ネットワークの拡張は、開発者が常に焦点を当てている差し迫った問題です。ブロックチェーン開発の長い歴史を通じて、多くの解決策が提案されてきましたが、分散化、スケーラビリティ、セキュリティという伝説的な不可能な三位一体を克服する解決策はないようです。
モジュラー ブロックチェーンは、ネットワークの作業を部分に分割し、さまざまなブロックチェーンを使用して、それぞれの強みに応じて作業を実行するソリューションです。このソリューションは強力に開発されており、次世代のブロックチェーンとして期待されています。
この記事では、モジュラーブロックチェーン、その構造、分類、各機能グループの著名なプロジェクトについて学びます。
モジュラーブロックチェーンとは何ですか?
モジュラーブロックチェーンは、ブロックチェーンネットワークの作業を部分に分割し、さまざまなブロックチェーンまたはオフチェーンエンティティを使用して、それぞれの強みに応じて作業を実行するソリューションです。
理解を深めるために、まずワークグループごとにブロックチェーンネットワークアーキテクチャについて学びましょう。
ブロックチェーンネットワークのアーキテクチャ
ブロックチェーン ネットワークの通常のアーキテクチャには、実行、決済、コンセンサス、データ可用性の 4 つの主要な層が含まれます。これらの層は連携して、トランザクションが設計どおりに正しく実行されることを保証します。
ブロックチェーンネットワークの処理層
» 実行
これは、トランザクションを計算し、事前に確立されたロジックに従って結果を提供するクラスです。この実行により、ブロックチェーン ネットワークの状態が変化します。この新しい状態は、完了して歴史の不可逆的な部分になる前に、他のレイヤーによって処理されます。
たとえば、サッカーでは、国や地域ごとに異なる規制がありますが、2 つのチームが競争する場合、ブロックチェーンのスマート コントラクトの規制など、特定の原則に従わなければなりません。そして、実行層は、事前に設定されたルールに従ってサッカーの試合を操作する層になります。
" 決済
決済は、ネットワーク運用中の正当性を検証し、紛争を処理する層です。サッカーの試合で審判の役割を果たし、相手のゴールに対して争いが生じた場合、そのゴールが有効かどうかを証拠に基づいて判断します。
» コンセンサス
コンセンサス層またはコンセンサス層は、ネットワークの単一の真実または単一の最終状態を統合する役割を果たします。これは、Proof of Work、Proof of Stake、Proof of History などのさまざまなアルゴリズムによって操作されます。このコンセンサス プロセスの後、ネットワークの新しい状態が更新されます。
サッカーの試合の例に戻ると、同じ期間中に異なるスコアで他のサッカーの試合が行われ、1-0 で終了したとします。全体の結果は組織委員会が1-0、2-0、3-0の表にまとめて保管するが、各組織委員会は1-0、3-0、2-0の形式にまとめることになる。誤った情報につながります。取引に関連性がある場合はさらに悪化し、二重支出につながります。
この時点で、クラスのコンセンサスは、サッカーの試合を観戦する多くの人を集めれば、単一の正しい結果が確認されるということです。この最終結果は承認され、ノートブックに永続的に保存されます。間違った結果を記録した人は、新しいブロックに入る前にブックを再同期する必要があります。
» データの可用性
データの可用性とは、トランザクション情報にアクセスできることを指します。データは誰でもアクセスして使用できるようにする必要があります。データの可用性はトランザクションが正しいか間違っているかの決定に影響を与えるため、これは重要です。
データの可用性は、上の例のサッカーの試合の記録のようなものです。この記録は公開されているため、誰でもオンラインで閲覧してどのチームが勝者で、スコアは何であるかを知ることができます。この記録がないと、試合の結果について二人が口論することになり、最終的にはどちらが正しくてどちらが間違っているかを見分けることができなくなります。
イーサリアム上のデータ可用性ソリューション
ブロックチェーンのデータについてさらに詳しく説明すると、ブロックチェーンを拡張する際の困難は主にデータ層に起因します。トランザクションが正しく認証されるようにするには、ノードはネットワーク データ全体をダウンロードする必要があります。時間の経過とともに、データ量はますます増加し、より多くのハードウェアと帯域幅が必要になります。まず第一に、コストとトランザクション速度の面で障壁が生じ、次にノードのネットワークに参加する際の障壁が生じ、徐々に小規模なプレーヤーが排除され、強力なハードウェアを使用するのは大規模なプレーヤーだけになる可能性があります。分散性が低くなります。
イーサリアムはずっと前からこのことに気づいており、このデータの肥大化を克服するための措置を講じています。解決策は 2 つあります。
データ可用性サンプリング (DAS): 各ノードは、小さなデータをダウンロードし、アルゴリズムを使用してデータの信頼性をチェックするだけで済みます。
データ可用性委員会 (DAC): 信頼できる第三者によって提供または認証されたデータは、オフチェーンに保存されます。
さらに、The Purge アップデートでは、ノードのトランザクション履歴データも 1 年間に制限され、必要な場合にのみ全体をダウンロードする必要があります。
ブロックチェーンの層とその機能を理解すると、#モノリシック ブロックチェーンと#モジュラー ブロックチェーンを簡単に区別できるようになります。モノリシック ブロックチェーンに関しては、ネットワーク内で上記の作業をすべて単独で実行します。モジュラーブロックチェーンでは、タスクが分離され、複数の関係者に割り当てられて処理されます。
理解に役立つ最も良い例は Eclipse プロジェクトです。このプロジェクトでは、実行層として SVM (Solana Virtual Machine) が使用され、決済層は Ethereum によって処理され、最後にコンセンサス層 (Consensus) と DA として Celestia が使用されます。
モジュラー ブロックチェーンの概念にはまだ馴染みがないかもしれませんが、実際のところ、すべてのレイヤー 2 ロールアップは、実装レイヤーを元のネットワークから分離し、モジュールとして個別に処理されるため、本質的にはモジュラー ブロックチェーンです。
ブロックチェーンのモジュール化により、レイヤーの専門化が生まれ、トランザクションの速度とスケーラビリティが向上します。また、モジュール化により、開発者はこれまでよりも速いスピードで新しいブロックチェーンを展開することが容易になります。しかし、タスクを分割してさまざまな場所に実装すると、ネットワークがそれらの関係者に依存することになり、セキュリティに対する信頼もさまざまな場所に置く必要があります。
モジュラーブロックチェーンの分類
モジュール性のレベルに基づいて、モジュラー ブロックチェーンは次のタイプに分類されます。
モジュラーブロックチェーンの分類
通常のロールアップ
これは過去に最も一般的なタイプで、実行層が個別のチェーンに分離され、計算を実行した後、認証と保存のためにデータをレイヤー 1 ブロックチェーンに送信します。
このタイプの典型的なブロックチェーンには、Arbitrum、Optimism、zkSync、Starknet があります。
ソブリンロールアップ
ソブリン ロールアップまたは自律ロールアップは、コンセンサス メカニズムとトランザクション データ ストレージに別のブロックチェーンを使用し、同時にトランザクションの実行と検証を行うブロックチェーン モデルです。
このモデルの場合、DA ブロックチェーンは、トランザクションが有効かどうかをチェックするのではなく、コンセンサス メカニズムに従ってデータの可用性と検証を提供することのみを担当するため、トランザクションの正確性は完全にブロックチェーンのロールアップに依存します。このグループのプロジェクトの例としては Sovereign があります。
決済ロールアップ
決済ロールアップはモジュールをさらに分離し続けるため、ソブリンロールアップとは少し異なります。実行層はロールアップ ブロックチェーンによって処理され、決済層は 1 つのブロックチェーンによって処理され、最後にコンセンサス層と DA 層は別のブロックチェーンによって処理されます。
レイヤーを分離すると、各レイヤーで各ブロックチェーンの固有の強みを活用しながら柔軟性が向上しますが、同時にシステム全体のセキュリティと分散化にも依存します。言うまでもなく、複数のブロックチェーンを組み合わせて統一プロセスを運用することもできます。多くの技術的課題に直面することになるだろう。
このグループの典型的なプロジェクトは、最初の部分で紹介した Eclipse で、実行層として SVM (Solana Virtual Machine) を使用し、決済層は Ethereum によって処理され、最後に実行層として Celestia が使用されます。
有効
Validium はモジュラー ブロックチェーンの次のバリアントで、通常のロールアップに似ていますが、違いは、DA レイヤーが元のブロックチェーンではなくオフチェーンに分離されて保存されることです。これにより、コストが最小限に抑えられ、拡張性が向上します。ただし、そのセキュリティはストレージ ユニットに完全に依存しており、ストレージ ユニットが意図的に不正行為を行った場合、データが隠蔽されたり変更されたりする可能性があります。
モジュラーブロックチェーンエコシステムと優れたプロジェクト
モジュラーブロックチェーンの現状
実行グループ
Arbitrum、Optimism、zkSync、Starknet、Scroll、Linea、Polygon などのよく知られたレイヤー 2 ロールアップに加えて、Berachain、Taiko、Manta、Fuel、Sovereign などの新しい名前もいくつかあります。
ベラチェーン
Berachain は、EVM 互換の Cosmos SDK に基づいて開発されたレイヤー 1 ブロックチェーンです。 Berachain は Proof of Liquidity と呼ばれる新しいコンセンサス メカニズムを使用しており、プロジェクトではこれを Sybil Attack を防ぐ機能として導入しています。このプロジェクトは、Polychain Capital が主導するシリーズ A 資金調達ラウンドで 4,200 万ドルの調達に成功しました。
ベラチェーンの運用モデル。
燃料ネットワーク @fuel_network
Fuel は、モジュラー モデルに従って設計されたプロジェクトとして、実行層、決済層を担うことも、モノリシック ブロックチェーンとして動作することもできます。
他のプロジェクトとは異なり、Fuel はビットコインに似た UTXO (Unspent Transaction Output) モデルを使用してトランザクションを保存し、スレッド化および並列処理機能と組み合わせてトランザクション速度を大幅に向上させます。 Fuel は、Sway Language プログラミング言語に基づいて、FuelVM と呼ばれる独自のトランザクション処理システムを構築しました。
決済
ダイメンション @dymension
Dymension は、Cosmos SDK ツールキットに基づいたモジュラー モデルで設計されています。これにより、プロジェクトは RollApp と呼ばれる特定の目的に基づいて複数のアプリケーションを構築できます。
エクリプス @EclipseFND
このプロジェクトは、多くのブロックチェーンの長所を Eclipse の各モジュールに接続することを目的として設計されています。 Solana は、高いトランザクション速度と並列実行を備えたネットワークとして知られているため、Eclipse は実行層として SVM を選択しました。決済層はイーサリアムを利用して、他のネットワークとは異なりセキュリティと分散化を活用します。最後に、ストレージ コストを最小限に抑えるために Celestia によって DA レイヤーが使用されます。
Eclipse のオペレーティング モデル。
ソブリン @sovereign_labs
Sovereign は、ロールアップのインターネットになるというビジョンのもと、複数のロールアップ チェーンを接続できるように設計されています。 Internet of Rollups は、決済、DeFi、NFT、ガバナンスなど、ブロックチェーンが実行できるあらゆる機能を、より大規模かつ大幅に低いコストで実行できるようになります。
その他のプロジェクト: Ethereum、Solana、Saga、LayerN、Argus、Berachain、Fuel、Neutron。
コンセンサスおよびデータ可用性グループ (コンセンサスおよび DA)
セレスティア @CelestiaOrg
Celestia は、モジュラーセグメントにおける先駆的なブロックチェーンの 1 つです。 Celestia はコンセンサス層として機能し、他のブロックチェーンにデータの可用性を提供するように設計されています。 Celestia は、高度な統合機能と低コストにより、プロジェクトが経済的なコストと高速でモジュラー ブロックチェーン システムを導入できるように支援します。
アベイル @AvailProject
データ可用性にも取り組んでいるプロジェクトでもある Avai は、コンセンサス インフラストラクチャと、その上に構築されたモジュラー プロジェクト用の DA を提供します。さらに、Avai は、オフチェーン層を介してレイヤー 2 からレイヤー 1 にデータを接続するソリューションであるデータ認証ブリッジを開発しています。このブリッジは Avail のレイヤー 2 エコシステムのコンポーネントであり、イーサリアムをオフチェーンに拡張するために、Validium ソリューションを含むさまざまなロールアップ ソリューションをホストする計画があります。
えいげん @eigen_da
EigenDA は、EigenLayer エコシステムで構築された最初のアプリケーションです。これは他のプロジェクトのデータ可用性レイヤーですが、異なる点は、EigenDA が、EigenLayer を通じて Ethereum に対して間接的に保護されていることです。
EigenDA の動作モデル
その他のプロジェクト: Near DA、zkPorter、イーサリアム、ビットコイン
シーケンサーグループ
シーケンサーは、実行層で動作するエンティティであり、トランザクションを送信して証拠を作成し、認証のためにルート層に送信する前に、トランザクションを合成して順序付けする責任を負います。 Sequencer は、プロジェクト チーム自体が運用することも、分散モデルを使用してサードパーティが運用することもできます。
優れたプロジェクト: Espresso、Astria、Fairblock、Radius、Madara
証明グループ
これは、トランザクション検証証拠を作成する機能を持つ実行層内の小さなグループです。このグループの優れたプロジェクトには、Risc Zero、Axiom、Marlin、Blockless が含まれます。
ロールアップフレームワークグループ
このグループには、モジュール式ブロックチェーンの構築に使用されるツールキットが含まれています。注目のツールキット: OP スタック、Arbitrum Orbit、Polygon SDK、ZK スタック、Starknet スタック、Sovereign、Stackr、Cartesi、Rollkit、Argus。
さらに、Rollup as a Services (RaaS) と呼ばれるロールアップ レイヤーを迅速に作成するためのツール グループもあります: Eclipse、Dymension、Saga、Caldera、Conduit、Vistara、Snapchain。
エピローグ
Web3 ユーザーの数が急速に増加している現在の状況では、トランザクション速度とトランザクション コストの必要性がますます高まっています。ブロックチェーンの大量導入の未来に向けて進みたいのであれば、ネットワークの拡張は必須です。
モジュラー ブロックチェーンは非常に推進されているソリューションであり、多くの強力なアプリケーションがあります。ただし、セキュリティと動作の安定性の観点からは、さらに時間がかかります。
上記の情報が、この潜在的なパズルのピースについてより多くの視点を得るのに役立つことを願っています。