理論から実践へ: Based Rollup は L1 ソート駆動型 Rollup ソリューションを実現できますか?

原作者: YBB Capital 研究員 Ac-Core

序文：

Ethereumは、各ノードがユーザーが送信したすべてのトランザクションを保存して実行するという原則に基づいて動作します。ネットワーク全体を拡張するために、EthereumはRollupソリューションを採用しています。簡単に言えば、トランザクション処理の大部分をオフチェーン（L2）に移行することで、Ethereumメインネット（L1）の負担を軽減し、トランザクション手数料を削減します。つまり、Rollup = L1のスマートコントラクトのセット+ L2のネットワークノード、つまりオンチェーンスマートコントラクトとオフチェーンアグリゲータです。独自の決済、コンセンサス、データの可用性はEthereum自体に依存しており、トランザクションの実行のみを担当します。L2ネットワークノードは複数の部分で構成されており、その中で最も重要なのはソーターですが、現在、Rollupのソーターは集中化の問題に直面しています。

ロールアップとソーター

Rollup は、オフチェーンでトランザクションを実行し、ブロックにパッケージ化する Ethereum (L1) のスケーリング ソリューションです。Rollup は、ブロックごとに、チェーンの状態を再構築するために必要なデータ (データ可用性のソースとして) をデータ可用性レイヤーに公開し、オフチェーン実行の正しさの証明を決済レイヤーに公開します (Rollup には 2 つの種類があります。ZK ロールアップの場合、各ブロックはゼロ知識証明を公開します。Optimistic ロールアップの場合、不正証明は紛争が発生した場合にのみ公開されます)。EIP-4844 以降、データ公開が BLOB に切り替わると、このレイヤーはデータ公開レイヤーと呼ばれることがあります。Rollup のスマート コントラクトは、L1 で公開された証明を検証し、各 Rollup には、チェーン間のデータ転送や入出金を可能にする 1 つ以上のブリッジがあります。

Rollup の実装ロジックでは、シーケンサーが重要なコンポーネントです。主に、L2 でトランザクション リクエストを受信し、その実行順序を決定し、トランザクションをバッチにパッケージ化して、最終的に L1 の Rollup スマート コントラクトに送信する役割を担っています。トランザクション処理の効率を向上させ、コストを削減する上で重要な役割を果たします。

シーケンサーの機能と動作原理は、主に 4 つの部分で構成されます。

1. トランザクションの受信: ソーターはユーザーまたはアプリケーションからトランザクション要求を受信します。これらのトランザクションは、Ethereum メインネット上で直接処理されるのではなく、まず L2 上で処理されます。

2. トランザクションのソート: ソーターは、受信したトランザクションをソートし、実行順序を決定する役割を担います。このプロセスは、Ethereum マイナーがトランザクションをブロックにパッケージ化する前に行うプロセスに似ています。

3. トランザクションのパッケージ化: ソーターは、ソートされたトランザクションを、複数のトランザクションの概要情報を含むバッチにパッケージ化します。

4 L1 に送信: 最後に、ソーターはパッケージ化されたトランザクション バッチを Ethereum メインネット (L1) に送信し、決済とデータ保存を行います。これにより、L1 は L2 でステータスの更新を検証して保存できます。

Rollup テクノロジは効果的な拡張ソリューションを提供しますが、ソーターの設計と実装にはまだいくつかの問題があります。まず第一に、集中化の問題があります。現在、ほとんどの Rollup プロジェクトは集中型ソーターに依存しており、これは通常、単一のエンティティまたは少数のエンティティによって制御されます。これらがもたらす直感的なリスクは、透明性の欠如と単一点障害です。

上記の厳格な説明はさておき、L2分散型ソーターソリューションに関する議論は、Metisが直接市場に公開したソーティングプールノードステーキングのL2ソリューションであれ、YBB Capitalの以前の記事で言及した独立プロジェクトEspressoソリューションであれ、本質的にはソーティング利益ケーキの分配と将来の市場投機スペースの期待であるため、利益と正統性の正しさは避けることのできない鍵となります。

ベースロールアップの歴史的背景と設計

画像クレジット: @drakefjustin

Rollup の概念は、イーサリアムの創設者である Vitalik Buterin によって最初に提案されました。彼の元々のアイデアは、完全に制約のない Total Anarchy 状態を実現し、誰もが制限なくトランザクションを拡大できるようにすることでした。現在のソーターの上記の問題を考慮して、2023 年にイーサリアム研究者の Justin Drake は、Ethereum L1 自体でソーターを管理する Rollups に基づくソリューションを提案しました。その内容は次のとおりです (ソースについては拡張リンク 1 を参照)。

意味：

「ロールアップの順序がベースレイヤー (L1) によって決定される場合、それを L1 ベース ロールアップまたは L1 順序ロールアップと呼びます。具体的には、L1 ベースのロールアップとは、次の L1 プロポーザーが L1 検索者およびビルダーと連携して、次のロールアップ ブロックを次の L1 ブロックに許可なく含めることができる場合です。」

アドバンテージ：

• ライブネス: ベースド ロールアップは、L1 と同じライブネス保証を享受します。エスケープ ハッチを備えた非ベースド ロールアップのライブネスは低下することに注意してください (エスケープ ハッチは、ロールアップ システムに問題が発生した場合に、ユーザーが L2 から L1 メイン チェーンに資産を安全に引き戻すことを可能にする、ロールアップの安全メカニズムです。非常口に似ています)。

決済保証が弱い: Escape Pod トランザクションは、決済が保証される前にタイムアウトを待つ必要があります。

検閲に基づく MEV: エスケープ ハッチを備えたロールアップは、タイムアウト中の短期的なシーケンサー検閲による悪影響のある MEV に対して脆弱です。

ネットワーク効果が危険にさらされています: ソーターの活性障害 (分散型 PoS ソーティング メカニズムに対する 51% 攻撃など) によって引き起こされる大量終了は、Rollup のネットワーク効果を破壊します。L1 とは異なり、Rollup はソーシャル コンセンサスを使用してソーターの活性障害から正常に回復できないことに注意してください。大量終了は、すべての既知の非ベース Rollup 設計におけるダモクレスの剣です。

ガス ペナルティ: エスケープ ハッチを介して決済されるトランザクションは、多くの場合、ユーザーにガス ペナルティをもたらします (例: トランザクションがバッチ処理されていない場合、データ圧縮が最適ではないため)。

• 分散化: ベース ロールアップは L1 の分散化を継承し、L1 検索者、ビルダー、提案者のインフラストラクチャを自然に再利用します。L1 検索者とビルダーは、ロールアップ MEV を抽出するために、L1 ブロックにロールアップ ブロックを含めるよう奨励されます。これにより、L1 ブロック提案者は、L1 でロールアップ ブロックをパッケージ化するよう奨励されます。

• シンプルさ: ベース ロールアップ ソートは最もシンプルで、集中型ソートよりもはるかにシンプルです。ベース ロールアップでは、ソート署名の検証、エスケープ ハッチ、外部 PoS コンセンサスは必要ありません。

歴史的注記: 2021 年 1 月、Vitalik は L1 順序ベースのスキームは完全な無政府状態であるとし、複数のロールアップ ブロックを同時に送信するリスクがあり、ガスと作業が無駄になると述べました。現在の Proposer-Builder Separation (PBS) スキームでは、厳密に制御された L1 順序が可能で、L1 ブロックごとに最大 1 つのロールアップ ブロックがあり、ガスが無駄になりません。ロールアップ n+1 ブロック (または k >= 1 の場合は n+k) にブロック n の SNARK 証明が含まれている場合、ZK ロールアップ証明作業の無駄を回避できます。

• コスト: ベース ロールアップにはガス コストがかかりません。分散型または集中型のソーターからの署名を検証する必要はありません。ベース ロールアップのシンプルさにより、開発コストが削減され、リリース時間が短縮され、コードの脆弱性の露出が減ります。ベース ロールアップのソートにはトークンも必要ないため、トークンベースのソーターの規制上の負担を回避できます。

• L1 の経済的整合: Based Rollup から発生する MEV は、そのベースとなる L1 に自然に流れます。この流れにより、L1 の経済的安全性が強化され、MEV が破壊された場合、L1 ネイティブ トークンの経済的希少性が高まります。L1 とのこの密接な経済的整合は、Based Rollup の正当性の構築に役立つ可能性があります。重要なのは、MEV 収益を犠牲にするにもかかわらず、Based Rollup は L2 輻輳料金 (EIP-1559 形式の L2 基本料金など) から収益を生み出すオプションを保持していることです。

• 主権: 注文を L1 に委任しているにもかかわらず、Based Rollup は主権を保持します。Based Rollup はガバナンス トークンを持ち、基本料金を徴収し、適切な場合にこれらの基本料金の収益を使用できます (公共財に資金を提供するための Optimism など)。

欠点:

• MEV 収益なし: Based Rollup は MEV を L1 に譲渡し、収益を基本料金に制限します。直感に反して、これにより Based Rollup の総収益が増加する可能性があります。その理由は、ロールアップの状況は勝者がすべてを獲得するように見えるためであり、勝利したロールアップは Based Rollup のセキュリティ、分散化、シンプルさ、一貫性を活用して優位性を獲得し、最終的に収益を最大化する可能性があります。

• 制約付き順序付け: 順序付けを L1 に委任すると、順序付けの柔軟性が低下します。これにより、特定の順序付けサービスの実装が困難になったり、不可能になったりします。

事前確認: 高速な事前確認は集中型の順序付けでは問題にならず、外部 PoS コンセンサスで実現できます。L1 順序付けによる高速な事前確認は未解決の問題であり、EigenL、包含リスト、ビルダー結合など、多くの有望な研究方向があります。

先着順 (FCFS): Arbitrum スタイルの FCFS 順序付けを Based Rollup に実装できるかどうかは不明です。EigenL は、L1 順序付けの Based Rollup に FCFS オーバーレイを提供できる可能性があります。

名前：

「Based Rollup」という名前は、ベースチェーン（Base L1）に近いことに由来しています。これは、Coinbase が最近発表した Base チェーンと矛盾しており、奇妙な偶然です。実際、Coinbase は Base の発表で 2 つの設計目標を共有しました。

• トークンレス: 「新しいネットワークトークンを発行する予定はありません。」

• 分散化：「私たちは、ブロックチェーンを徐々に分散化していく予定です。」

Base は、Based Rollup になることでトークンフリーの分散化を実現できます。

画像ソース: @jchaskin 22

理論上、Based Rollup を使用すると、誰でも Rollup ブロックに拡張し、ソートされたトランザクション ステータスの変更を L1 に公開して L2 から MEV を抽出できるため、すべてのソートとセキュリティは Ethereum L1 によって提供されます。これにより、外部のプルーフ オブ ステーク コンセンサスと特定の Rollup のトークン要件を回避できます。同時に、資産を安全に保つために不可欠な他の Rollup と比較して、Based Rollup のビジョンでは緊急脱出ハッチ機能を削除できます。このプロセスでは、Ethereum を安全に実行しながら、Rollup 上のトランザクションがスムーズに完了することのみが必要です。

ベースロールアップに関するTaiko Labs

画像出典：太鼓公式サイト

Taiko Labs は、Ethereum のセカンドレイヤー拡張ソリューションにおける Taiko Labs プロジェクトである Based Rollup の開発と推進を担う主要チームです。そのビジョンは、Based Rollup などの革新的なテクノロジーを通じて、Ethereum メインネットのスケーラビリティ問題を解決することです。主な特徴は 3 つあります。

1. Ethereum の EVM (タイプ 1) ZK-EVM と完全に同等: 使用される (タイプ 1) zkEVM は Ethereum と完全に互換性があり、開発者はスマート コントラクトの実行失敗のリスクを心配することなく、分散型アプリケーション (dApps) を Ethereum と Taiko 間でシームレスに移行できます。

2. オープンソース: すべての Taiko ソースコードは GitHub で公開されており、誰でも閲覧、ビルド、変更できます。このオープンソース モデルにより、ブロックチェーン テクノロジーの開発は小規模なチームの努力に限定されず、世界中のコミュニティや開発者にも及ぶようになります。

3. 完全な分散化: EVM との高い互換性を確保することに加えて、Taiko はプロトコルの完全な分散化を実現することにも取り組んでいます。Taiko は、システムの分散性を確保するために、分散型の提案者と検証者を通じてブロックを送信し、zkP を生成する予定です。

Taikoは、Ethereumと完全に同等のType 1の構築を目指しています。

ZK-EVM は、Vitalik Buterin が「ZK-EVM のさまざまなタイプ」(拡張リンク 2 を参照) で言及している、Ethereum との完全かつ妥協のない同等性の追求です。その目的は、Ethereum と完全に互換性があり、Ethereum ブロックを検証することです (少なくとも検証可能な実行レイヤー、ビーコン チェーンのコンセンサスは除くが、すべてのトランザクション、スマート コントラクト、アカウント ロジックを含み、ハッシュ、状態/トランザクション ツリー、その他のコンセンサス ロジックを置き換えることはありません)。そのため、他のタイプと比較すると、タイプ 1 はネイティブ ソリューションに近づけるのが最も複雑で困難なタイプです。

画像出典: Vitalik Buterin: ZK-EVM のさまざまなタイプ

その他のコア構造:

競合ロールアップ (BCR – ベース競合ロールアップ)

これは、Taiko Labs が開発した革新的なブロックチェーン拡張ソリューションです。BCR は、競争メカニズムを通じて Rollup の効率とセキュリティを向上させ、さまざまな参加者が自由に競争してブロックを送信し、証明を生成できるようにすることで、ネットワーク全体のパフォーマンスと分散化を向上させることを目的としています。全体的な概要は次のとおりです。

• 特徴

オープンな競争: 資格のある参加者がブロックを送信し、証明を生成する競争に参加できるようにします。このオープンなメカニズムにより、集中管理が削減され、ネットワークの分散化が向上します。競争者は、より良いサービスを提供することで報酬と取引手数料を獲得します。

効率的な拡張：ブロック生成と検証の効率を効果的に向上できます。複数の競合相手が並行して作業できるため、単一ポイントのボトルネックを回避し、トランザクション処理速度とネットワーク拡張機能が向上します。

セキュリティ: システムの攻撃耐性は、複数当事者の競争メカニズムによって向上します。複数当事者の競争によって生成されるブロックと証明によってシステムの透明性とセキュリティが向上し、単一のエンティティによる制御や攻撃が困難になります。

• アドバンテージ

EVM 互換性: BCR は Ethereum 仮想マシン (EVM) と完全に互換性があるため、既存の Ethereum スマート コントラクトと分散型アプリケーション (DApps) を大きな変更なしで簡単に BCR に移行できます。

高いスループット: BCR はトランザクションを処理してブロックを並行して生成できるため、ネットワークのスループットが大幅に向上し、より多くのトランザクションを処理できるようになり、トランザクションのコストと遅延が削減されます。

分散化: 分散型ブロック生成と証明メカニズムにより、ネットワークの分散性が確保され、中央集権的な組織によって制御されるリスクが軽減されます。

• デメリット

複雑さの増大: システムが複雑になると、複数の競合相手間でブロックの生成と検証を調整するための複雑なアルゴリズムとプロトコルが必要になります。スマート コントラクトが複雑になると、競合結果を処理するための追加のロジックが必要になる場合があります。

潜在的な問題: BCR の競争メカニズムでは、複数の競争者が同時にブロックを計算して送信すると、手数料が上昇する可能性があります。特にネットワークが混雑している場合や競争が激しい場合、ユーザーは BCR を使用して取引を行うと、より高い取引手数料に直面する可能性があります。同時に、豊富なリソースを持つ大規模なノードが競争で有利になり、集中化につながる可能性があります。

BBRベースのブースターロールアップ

Booster は BBR の特別な参加者です。トランザクション バッチの最適化、トランザクション データの圧縮、複数のトランザクション バッチの並列処理を担当します。実際の役割は、実行とストレージを分離し、L1 を分散したまま L2 実行を維持し、L1 とすべての BBR 上のスマート コントラクトのアドレスを一貫して維持することです。

同時に、システムの複雑さの増大、リソースの消費、潜在的な集中化などの課題にも直面しています。将来的には、進化するブロックチェーン技術のニーズを満たすために、BBR をさらに最適化および拡張する必要があります。

画像出典: Taiko Labs

結論

現時点での全体的な観察から、Based RollupはEthereumの第2層の拡張方法における大きな変化と見なすことができます。Rollupのソートは第1層の提案者に直接委託され、提案者とビルダーの分離設計により、第1層がRollupのすべてのソートの役割を果たします。同時に、MEVも拡張され、L2検索者はトランザクションバンドルをL2ビルダーに送信できます。ビルダーはL1検索者でもあり、これらの完全なL2ブロックはL1ブロックの一部になり、最終的にL1ビルダーとEthereumメインネットによって処理されます。

Based RollupがRollupの最終ソリューションであると見なせるかどうかはまだ検証されていないが、現段階ではEthereumのセカンドレイヤー拡張における大きなイノベーションであり、拡張のためのより安全で分散化されたソリューションを提供していることは否定できない。同じ考え方をビットコインのエコシステムに持ち込むと、Ethereumが実装したスケーラビリティの高いネイティブで分散化されたVMと比較すると、その実装の難しさは理解できるため、業界全体が真の分散型拡張の問題を解決するにはまだまだ長い道のりが残っている。

拡張機能リンク:

【 1 】 ベースロールアップ - L1シーケンシングのスーパーパワー https://ethresear.ch/t/based-rollups-superpowers-from-l1-sequencing/15016/1

【2】ZK-EVMの種類 https://vitalik.eth.limo/general/2022/08/04/zkevm.html

参考記事:
【1】信用のゲーム：マルチ署名と委員会によって制御されるロールアップhttps ：//mp.weixin.qq.com/s?__biz =Mzk0OTYwMDM1Mg==mid=2247486544idx=1sn=7a0ee8eb1d32e6ef0bd08354986c0a1fsource=41#wechat_redirect

【2】Taiko Researchレポート：シームレスな拡張と完全な互換性を実現するEthereumレイヤー2ソリューションhttps ://www.panewslab.com/zh/articledetails/id09jfto.html

この記事はインターネットから引用したものです: 理論から実践へ: Based Rollup は L1 ソート駆動型 Rollup ソリューションを実現できますか?

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