今年10月以来、イーサリアムの共同創設者Vitalik Buterinは、イーサリアムプロトコルの未来の可能性に関する一連の論文を発表し、イーサリアムの発展のロードマップの6つの部分、The Merge、The Surge、The Scourge、The Verge、The Purge、The Splurgeをカバーしています。

以前、私たちはロードマップの第一部（The Merge）を解釈しました。この記事では、シリーズの第二部The Surgeを引き続き解釈し、Vitalikがイーサリアムのスケーラビリティと長期的な成長について重点的に議論しています。この段階の技術ロードマップから、イーサリアムがどのようにして巨大的な需要（TPSが100,000+に達する）を処理しつつ、分散化と安全性を維持するプロトコルに変わるかを深く理解できます。

イーサリアムの核心的なビジョン

本質的に、イーサリアムは分散型インターネットの基盤層となることを目指しています。イーサリアムは、自動実行されるスマートコントラクトコードを通じて複雑な分散型アプリケーションをサポートし、この柔軟性により、DeFi、NFTなどの分散型アプリケーションを構築するための開発者にとっての優先ブロックチェーンとなるのです。

しかし、イーサリアムにはスケーラビリティの限界があります。イーサリアムL1は毎秒約15から30のトランザクションしか処理できず、Visaなどの従来の支払いネットワークとは大きな差があります。これにより、ネットワークが混雑している間のガス代が高騰し、イーサリアムがグローバル規模のインフラストラクチャになる能力が制限されます。これがまさにThe Surgeが重点的に解決しようとしている問題です。

The Surgeの主要な目標は以下の通りです：

-イーサリアムL1+L2が100,000+ TPSに達する。

-L1の分散化と堅牢性を維持する。

-少なくとも一部のL2がイーサリアムのコア属性（信頼不要、オープン、検閲耐性）を完全に継承する。

-L2間の相互運用性を最大化する：イーサリアムは数十の異なるブロックチェーンではなく、エコシステムとして機能すべきです。

Rollup中心の未来

The Surgeは、イーサリアムがスケーラビリティを大幅に向上させる計画を指し、主にL2ソリューションを通じて行われます。そして、Rollupはこの戦略の重要な構成要素です。Rollup中心のロードマップは、イーサリアムL1が強力で分散化された基盤層になることに集中し、L2がエコシステムの拡張を助ける役割を担うというシンプルな分業を提案しています。

Rollupはトランザクションをオフチェーンでパッケージ化し、その後イーサリアムメインネットに提出します。これにより、安全性と分散化を維持しながら、スループットを大幅に向上させます。Vitalikの言葉を借りれば、Rollupはイーサリアムのスケーラビリティを100,000 TPS以上に向上させることができます。これは、イーサリアムが分散化の精神を損なうことなく、グローバルスケールのアプリケーションを処理できるようにする変革的な拡張です。

Vitalikは、Rollupが単なる一時的な解決策ではなく、長期的な拡張ソリューションであると強調しています。イーサリアム2.0はThe Mergeを通じてPoWからPoSに移行し、エネルギー消費を削減しましたが、Rollupは長期的な拡張ソリューションとして次の重要なマイルストーンと見なされています。

今年、Rollup中心のロードマップは重要な成果を達成しました。EIP-4844のblobの導入により、イーサリアムL1のデータ帯域幅が大幅に増加し、複数のイーサリアム仮想マシン（EVM）Rollupが第一段階に入っています。各L2は独自の内部ルールとロジックを持つシャーディングとして存在し、シャーディングの実現方法の多様性と多元化が現実のものとなっています。

データ可用性サンプリング（DAS）のさらなる発展

The Surgeのもう一つの重要な側面はデータ可用性サンプリング（DAS）であり、これはデータ可用性の問題を解決することを目的とした技術です。イーサリアムのような分散型ネットワークでは、すべてのノードがすべてのコンテンツを保存またはダウンロードすることなくデータを検証できることが非常に重要です。

DASはノードが【完全なデータセットにアクセスせずに】データを検証できるようにし、これによりスケーラビリティと効率を向上させます。

Vitalikは2つの形式のDASを強調しました：PeerDASと2D DAS。

PeerDASはRollup内の信頼仮定を強化し、より安全にすることが期待されています。2D DASは、blob内でのランダムサンプリングだけでなく、blob間でのランダムサンプリングも行います。KZGコミットメントの線形特性を利用して、1つのブロック内のblobセットを拡張するために新しい仮想blobのセットを使用し、これらの仮想blobは同じ冗長情報をエンコードします。

DASを活用することで、イーサリアムはより多くのデータを処理でき、より迅速で安価なRollupを実現しながら、分散化を損なうことはありません。

さらに遠い将来の段階では、2D DASの理想的なバージョンを確定し、その安全特性を証明するためにさらに多くの作業が必要です。

Vitalikが考える長期的な現実の道筋は：

（1）理想的な2D DASを実施する。

（2）1D DASを使用し、サンプリング帯域幅の効率を犠牲にし、単純さと健全性のために低いデータ上限を受け入れる。

（3）DAを放棄し、Plasmaを主要なLayer 2アーキテクチャとして完全に受け入れる。

注意すべきは、L1層で実行を拡張することを決定しても、その選択肢が存在することです。これは、L1層が大量のTPSを処理する場合、L1ブロックが非常に大きくなり、クライアントはその正当性を検証するために効率的な方法を持ちたいと思うため、L1層でRollup（ZK-EVMやDASなど）と同じ技術を使用しなければならないためです。

Plasmaとその他のソリューション

Rollupの他に、初期に提案されたオフチェーン拡張ソリューションの一つであるPlasmaも別のL2ソリューションです。

Plasmaは子チェーンを作成し、これらの子チェーンはメインのイーサリアムチェーンから独立してトランザクションを処理し、定期的にメインネットに要約を提出します。各ブロックについて、オペレーターは各ユーザーにMerkleブランチを送信して、そのユーザーの資産の変化の状態を証明します。ユーザーはMerkleブランチを提供することでその資産を引き出すことができます。重要なのは、このブランチが最新の状態を根とする必要はないということです。

したがって、データの可用性に問題が発生した場合でも、ユーザーは利用可能な最新の状態を引き出すことで資産を回復できます。ユーザーが無効なブランチ（例えば、他の人に送信された資産を引き出す、またはオペレーターが自ら資産を創出する）を提出した場合、オンチェーンのチャレンジメカニズムを通じて資産の合法的な帰属を判断することができます。

Plasmaの開発はある程度Rollupに遅れをとっていますが、Vitalikはそれをイーサリアムのより広範なスケーラビリティツールキットの一部と見なしています。

さらに、Vitalikは、Rollupやその他のL2ソリューションの効率をさらに向上させるためのデータ圧縮技術や暗号証明の改善に関する議論を行っています。考え方は、可能な限り多くのデータを圧縮しつつ、すべての必要な情報が依然としてイーサリアムノードで検証できるようにすることです。これらの技術的改善は、イーサリアムがより高いスループットを実現する過程で重要な役割を果たす可能性があります。

上図はPlasma Cashチェーンで、Coin iを使ったトランザクションがツリーのi番目の位置に配置されています。この例では、すべての前のツリーが有効であると仮定すると、Eveは現在Coin 1を所有し、DavidはCoin 4を所有し、GeorgeはCoin 6を所有していることがわかります。

初期のPlasmaバージョンは支払いのユースケースしか処理できず、さらに効果的にスケールすることができませんでした。しかし、各ルートがSNARKで検証されることが求められる場合、Plasmaははるかに強力になります。そのプロセスは大幅に簡素化され、オペレーターの不正行為のほとんどの可能性の道筋が排除されます。同時に、オペレーターが不正を行わない場合に、ユーザーが資金を即座に引き出す新しい経路が開かれ、1週間のチャレンジ期間を待つ必要がなくなります。

上図はEVM Plasmaチェーンを作成する方法の一つ（唯一の方法ではない）を示しています：ZK-SNARKを使用して平行UTXOツリーを構築し、EVMによって行われた残高の変更を反映し、歴史の異なる時期に「同一コイン」の独特のマッピングを定義します。次に、その基盤の上にPlasma構造を構築できます。

Plasmaの性能はかなり良好であり、これがその安全性の不足を克服するために設計されたテクニカル構造の鍵となる理由です。

クロスL2相互運用性の改善

今日のL2エコシステムが直面している主要な課題の1つは、クロスL2の相互運用性が低いことで、L2エコシステムを使用する感覚が単一のイーサリアムエコシステムを使用しているかのようにする方法を改善する必要があります。

クロスL2相互運用性の改善には多くのカテゴリーがあります。理論的には、Rollup中心のイーサリアムは、実行シャーディングL1と類似しています。現在、イーサリアムL2エコシステムは実際には理想的な状態から次の問題に直面しています：

特定のチェーンのアドレス：アドレスにはチェーン情報（L1、Optimism、Arbitrumなど）が含まれている必要があります。これが実現されれば、アドレスを送信フィールドに単純に挿入することで、クロスL2送信プロセスを実現でき、ウォレットはバックグラウンドでどのように送信するか（クロスチェーンプロトコルの使用を含む）を自動的に処理できます。

特定のチェーンの支払いリクエスト：メッセージ「チェーンZ上で私にX個のYタイプのトークンを送信してください」を簡単かつ標準化して作成できる必要があります。これには主に2つの用途があります：人と人の間の支払いまたは人と商人サービスとの間の支払い；dAppが資金をリクエストする。

クロスチェーン交換とガス支払い：クロスチェーン操作を表現するための標準化されたオープンプロトコルが必要です。ERC-7683とRIP-7755はこの分野での試みですが、これら2つの適用範囲はこれらの特定のユースケースよりも広いです。

軽量クライアント：ユーザーは、実際に相互作用しているチェーンを検証できる必要があり、RPCプロバイダーを単に信頼するだけではありません。例えば、a16z cryptoのHeliosはこれを実現できます（イーサリアム自体に対して）が、この非信頼性はL2にも拡大する必要があります。ERC-3668（CCIP-read）はこの目標を達成するための1つの戦略です。

共有トークンブリッジの理念：すべてのL2が有効性証明のRollupであり、各スロットがイーサリアムに提出される世界で、ネイティブな状態でL2の資産を別のL2に移動するには、まだ引き出しと預金が必要であり、大量のL1ガス費用を支払う必要があります。

この問題を解決する方法の一つは、共有のミニマルRollupを作成することであり、その唯一の機能は各種トークンがどのL2によって所有されているか、各所有者がどれだけの残高を持っているかを管理することであり、これらの残高を任意のL2が開始した一連のクロスL2送信操作を通じて一括更新できるようにします。これにより、クロスL2送金のたびにL1のガス代を支払う必要がなくなり、ERC-7683のような流動性プロバイダーに基づく技術を使用する必要もなくなります。

同期的な組み合わせ：特定のL2とL1の間、または複数のL2の間で同期呼び出しを発生させることを許可します。これはDeFiプロトコルの財務効率を向上させるのに役立ちます。前者は、何のクロスL2調整もなく実現可能です。後者は共有順序を必要とします。Rollupに基づく技術は、これらのすべての技術に自動的に適用されます。

上の多くの例は、いつ標準化し、どのレイヤーを標準化するかについての標準のジレンマに直面しています。標準化が早すぎると、劣った解決策が根付いてしまう可能性があります。標準化が遅すぎると、不必要な断片化を引き起こす可能性があります。

現在の合意は、特定の状況において、実装が容易な【短期的な解決策】と、「最終的に正しい」もので、実現には数年を要する【長期的な解決策】の両方が存在するということです。これらの課題は単なる技術的な問題だけでなく、社会的な問題でもあり、L2とウォレット、そしてL1の協力が必要です。

イーサリアムL1の拡張を続ける

Vitalikは、イーサリアムL1自体を拡張し、それがますます多くのユースケースを収容できることを確保することが非常に価値があると考えています。

L1の拡張には3つの戦略があり、単独または並行して実施できます。

（1）L1の検証を容易にするために技術（例えば、クライアントコード、ステートレスクライアント、履歴の期限切れ）を改善し、その後、ガス制限を引き上げる。

（2）特定の操作のコストを削減し、最悪のケースリスクを増加させることなく平均容量を増加させる。

（3）ネイティブRollups（すなわち、EVMのN個の並行コピーを作成）。

これらの異なる技術はそれぞれ異なるトレードオフがあります。例えば、ネイティブRollupsは、通常のRollupsと同じ弱点を持ち、複数のRollup間で操作を同期して実行するために単一のトランザクションを送信することができません。ガス上限を引き上げると、L1の検証を簡素化することで実現できる他の利点（検証ノードを運用するユーザーの割合を増やすことや、ソロステーキング者の数を増やすこと）を弱める可能性があります。実現方法によっては、EVM内の特定の操作をより安価にすることがEVM全体の複雑さを増す可能性があります。

分散化と安全性

スケーラビリティと分散化のバランスは、Vitalikが繰り返し言及しているテーマの一つです。多くのブロックチェーンプロジェクトは、より高いスループットを得るために分散化を犠牲にすることを選択しています。例えば、Solanaは毎秒数千のトランザクションを処理できますが、ノードを実行するために強力なハードウェアが必要であり、そのためネットワークは中央集権的になります。Vitalikは、イーサリアムが継続的に拡張しているにもかかわらず、分散化へのコミットメントを維持すべきだと主張しています。

RollupとDASは、イーサリアムの容量を増加させながらその分散化の性質を維持する方法と見なされています。Solanaや他の高性能ブロックチェーンとは異なり、イーサリアムの拡張戦略は、誰でもノードを運営できることを保証し、本当に分散化された方法でネットワークを保護します。これは、グローバルな無許可の金融システムを支えるブロックチェーンを構築するというイーサリアムのビジョンにとって非常に重要です。

スケーラビリティが高まるほど、安全性に関する責任が大きくなります。イーサリアムがRollup中心の未来に進むにつれて、これらのシステムの信頼性を確保することが非常に重要になります。Rollupは暗号証明に依存して、オフチェーンのトランザクションがイーサリアムに戻される際に合法であることを保証します。これらのシステムは有効であることが証明されていますが、リスクがないわけではありません。Vitalikは、これらの技術の成熟には厳格なテストと反復が必要であると認めています。特に、それらがより広く採用される際には。

The Surgeの展望

The Surgeの後、Vitalikはイーサリアムがスケーラブルでありながら完全に分散化され、安全で持続可能であることを想定しています。このビジョンには、rollupやDASを通じて第1層を拡張するだけでなく、より効率的なコンセンサスアルゴリズムの構築、開発者ツールの改善、繁栄するdAppエコシステムの育成も含まれています。

イーサリアムのロードマップは楽観的ですが、多くの課題も存在します。Rollupの大規模な実装、L2ソリューションの安全性の確保、量子未来への準備はすべて複雑なタスクです。しかし、イーサリアムがこれらの障害を克服できれば、Web3の中心としての地位を強化し、分散化され、ユーザーが制御するインターネットを実現します。

急速に発展するブロックチェーンの分野において、イーサリアムは分散化を犠牲にせずにスケーラビリティを重視していることがその独自性です。The Surgeが成功すれば、数年以内に再びブロックチェーン技術のパラダイムを変える可能性があります。

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