2年半前に投稿したポストで私がしたポイントの1つon “the Endgame”ブロックチェーンの将来の開発経路は、少なくとも技術的には驚くほど似ています。 どちらの場合も、オンチェーン上で非常に大量のトランザクションがあり、それらを処理するには(i)大量の計算と(ii)大量のデータ帯域幅が必要です。 通常のEthereumノード、たとえば2TB rethアーカイブノードrunning on the laptop I’m using to write this article, are not powerful enough to verify such a huge amount of data and computation directly, even with heroic software engineering work and Verkle trees。代わりに、「L1シャーディング」とrollup-centric世界、ZK-SNARKsは計算を検証するために使用されます。DASのデータ可用性を検証するため。両方の場合のDASは同じです。両方の場合のZK-SNARKsは同じ技術ですが、1つの場合はスマートコントラクトコードであり、もう1つの場合はプロトコルの確立された機能です。非常に現実的な技術的意味で、Ethereumはシャーディングを行っており、ロールアップはシャードです。

これは自然な疑問を投げかけます: これら2つの世界の違いは何ですか？ 1つの答えは、コードのバグの影響が異なるということです: ロールアップの世界では、コインが失われ、シャードチェーンの世界では合意の失敗が発生します。しかし、プロトコルが固まり、形式的検証技術が向上するにつれて、バグの重要性は低下すると予想しています。では、長期的に引き続き期待される2つのビジョンの違いは何でしょうか？

実行環境の多様性

2019年にイーサリアムで短期間試してみたアイデアの1つは、実行環境基本的に、Ethereumには異なる「ゾーン」があり、アカウントの動作方法（UTXOなどの完全に異なるアプローチを含む）、仮想マシンの動作方法、およびその他の機能に異なるルールを持つ可能性があります。これにより、Ethereumがすべてを自力で行おうとすると困難であるスタックの部分で、多様なアプローチが実現できるようになります。

最終的に、より野心的な計画の一部を放棄し、単にEVMを保持することになりました。 ただし、Ethereum L2（ロールアップ、バルジウム、プラズマを含む）は、実行環境の役割を果たすことになりました。 今日、私たちは一般的にEVMと同等のL2に焦点を当てていますが、これは多くの代替アプローチの多様性を無視しています。

• Arbitrum Stylus, 、それに基づく2番目の仮想マシンを追加しますWASMEVMと並んで。
• 燃料, ビットコインに似た（より機能が完全な）UTXOベースのアーキテクチャを使用しています。
• Aztec、新しい言語とZK-SNARKベースのプライバシー保存スマートコントラクトを中心としたプログラミングパラダイムを紹介します。

UTXOベースのアーキテクチャ。ソース：Fuelドキュメント。

EVMをすべての可能なパラダイムをカバーするスーパーVMにしようとすることはできますが、その結果、これらの概念のそれぞれの効果的な実装よりもはるかに効果的ではなくなる可能性があります。

セキュリティのトレードオフ：スケールとスピード

Ethereum L1は非常に強力なセキュリティ保証を提供しています。 L1で最終確定されたブロック内にデータの一部がある場合、（極端な状況では社会的合意を含む）全体のコンセンサスが、そのデータをそこに配置したアプリケーションのルールに違反するように編集されないように、データによってトリガーされた実行が元に戻されないように、データがアクセス可能であるように確認します。これらの保証を実現するために、Ethereum L1は高いコストを受け入れることを意図しています。この時点では、取引手数料は比較的低いです。レイヤー2は1セント未満を請求します取引ごとに、そしてL1さえも基本的なETHの転送では1ドル未満です。 技術が十分に向上し、利用可能なブロックスペースが需要に追いつくように成長すれば、これらのコストは将来も低く保たれるかもしれませんが、そうとは限りません。 また、取引ごとに0.01ドルでさえも多くの非金融アプリケーションにとって高すぎます、例えば、ソーシャルメディアやゲームなど。

しかし、ソーシャルメディアやゲームはL1と同じセキュリティモデルを必要としません。誰かが100万ドル支払ってチェスゲームで負けた記録を元に戻したり、あなたのTwitterの投稿を実際より3日後に公開されたように見せたりしても問題ありません。したがって、これらのアプリケーションは同じセキュリティコストを支払う必要はありません。L2中心のアプローチにより、さまざまなデータ可用性アプローチをサポートすることが可能となります。ロールアップtoプラズマtovalidiums.

異なるL2タイプは異なるユースケースに使用されます。詳細はこちらここ.

別のセキュリティのトレードオフが、L2からL2への資産の移動の問題を取り巻いて発生します。限界では(将来の5〜10年間)、すべてのロールアップはZKロールアップになり、ハイパーエフィシェントな証明システムが利用されると予想しています。BiniusそしてCircle STARKs with lookups, プラス 証明集約レイヤー, ただし、現時点では、楽観的ロールアップとさまざまなプルーフタイムウィンドウを持つZKロールアップの複雑なミックスがあります。2021年に実行シャーディングを実装していれば、シャードを正直に保つセキュリティモデルは楽観的ロールアップではなくZKになるはずで、L1が管理する必要があります。システム的に複雑オンチェーンで詐欺証明ロジックを持ち、シャード間で資産を移動するための1週間の引き出し期間があります。しかし、コードのバグのように、この問題は最終的には一時的なものだと思います。

セキュリティのトレードオフの3つ目であり、かつ再びより持続可能な次元は取引速度です。イーサリアムは12秒ごとにブロックを持っており、ネットワークを過度に中央集権化することになるため、それ以上の速度にはなりたくないと考えています。しかし、多くのL2は、数百ミリ秒のブロック時間を探求しています。12秒はすでにそれほど悪くないです：平均して、トランザクションを送信するユーザーがブロックに含まれるまでに待たなければならない時間は約6-7秒です（次のブロックに含まれない可能性もあるため、6秒だけではありません）。これは、クレジットカードで支払いを行う際に待たなければならない時間に匹敵します。しかし、多くのアプリケーションははるかに高速な速度を要求し、L2がそれを提供しています。

この高速化を実現するために、L2は事前確認メカニズムに依存しています。L2の独自のバリデータは、特定の時点でトランザクションを含めるという約束にデジタル署名を行い、トランザクションが含まれない場合、罰則を受けることがあります。これはGateと呼ばれるメカニズムです。StakeSureこれをさらに一般化します。

L2 事前確認。

これで、これらすべてをレイヤー 1 で実行できるようになります。レイヤー 1 には、「高速事前確認」と「低速最終確認」システムを組み込むことができます。さまざまなレベルのセキュリティを持つさまざまなシャードを組み込むことができます。ただし、これにより、プロトコルが大幅に複雑になります。さらに、レイヤー 1 ですべてを行うと、コンセンサスの過負荷, 高いスケールや高速スループットのアプローチの多くは、より高い中央集権化のリスクを伴うか、より強力な形態の「ガバナンス」が必要であり、L1で行うと、これらの厳しい要求の影響がプロトコル全体に広がる可能性があります。これらのトレードオフをレイヤー2を通じて提供することで、イーサリアムはこれらのリスクをほぼ回避することができます。

組織と文化におけるレイヤー2の利点

ある国が半分に分かれ、一方が資本主義になり、もう一方が高度な政府主導型になると想像してみてください（以前とは異なりこれが起こりますin現実, この考え実験では、どのようなトラウマ的な戦争の結果ではなく、ある日、魔法のように国境が設定されると仮定します）。資本主義の部分では、レストランはすべて、分散化された所有権、チェーン店、フランチャイズのさまざまな組み合わせによって運営されています。政府主導の部分では、それらはすべて、警察署のような政府の支部です。最初の日には、あまり変わらないでしょう。人々は主に既存の習慣に従い、何がうまくいき、何がうまくいかないかは労働力の技能やインフラなどの技術的な現実に依存します。しかし、1年後、異なるインセンティブ構造とコントロールの違いが、行動の大きな変化をもたらすため、大きな変化が生じることが期待されます。これは、誰が来るか、誰が留まるか、誰が去るか、何が建設されるか、何が維持されるか、そして何が放置されるかに影響を与えます。

産業組織この理論はこれらの違いについて多くをカバーしており、政府主導の経済と資本主義経済だけでなく、大規模フランチャイズによって支配される経済と、各スーパーマーケットが独立した起業家によって運営される経済の違いにも言及しています。私は、レイヤー1中心のエコシステムとレイヤー2中心のエコシステムの違いは同様の傾向を示していると主張したいと思います。

“コアデベロッパーがすべてを運営する”アーキテクチャが非常に間違っていました。

イーサリアムの主要な利点を表現する際に、第2レイヤー中心のエコシステムとしての利点を次のように述べます:

Ethereumはレイヤー2中心のエコシステムであるため、独自の特長を持ち、同時に大きなEthereumの一部であるサブエコシステムを独立して構築することができます。

もしEthereumクライアントを構築しているなら、あなたはより大きなEthereumの一部です。創造性の余地はあるものの、L2が利用可能なものよりはるかに少ないです。完全に独立したチェーンを構築している場合、最大限の創造性の余地がありますが、共有セキュリティや共有ネットワーク効果などの利点を失います。Layer 2は幸福な中間地点を形成しています。

Layer 2sは、単なる新しい実行環境やセキュリティのトレードオフを試すための技術的な機会を作るだけでなく、スケーリング、柔軟性、速度を実現するためのインセンティブを作り出します。それにより、開発者がそれを構築し維持するためのインセンティブが生まれ、コミュニティが形成されサポートされるようにもなります。

各L2が分離されているという事実は、新しいアプローチのデプロイがパーミッションレスであることを意味し、新しいアプローチがチェーンの残りの部分にとって「安全」であることをすべてのコア開発者に納得させる必要はありません。L2に障害が発生した場合、それはあなたの責任です。誰でもまったく奇妙なアイデアに取り組むことができます(例:IntmaxのPlasmaへのアプローチ)、そして、イーサリアムのコア開発者に完全に無視されても、彼らは開発を続け、最終的に展開することができます。L1の機能とプリコンパイルはこのようなものではなく、イーサリアムでも、L1の開発において成功するものと失敗するものがどうなるかは、理想的な程度よりも政治的要素に依存することがよくあります。理論的に何が構築可能かに関わらず、L1中心のエコシステムとL2中心のエコシステムによって生み出される異なるインセンティブは、実際にどのようなものが構築されるか、どのレベルの品質で、何の順序で構築されるかに大きく影響を与えることになります。

EthereumのLayer-2中心のエコシステムにはどのような課題がありますか？

レイヤー1 + レイヤー2アーキテクチャが大きく間違っている。ソース.

このようなレイヤー2中心のアプローチには、重要な課題があり、それはレイヤー1中心のエコシステムがほぼ同じ程度に直面する必要がない問題です。言い換えれば、Ethereumが枝分かれしていく中、課題は基本的な性質を保持することであり、「Ethereum」のようにまだすべてが「Ethereum」のように感じられ、Ethereumであることのネットワーク効果があることです。現在、状況は多くの面で最適とは言えません。

• 1つのレイヤー2から別のレイヤー2へトークンを移動するには、しばしば中央集権化されたブリッジプラットフォームが必要であり、一般ユーザーにとっては複雑です。Optimism上にコインを持っている場合、単に誰かのArbitrumアドレスをウォレットに貼り付けて資金を送ることはできません。
• クロスチェーンスマートコントラクトウォレットのサポートはあまり良くありません - 個人用のスマートコントラクトウォレットや組織用のウォレット（DAOを含む）の両方にとってです。1つのL2でキーを変更すると、他のすべてのL2でもキーを変更する必要があります。
• 分散型の検証インフラがしばしば不足しています。Ethereumはついに、Gateなどの優れたライトクライアントを持ち始めています。ヘリオス. ただし、すべてのアクティビティが独自の中央集権化されたRPCを必要とするレイヤ2で行われている場合、これには意味がありません。原則として、Ethereumヘッダーチェーンを持っていると、L2のためのライトクライアントを作成することは難しくありません。しかし実際には、それに対する関心があまりにも少なすぎます。

全てを改善するために取り組んでいる取り組みがあります。クロスチェーントークン交換については、ERC-7683スタンダードは新興オプションであり、既存の「中央集権的なブリッジ」とは異なり、確立された中央オペレーター、トークン、またはガバナンスがありません。クロスチェーンアカウントに関して、ほとんどのウォレットが取るアプローチは、短期的にキーを更新するためにクロスチェーンの再生可能メッセージを使用することです。keystoreロールアップ長期的に。L2の軽量クライアントが出始めています、例えば。ビルスStarknetのために。さらに、次世代ウォレットを通じたユーザーエクスペリエンスの最近の改善により、ユーザーがDappにアクセスするために手動でネットワークを切り替える必要がなくなるなど、より基本的な問題が解決されました。

Rabbyは複数のチェーン間での資産残高の統合ビューを表示しています。それまでの暗い古い日々には、ウォレットはこれを行いませんでした！

しかし、重要なのは、レイヤー2中心のエコシステムが調整しようとすると、ある程度逆行していると認識することです。個々のレイヤー2には、調整のためのインフラを構築する自然な経済的インセンティブがありません。小規模なものは利益の一部しか見られないため、大規模なものも自分自身の地域ネットワーク効果を強化することでより多くの利益を得るためです。各レイヤー2が個々の部分を最適化しており、各部分が全体にどのように適合するかを考えていない場合、都市主義のディストピアのような失敗が起こります。

この問題に魔法の完璧な解決策を持っているとは主張しません。言えることは、エコシステムが、L1クライアント、開発ツール、プログラミング言語と並んで、クロスL2インフラストラクチャがイーサリアムインフラストラクチャの一種であることをより十分に認識し、それに見合った評価と資金援助を受けるべきであるということです。プロトコルギルド; maybe we need Basic Infrastructure Guild.

結論

「Layer 2s」と「sharding」はしばしば公の議論で、ブロックチェーンをスケーリングするための対照的な戦略として説明されます。しかし、基礎技術を見ると、実際のスケーリング手法はまったく同じであるという謎があります。データのシャーディングがある。詐欺証明者またはZK-SNARK証明者がいる。{ロールアップ、シャード}間の通信のためのソリューションがある。主な違いは、これらの要素を構築および更新する責任が誰にあるか、および彼らがどれだけの自律性を持っているかです。

レイヤー2中心のエコシステムは、非常に実質的な技術的意味でシャーディングしていますが、自分自身のルールで自分自身のシャードを作成できるシャーディングです。これは強力であり、多くの創造性と独立したイノベーションを可能にします。しかし、特に調整に関しては重要な課題もあります。Ethereumのようなレイヤー2中心のエコシステムが成功するためには、これらの課題を理解し、直接取り組んで、レイヤー1中心のエコシステムの利点の多くを得るためには、両方の世界のベストを可能な限り近づける必要があります。

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1. この記事は[から転載されていますvitalik元のタイトル「レイヤー2は実行シャーディングと本当にどう違うのか？」を転載します。 この転載に異議がある場合は、お問い合わせください。Gate Learnチームは、迅速に対応いたします。

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