1. 証明システムと楽観的な証明

ブロックチェーンの基本に戻りましょう。ブロックチェーンは基本的に状態機械です。その状態は取引によって変化し、この変更された共有状態は参加者によって使用されます。すべての参加者が共有状態に同意することが重要です。より良い合意を促進し、特定の当事者に対する信頼の必要性を排除するためには、ブロックチェーンは分散化に焦点を当てています。しかし、この分散化はスケーラビリティを制限する可能性があり、より多くの取引を取り扱うことが難しくなります。これらの問題がブロックチェーントライレンマを形成しています。

Ethereumは、最初のスマートコントラクトブロックチェーンの1つとして、ロールアップの作成を主導しました。このロールアップモデルでは、実行はEthereumから分離されていますが、妥当性をチェックし、悪意のある活動を処罰するシステムが残っています。このシステムを構築するアプローチは2つの方法でした。最初の方法は楽観的で、次の状態が事前に確認され、チャレンジ期間のためのバッファーが付いて最終確定されます。2番目の方法は、状態変更がzkプルーフでオンチェーンで低コストの検証プロセスで検証できる、zkを活用した妥当性証明です。サイドチェーンも別の選択肢でしたが、Ethereumに対する決済への依存度が低いため、除外しました。

実装の簡素さから、楽観的なプルーフ（別名：詐欺プルーフ、障害プルーフ）が、ロールアップ状態の変更の決済における主要な方法として使用されました。

1.1 証明システムの状態 - ZK および OP

かつては、zk証明システムがすぐに主流になると考えられていたが、楽観的な証明システムが地歩を失っていくだろう。 zk証明システムは、一般的にはロールアップのために低コストで迅速な確定性を提供することが期待されている。証明の生成に関しては、MIPS、RISC-V、およびWasmに基づいた汎用zkVMの構築に関する実験が行われ、ZKM、RiscZero、Succint Labs、およびFluentなどのプロジェクトが含まれる。 zkロールアップの明確な利点にもかかわらず、コスト効果の高い安全なバージョンを開発する課題は膨大である。 EVMのようなVMの更新も難しい課題であり、新機能を導入することなく新機能を導入することが難しい。

これらの課題により、楽観的な証明システムが現在、ロールアップエコシステムで最も一般的であり、TVLの大部分を保持しています。約75%の総L2 TVL未来においてこの支配が続くかどうかは不確かです。しかし、証明システムの改善を目指した数々の取り組みがあり、強化のための多くの開発が進行中です。

ソース: ブロックチェーン（L2）| マーケット | トークンターミナル

1.2 最適証明システムにはどんな未来が待っているのか？

楽観的な証明システムを改善するために積極的な研究開発が行われており、これらは以下の3つの主要ポイントで行われています。

1. コスト削減
2. シーケンシング、チャレンジング、および最終化プロセスの分散化
3. ソフトおよびハードな確定性を削減する

Significant efforts have been made in all three domains, some examples would be the recent Dencun upgrade that incorporated EIP-4844, improved data compression, and the development of an interactive proof system. Arbitrum had their new

最近の「Part4」の進歩を詳しく探る前に、確立された概念と現在の状況を徹底的に理解することが基本です。「2. 開発 - 楽観的証明システムの歴史」で分野の進化を見て、現在の楽観的証明プロジェクトの現状について探求してみましょう。

2. 開発 - 楽観的証明システムの歴史

楽観的な証明システムは一晩で開発されたわけではありませんでした。多くの研究者や開発者が貢献し、頑丈な証明システムを構築し、現在は約$18 Billion. 過去に達成したマイルストーンを振り返りましょう。

2.1 過去 - 歴史に遡る

オプティミスティックロールアップは、最初にイーサリアムの研究者によって提案されました2019年のJohn Adlerイーサリアムのレイヤー2スケーリングソリューションとしてのオプティミスティック・ロールアップの基本的なアイデアは、計算とデータストレージをイーサリアムのメインネットから別のレイヤー2チェーンに移動させることで、引き続きイーサリアムのセキュリティ保証を受けながら、スケーラビリティ問題を解決することです。オプティミスティック・ロールアップの開発の主な動機は、イーサリアムのメインネット上での混雑と高い取引手数料でした。DeFiプロトコルとNFTの採用が増えるにつれ、イーサリアムはユーザーエクスペリエンスと経済効率を妨げるスケーラビリティの問題に直面しました。

楽観的なロールアップは、主にArbitrumとOptimismの2つのチームによって実験および開発が始められました。これらのロールアップは、トランザクションをオフチェーンで処理し、圧縮されたトランザクションデータと出力ルートをEthereumメインネットに投稿することで、Ethereumのスケーラビリティを提供することを目指しています。ユーザーやdappsの両方に低コストを提供したため、Ethereumコミュニティは迅速にこれを受け入れました。（Arbitrumの初期の論文はこちらで見つけることができますこのリンク.)

ソース: USDでのArbitrumのTVL

楽観的ロールアップの主要な特徴は、トランザクションの簡単な検証後に、すべてのトランザクションがデフォルトで有効であると仮定し、チャレンジャーが一定期間（通常は7日間）内にトランザクションの有効性をチャレンジできる詐欺証明メカニズムに依存していることです。不正なトランザクションが検出された場合、詐欺証明が実行され、トランザクションが正しく再処理されます。この楽観的アプローチにより、楽観的ロールアップは、Ethereumメインネットに比べて大幅なスケーラビリティの向上を実現しました。

過去には数多くの課題がありました。最初は、Optimismのようなプロジェクトが独自の改良されたEVMであるOVMを使用していましたが、これによりEVMとの互換性が制限されていました。変更の詳細な分析は、以下で見つけることができます。この有益な記事ジョージオス・コンスタントポロス氏によるParadigmから。 プロジェクトは、再バージョンおよびチャレンジメカニズムの解決に中央集権的なアプローチを取っていましたし、引き続き取っています。 この方法はセキュリティのトレードオフをもたらしました。トランザクションは直ちに確定せず、チャレンジウィンドウ内で一部の参加者が不正を検知した場合に取り消される可能性があります。

2.2 現在 - 改善しているが課題に直面

楽観的な証明システムの最近の進展は、ArbitrumやOptimismなどのEthereumのレイヤー2ソリューションの効率とスケーラビリティを大幅に向上させました。EthereumのDencunアップグレードに加えて、楽観的なロールアップの他の最適化も効率に貢献しています。たとえば、Arbitrumは、データの整合性とセキュリティを確保するために、その耐障害性システムの改良に注力しています。

Optimism has also made substantial progress through its Superchain strategy, which aims to create an aligned ecosystem of multiple L2s using the OP Stack. The Superchain is leveraging a custom and alt DA solutions, cross-chain messaging, and shared sequencing to facilitate seamless interoperability and improved scalability.

最近、Optimistic Rollupエコシステムの改良により、非インタラクティブな詐欺証明からインタラクティブな証明へのシフトが見られました。インタラクティブな証明には、効率的に不正なトランザクションを特定し修正するためのやり取りが含まれます。この変更は、オンチェーンの検証の計算コストと複雑さを削減することを目的としています。

3. 現状

現在のロールアップの現状を調査し、楽観的な証明システムの下で運営されているプロジェクトとその進展に焦点を当ててみましょう。

現在、ArbitrumとOptimismの2つのエンティティが、楽観的な証拠システムの強化に取り組んでいます。 Initia、Dymension、Rollkitなどの他のプロジェクトは、彼らのロールアップエコシステムのためのフレームワークを開発しています。

ArbitrumとOptimismは、詐欺証明の技術的側面を改善しようとしています。他のプロジェクトも興味深いアプローチを実装しています。彼らの現在の活動と進行中の開発について簡単に概説しましょう。

3.1 Arbitrum - Multi-Round Proof and BoLD

3.1.1 Multi-Round Proof

Arbitrumの証明システムは、取引を検証するための「マルチラウンド不正証明」方法を使用しています。このプロセスは主にオフチェーンで行われ、最終状態は透明性のためにEthereumのブロックチェーンに記録されます。

このシステムの中心的な特徴は「アサーションツリー」です。Etherを使用して保証金を投稿するバリデータは、Arbitrumの状態に関する主張（または「アサーション」）を行います。これらの主張は鎖を形成し、各主張が前のものに基づいて構築されます。ただし、競合する主張が発生すると、ツリーは枝に分かれ、可能性のある詐欺を示します。

これらの紛争を解決するには、「解剖」と呼ばれるインタラクティブな証明技術が必要です。紛争に関与する検証者は、意見の相違を徐々に絞り込み、最終的には1つの操作のみが残ります。この操作は、その妥当性を判断するためにEthereumのLayer 1で実行されます。

手順は以下の通りです:

1. Two validators have a disagreement about Arbitrum’s state.
2. 彼らは徐々に紛争を1つの計算ステップにまで縮小していきます。
3. このステップは、その後、イーサリアムのLayer 1で実行され、どのバリデータが正しいかを検証します。

Arbitrumのアプローチは効率性に優れています。Optimismの単一ラウンド詐欺証拠で行われるように、イーサリアム全体のトランザクションを再実行するよりも、争われている計算のみを分離して検討することで、よりコストのかかるプロセスを回避しています。単一ラウンドの詐欺証拠では、L1チェーン上での全計算が必要です。

3.1.2 Arbitrum BoLD

Source: 優しい導入：BOLD | Arbitrum Docs

BoLD (Bounded Liquidity Delay)は、Arbitrumチェーン上の楽観的なロールアップに特化した新しい紛争解決プロトコルとして設計されており、無許可の検証を容易にすることを目的としています。このメカニズムは、争いが予め決められた時間枠内で解決されることにより、遅延攻撃に関連するリスクを緩和します。

BoLDは、その機能に不可欠ないくつかの重要な機能を提供します。まず、パーミッションレスな検証を導入し、誠実な当事者が正しいL2状態のアサーションを投稿するために資金を検証して保証できるようにします。この機能により、誠実なバリデーターは、悪意のある行為者に対する異議申し立てに異議を唱え、勝利することができます。第二に、BoLDは、Arbitrum OneとNovaに対して現在1つのチャレンジ期間(約6.4日)に設定されている一定の時間枠内に紛争が解決されることを保証します。さらに、紛争解決のための合計最大時間には、最大2回の異議申し立て期間と、安全保障理事会の介入の可能性に対する2日間の猶予期間が含まれます。最後に、BoLDはArbitrumのステージ2ロールアップへの移行をサポートし、誰でもL2の状態を検証し、不正の証拠をイーサリアムに提出できるようにすることで、プラットフォームの分散化とセキュリティを強化します。

重要なのは、BoLDは許可されていない参加を奨励し、どんな正直な当事者でも検証プロセスに参加することを奨励しています。この包括性は、参加の多様化と中心的な障害点の削減によってネットワーク内のより大きな弾力性を促進することを目指しています。現在、BoLDはアルファリリースフェーズにあり、パブリックテストネット上で展開されています。また、2回監査されています（レポート by 」Trailofbits, Code4rena).

3.2 Optimism - Cannon, Fault Proof VM

Source: Fault Proof VM - Cannon | Optimism Docs

OP-Stackの障害証明システムは、ネットワーク内の悪意ある活動に対抗し、それらを軽減するために設計されています。今後のFault Proof VMは、主要な改良点となります。このシステムは、Fault Proof Program（FPP）、Fault Proof Virtual Machine（FPVM）、および紛争ゲームプロトコルの3つの主要コンポーネントで構成されています。FPPはロールアップステート遷移をチェックして、L1の入力からL2の出力を検証し、L1の出力に関する紛争を解決します。このモジュラーなアーキテクチャにより、複数の証明システムと独自の紛争ゲームを独立して開発および展開することが可能となり、システムの柔軟性とセキュリティが大幅に向上します。

このアーキテクチャにおける最小かつ組み合わせ可能なユニットであるFPVMは、FPPからの分離により、イーサリアムプロトコルの変更に影響を受けることなく、トランザクションの証明サイクルを実行します。 紛争ゲームプロトコルは、状態遷移を二分して紛争を単一の命令検証に絞り込むことで、L1 EVM上で効率的な証明を可能にし、ZKプルーフやアグリゲートプルーフシステムなどのさまざまなプルーフ手法を含むマルチプルーフの未来を促進します。

3.3 Initia - Enshrined OP-Stack、OPinit

ソース: OPinit Stack | Initia Docs

Initiaは、統合された相互に絡み合ったロールアップエコシステムを構築しているComsos L1ブロックチェーンです。これは、Ethereumのロールアップエコシステムに非常に似ていますが、ロールアップ向けに底から設計されています。Initia L1のバリデータは、ロールアップのシーケンサを実行し、楽観的な証拠に基づく決済がL1ブロックチェーンに埋め込まれています。OPinit Stackによって構築されたロールアップがどのように機能するか、EVM、WasmVM、MoveVMをサポートし、IBCによるネイティブな相互運用性をサポートします。

OPinit Stackは、Initia L1ブロックチェーンの上にMinitia L2を立ち上げるために設計されたフレームワークです。このスタックは、CosmosSDKを使用して特に構築されており、vm非依存のOptimistic Rollupsを構築するのに役立ち、OptimismのBedrockインターフェースに密接にモデル化されています。Initia L1のガバナンスモデルを活用することで、不正証明の紛争を効率的に処理し、信頼性のあるトランザクション検証と紛争解決を確保しています。チャレンジはBedrockのチャレンジシステムのように発生し、許可されたチャレンジャーは非最終化された出力を消去できます。また、L1提案を通じて、出力提出者を変更できます。

OPinit Stackの必須要素は、その2つの主要モジュールであるOPHostとOPChildです。

1. OPHostモジュールは、Cosmos SDKの機能を活用してInitiaエコシステム内のレイヤー1オペレーションのために設計されています。バッチの提出、ブリッジの作成、出力データの提案、および出力の削除などのコアアクティビティを容易にするために、さまざまなメッセージタイプとRPCハンドラーメソッドが含まれています。
2. OPChildモジュールはLayer 2操作に焦点を当て、トークンの送金をサポートし、手数料プールの管理を提供します。また、特定のメッセージタイプとRPCハンドラも含まれており、メッセージの実行、トークンのデポジットの確定、およびL2からL1へのトークン引き出しの開始を行うことができます。これにより、Initiaアーキテクチャ内でスムーズなL2機能が実現されます。

3.4 Taiko - Multi-proof System

ソース: Taiko Protocol Overview — Taiko Labs

Taikoは、デフォルトでオプティマイズロールアップです。このシステムは、オプティミスティックなアプローチとZK-プルーフの使用を組み合わせた複数のプルーフシステムです。

プロセスは、L2トランザクションからロールアップブロックを構築し、それらをイーサリアムのL1 Taiko契約に提案するプロポーザーから始まります。これらの提案されたブロックは、初期の妥当性証明の要件なしにL1契約に追加されます。その後、プルーバーは、TAIKOトークンをステーキングする保証金を提供することで、提案されたブロックの妥当性を挑戦する機会を得ます。チャレンジ期間内にブロックが挑戦されない場合、そのブロックは妥当と見なされ、L1で最終決定され、プルーバーの保証金が返されます。ブロックが挑戦される場合は、ZKプルーフがブロックの妥当性を確認する必要があります。最初のプルーバーであるか、チャレンジャーであるかに関係なく、正しいプルーバーは、保証金に報酬を加えて返却されます。一方、誤った当事者の保証金は減額され、部分的に燃やされます。

興味深いことに、Taikoは、約1%のブロックがZKプルーフを必要とすると推定しており、計算のオーバーヘッドを削減しながらも有効性保証を提供しています。耐障害性を高めるため、Taikoは、PLONK、Halo2、SGXなどの複数のプルーフバックエンドをサポートしており、潜在的なバグや脆弱性に対して保護しています。このアプローチにより、dAppsは独自の信頼の前提条件とセキュリティレベルを設定でき、Taikoがブロックチェーンのスケーラビリティとセキュリティへの貢献を示しています。

3.5 その他 - Dymension と Rollkit

3.5.1 Dymension

詐欺証拠は、Dymensionエコシステムの重要な部分であり、ブロックチェーンの状態遷移の整合性を確保するために設計されています。RollApp（Dymension L1のRollup）シーケンサーが状態ルートを公開するとき、RollAppフルノードはこれらの遷移を監視します。無効な状態遷移が検出されると、これらのノードはブロック内の詐欺のあるものまでのすべての状態遷移のリストを収集して、一意の詐欺証拠トランザクションを生成します。

この組み立てられたトランザクションには、ブロックの高さ、トランザクションインデックス、ブロブの共有、ブロブの包含証明、および状態証人などの詳細が含まれており、その後、Dymensionに検証のために送信されます。 送信された後、Dymensionのフルノードはデータを検証し、状態遷移を再計算します。 計算された遷移が公開されたものと異なる中間状態ルート（ISR）に結果をもたらす場合、詐欺証明が検証され、争われた状態が元に戻され、シーケンサーが削減されます。

Dymensionのメインネット上での現在の紛争期間は約120,000ブロックに設定されています。 現在のブロックが約6秒ごとに生成されているため、最終的な確定は約8日です。

3.5.2 ロールキット

ソース: rollkit/specs/lazy-adr/adr-009-state-fraud-proofs.md at main · rollkit/rollkit

RollkitのState Fraud Proofsは、ブロックチェーンネットワークにおける信頼の問題を減らすために使用され、フルノードとシーケンサーによって生成されたステートルートに不一致がある場合に特定の不正取引を識別します。フルノードは、ネットワーク全体で共有される証拠を作成し、不一致が確認されると、修正措置が必要となり、セキュリティが向上し、監督が分散化されます。

4. Upcoming Developments: 問題と解決策

多くの人々は、楽観的ロールアップをzkロールアップよりも劣っていると見なしていました。zkロールアップがより本番向けになり、セキュアな相互運用性やより速い最終性などの強みを誇るようになるにつれ、人々は楽観的証明システムが立場を失うのではないかと思っています。私は違うとは思いません。なぜなら、楽観的証明システムの主要な問題を解決するための多くの積極的な開発が進行中だからです。

このセクションでは、これらの主要な問題と潜在的な解決策のいくつかを検討しましょう。

1. 運営の中央集権化
2. 高い運用コスト
3. 遅い最終化

4.1 分散化 - 許可なしの検証

Optimistic Rollupプロジェクトにおけるシーケンサーの中央集権化は重大な問題であり、これは分散化を意図したシステム内で集中した制御と信頼の点を関与させるものです。Optimistic Rollupでは、シーケンサーは取引の順序付け、オフチェーンでの集約、およびEthereumへの取引の確定を担当しています。この中央の役割により、シーケンサーはかなりの権力と制御を持ち、これにより中央集権化に関連するいくつかのリスクが生じる可能性があります。

ほとんどのロールアップは現在、中央集権的なシーケンサーを利用しています。このセットアップでは、通常、シーケンサーを実行する単一のエンティティまたは組織が存在し、いくつかの潜在的な問題を引き起こす可能性があります。OP-MainnetやArbitrumなどの現在のほとんどのロールアップは、完全に分散化されたシステムを持っていません。彼らはいくつかの中央集権的なエンティティに依存しており、トランザクションのバッチを提出したり、詐欺の挑戦システムに参加したりしています。ただし、Arbitrumには、シーケンサーがオフラインになったり悪意を持って行動したりした場合に、ユーザーがシーケンサーをバイパスするための組み込み方法があります。

最近の論争、Blast rollback Incident,中心化の利点と欠点を理解する優れた例として機能します。この出来事は、適切なユーザーの脱出戦略を持たない中心化されたレイヤー2ソリューションのリスクを強調しました。Blastが停止され、ハッキングに関連するトランザクションが削除された際にこのことが明らかになりました。ロールアップを運営する中央のエンティティは全体のエコシステムに影響を与える可能性がありますが、この場合、6250万ドルの回収に役立ちました。また、この記事チャールズ・ユー氏によるGalaxyのは、ArbitrumとOptimismの分散化プロセスを理解するための優れたリソースです。

4.1.2 ソリューション1。無許可検証

リーディングなオプティミスティック・ロールアップ・フレームワークのビルダーであるアービトラムとオプティミズムは、ロールアップをより分散化するために次のステップとして許可なし検証を検討しています。彼らはともに今年中にこのアップデートをリリースする予定であり、検証プロセスを許可なしにします。

• Arbitrum: Arbitrumは、新しい検証プロトコルであるBoLD（Bounded Liquidity Delay）を通じて許可されていない検証を実現しようとしています。BOLDは、Arbitrumチェーンの検証を安全に許可されているものにするために特別に設計されています。このプロトコルにより、正直ないかなる当事者も、自分の資金を担保にして正しいレイヤー2（L2）ステートの主張を投稿することで検証プロセスに参加することができます。これにより、中央集権的な権威がバリデータを管理する必要がなくなり、紛争はバリデータの正当性ではなく、状態の正確性に基づいて解決されます。詳しい説明は『Part3.1 Arbitrum』で見つけることができます。
• Optimism:楽観主義は許可されていない検証を達成することを目指しています分散型の障害証明システムに移行することで、初めはOptimismはOptimismセキュリティカウンシルとOptimismファウンデーションによって管理されるマルチシグウォレットに依存していました。さらなる分散化のために、OptimismはテストのためにOP Sepoliaに展開されているオフチェーンの障害証明システムであるCannonを導入しました。Cannonを使用することで、Optimismは明示的な許可が必要なシステムから、参加者が取引の検証や紛争解決に関与できるシステムへの移行を試みています。このシステムにより、誰でも債権によって裏付けられた引き出し請求を提出することで検証プロセスに参加できます。これは今、メインネットでライブです。)

4.1.3 ソリューション2. シーケンサーの分散

彼らのシーケンサーの中央集権的な性質は、ブロックの構築と提案を担当しており、中央集権化の懸念を引き起こしています。これらの課題に対処するために、ロールアップは、単一のシーケンサーモデルから複数のシーケンサー設定に移行し、ブロックの検証と提案の責任を複数の独立したエンティティに分散させることを目指しています。以下は、シーケンサーを非中央集権化するために取られるアプローチの一部です。

1. Shared Sequencers: EspressoやRadiusなどのサードパーティーサービスにシーケンスを外部委託すること。
2. 分散シーケンサーテクノロジー（DST）：複数のマシンをクラスターとして利用してシーケンサータスクを分散させ、高い障害耐性を提供します。これは、PoSバリデーター向けに構築されているObol networkのようなDVTソリューションと似ていると考えることができます。

異なるロールアップは、最大限の分散化、柔軟性、または地理的分布など、特定のユースケースに基づいて様々な側面を重視するかもしれません。たとえば、Optimismのような汎用ロールアップは、DSTのような専用のシーケンサーを採用することでより分散化したアプローチを採用するかもしれませんが、ゲーム向けなど特定のアプリケーション向けのロールアップは、信頼性を確保しダウンタイムを減らすために共有シーケンサーを使用するかもしれません。この分野はまだ初期の開発段階にあります。

ソース: 分散シーケンサーテクノロジー — 分散シーケンスへの道 | by Figment Capital | Medium

4.2 低コスト - DAおよびインタラクティブプルーフシステム

オプティミスティックロールアップでは、チャレンジプロセスのために状態を再構築するためにトランザクションの保存が必要です。これにより、オプティミスティックロールアップの運用コストのほとんどを占める高いデータ保存コストが発生する可能性があります。ただし、この問題は積極的に研究されており、より多くの圧縮技術の適用や代替DAの使用などの解決策が提案されています。さらに、インタラクティブな証明システムにより、チャレンジのコストが削減されています。なぜなら、チャレンジの計算が大幅に削減されたからです。

4.2.1 ソリューション1. より安価なDA

オプティミスティックロールアップは、実質的にはEthereum blobsやCelestiaのような代替データ可用性（DA）ソリューションを活用して、トランザクションバッチデータの公開に関連する高コストに対処しています。

Ethereumの文脈において、楽観的ロールアップは以前、トランザクションデータをメインネットにcalldataとして投稿していましたが、それはかなりのコストがかかっていました。しかし、Dencunのアップグレードにより、彼らは今やblobsと呼ばれる新しいデータストレージ形式を使用しており、全体のコストを90%以上削減しています。

ソース: Optimism: OP Chains (Superchain) - L2アクティビティ、チェーンエコノミクス、L1 DAコスト

Ethereumの独自の進化を活用するだけでなく、楽観的ロールアップはAvailやCelestiaなどの代替DAソリューションとも統合されています。Celestiaにトランザクションバッチデータをオフロードすることで、楽観的ロールアップはEthereumのより高価なストレージへの依存を減らし、データ公開に関連するコストをさらに削減できます。この統合により、ロールアップはスループットとトランザクション速度を高水準に維持しながら、コストを管理可能な範囲に保つことができます。

この代替DAの景観は、最適なプルーフシステムを備えたより多くのロールアップが立ち上がるにつれて、ますます注目されるようになっています。さらに多くのロールアップが立ち上がる準備が整えられると、代替DAスペースでより多くの改良が行われることになります。現時点では、DAは運用コストやスケーラビリティのボトルネックではありません。

4.2.2 Solution2. インタラクティブ証明システム

オプティミスティックロールアップでは、取引が不正であると疑われる場合、ネットワーク上のチャレンジャーが出力ルートの妥当性をチャレンジできます。チャレンジ期間中に、取引の不正を証明するために詐欺証拠を提供する必要があります。取引が不正であることが証明された場合、証拠はオンチェーンで検証され、取引が無効になります。この方法により、争われている取引のみがオンチェーンでの検証の対象となり、したがって、大部分の取引がオフチェーンに保たれます。

対話型証明システムは、詐欺を疑う参加者に詐欺証拠を生成して提出するよう求めます。ロールアップを管理するスマートコントラクトは、これらの証拠をシーケンサーが提出した状態ルートに対して評価します。不一致が見つかった場合、誤った状態は破棄され、システムは以前の有効な状態に戻ります。このアプローチにより、イーサリアムネットワークを不必要な計算で過負荷にすることなく、効率的な検証が確保されます。現在、この計算はオンチェーンで実行されており、これにはコストがかかる可能性があります。Arbitrumでは、チャレンジで必要な計算はオフチェーンで行われ、最終結果がオンチェーンに投稿されます。ただし、現在のオプティミスティックロールアップにはほとんどチャレンジがないため、このコストはわずかかもしれません。唯一の既知のケースKroma によって行われました2024年4月。

4.3 遅延ファイナライゼーション - より速い実行とハイブリッドプルーフシステム

オプティミスティックロールアップには、ソフトファイナリティとファストファイナリティの2種類の最終化があります。ソフトファイナリティは、シーケンサが状態遷移を実行し、イーサリアム上でトランザクションのバッチが公開される初期状態を指します。この時点で、トランザクションは「ソフトファイナル」と見なされ、ロールアップ上のユーザーやアプリケーションが安全に依存できます。ただし、チャレンジ期間（通常約7日間）があり、この期間中に誰でもそのバッチ内のトランザクションの妥当性を争う「不正証明」を提出できます。チャレンジ期間内に不正証明が提出されない場合、トランザクションのバッチはハードファイナリティを達成し、これ以上元に戻すことや争うことはできなくなります。通常、アセット転送には、ネイティブブリッジがハードファイナリティを必要とします。

ソフトおよびハードの最終確定の遅延は、橋やマルチチェーンのDappsを構築する際に問題を引き起こす可能性があります。この問題は、より速い実行とハイブリッド証明システムを通じて解決されています。

4.3.1 対処方法1.実行の高速化

ソフトファイナリティに関して、プロセスは状態遷移の実行とトランザクションバッチのEthereumへの保存を行っています。実行プロセスは、並列実行やデータベースの最適化をサポートしていないEVM仕様による制限が見られました。しかし、Gateなどのプロジェクトもあります。MegaETH そして Heiko並列実行環境を構築している、楽観的な証明システムを備えています。

また、ロールアップは、ブロックの時間を短くすることで、取引のバッチをより速くストアしようとしています。 Arbitrunの場合、ブロックを生成することによって250ミリ秒ごと,また、設定可能なOrbitチェーンでは最短で100ミリ秒まで低減されることから、Arbitrumは迅速な取引確認を保証します。また、Arbitrumの設計は従来の「ブロック構築」アプローチではなく、ユニークな「シーケンス」モデルを活用しており、トランザクションがmempoolで待機する必要がなくなることで、より高速な処理が可能となっています。これにより、悪質なMEVも除去されます。

4.3.2 Solution2. ハイブリッド証明システム

ハイブリッド証明システム、特に楽観的ロールアップと統合されたZK証明を活用するものは、ブロックチェーン取引の最終性を大幅に向上させる。これにより、確定的な検証に必要な時間を短縮する。OptimismのOP Stackで使用されているような楽観的ロールアップは、取引が有効であるという前提に依存しており、異議が唱えられない限り有効であると見なす。これにより、潜在的に無効な取引を争うための異議申し立て期間が必要となる。しかしながら、この異議申し立て期間は取引の最終性に遅延をもたらし、確実な検証を保証し、潜在的な異議に対処するために十分に長くなければならない。

Zeth, a ZK block prover built on the RISC Zero zkVM, allows for immediate validity checks of transactions by providing cryptographic evidence that a block of transactions is correct without revealing the specifics of the transactions themselves. This reduces the reliance on extended dispute windows required for optimistic rollups and significantly shortens the finality time.

Zethなどのツールは、トランザクションシーケンスとデータの可用性メカニズムが信頼性を持って維持されることを確実にし、潜在的に数日かかる挑戦期間を数時間または数分に短縮することにより、OptimismなどのLayer-2ソリューションの効率が向上します。ZKMなどのプロジェクトも開発されています。@benjamin.wynn_45604/fusing-metis-zkm-the-first-hybrid-roll-up-on-ethereum-3cd896130f9">hybrid proof system for Metis.

ソース: zerokn0ledge によるツイート

5. Looking Ahead - Will Optimistic Rollup be Replaced?

私の意見では、楽観的なロールアップはすぐには置き換えられないと思います。それには多くの改良がなされており、そのシンプルさはおそらく他のエコシステムでも採用されるでしょう。将来の記事では、「ZKプルーフシステムの状況」について詳しく取り上げ、最近の開発と今後のリリースを比較し、楽観的なロールアップとも比較してみたいと思います。ただし、Arbitrum OrbitやOP-Stackなどのフレームワークの採用が加速しており、各エコシステムでより良いインフラストラクチャやツールのための改善された調整があることを願っています。

ロールアップスペースで見られる1つの課題はスケーラビリティです。Sei、Sui、およびSolanaのようなLayer1プロジェクトは、強力な並列トランザクションの実行とデータベース最適化を可能にするインフラを開発し、ブロックチェーンを大衆によりアクセス可能にすることを目指しています。（Four Pillarsの並列実行に関する記事をご覧ください。SeiそしてSui)現在のロールアップは、Suiのように多くの取引を処理し、高速な確定性を達成することができないかもしれません。ただし、プロジェクトのようなものがあります。Fuel Network,MegaETHそしてHeiko並列実行が可能になることで、ロールアップの性能向上が期待できます。

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