全性と安定性に依存する必要があることを意味し、イーサリアムに障害やアップグレードが発生した場合、Fuelの運用に影響を与える可能性があります。Fuelのスケーラビリティは、その効率的な取引フォーマットと低遅延の確認時間によって実現されており、これによりFuelは毎秒数千件の取引を処理し、数秒以内に取引確認を完了することができます。しかし、これはまたFuelが他のロールアップチェーンとリソースとユーザーを競争する必要があることを意味し、他のロールアップチェーンがより高いスループットや低遅延を提供した場合、Fuelの魅力に影響を与える可能性があります。

Fuelの相互運用性は、そのクロスチェーン転送機能とマルチトークンサポート機能によって実現されており、これによりFuelはイーサリアム、Arbitrum、Optimism、PolygonなどのLayer 1およびLayer 2ネットワークと互換性があり、相互に通信できます。しかし、これはまたFuelが他のクロスチェーンソリューションと効率と安全性を競争する必要があることを意味し、他のクロスチェーンソリューションがより速く、安価、または安全な転送サービスを提供した場合、Fuelの競争力にも影響を与える可能性があります。

将来的には、Fuelはさまざまな種類の取引と計算をサポートできるようになります。これには、送金、支払い、スマートコントラクト、オラクルなどが含まれます。これにより、Fuelはさまざまなユースケースとニーズに適応し、高効率で柔軟なサービスを提供できます。同時に、さまざまなモジュール化ブロックチェーンネットワークとの統合と相互運用性を加速し、イーサリアム2.0、Celestiaなどを含むことができます。これにより、Fuelはこれらのネットワークのデータ可用性とコンセンサスの安全性を利用し、クロスチェーン転送と相互通信機能を提供できます。Fuelは、Merkle Patricia Trie、ゼロ知識証明などの技術的な最適化を通じて、実行効率と性能をさらに向上させることが期待されています。これらの取り組みは、将来的にモジュール化実行層としての一般性を拡大することが期待されています。