紹介

約10年前、世界ではモバイルスマートフォンの成長が加速しました。 当時、一部の大企業は、モジュラーアーキテクチャを導入することでスマートフォンに革命を起こすことができると考えていました。 2013年、Googleはモジュール設計の新しいスマートフォンであるProject Araを発表しました。 アルミニウムとガラスの密閉された破片で作られた今日の「モノリシック」な携帯電話とは異なり、Araはユーザーが携帯電話をさまざまな方法でカスタマイズできるようにし、すべての重要な部品をモジュール化できるようにします。 新しい電話に頻繁にアップグレードすることを余儀なくされることはありません。 代わりに、自分の好みに応じて、古い電話に最適な新しい部品を追加するだけです。 悲しいことに、モジュール化は携帯電話のエコシステムでは成功せず、この概念は技術史のほとんど忘れ去られたままです。

モジュラースマートフォンは、現在のツールの正当な欠点にもかかわらず、新しくエキサイティングなソリューションの誇大広告が長期的な勝利を保証するものではないため、モジュラーブロックチェーンの教訓となる可能性があります。 しかし、ブロックチェーンの場合、スケーラビリティに対するユーザーの要求により、開発者はすでにモジュラーアーキテクチャの構築と採用を迫られています。 この需要により、モジュラーブロックチェーンアーキテクチャがモジュラースマートフォンと同じ運命をたどる可能性は低いと思われます。

しかし、モジュール式ブロックチェーンアーキテクチャとはいったい何なのでしょうか? これらのソリューションが別のProject Araにならないようにするにはどうすればよいでしょうか? この記事では、これらすべての質問に答えたいと考えています。

モノリシックとモジュラ

さらに掘り下げる前に、モノリシックアーキテクチャとモジュラーアーキテクチャの違いを明確にしましょう。 この概念を紹介する最も簡単な方法は、馴染みのある概念の例を使用することです。 携帯電話にカメラ、バッテリー、タッチスクリーンなどのコアコンポーネントがあるように、ブロックチェーンにもコアコンポーネントがあります。

iPhoneは「モノリシック」電話の好例です。 電話を使用するために必要なすべての部品が付属しており、カスタマイズオプションはあまり提供されていません。 確かに、内部はあまり編集できないかもしれませんが、洗練されていて高速です。 ただし、電話をさらにカスタマイズしたい場合があります。 年月が経つにつれて、新しい電話がはるかに優れたカメラを搭載したようになったとします。 古い電話の残りの部分は正常に動作するかもしれませんが、既存のカメラでは、新しい電話のエクスペリエンスに匹敵することはできません。

モジュラーアーキテクチャでは、新品の電話を購入する必要はありません。 代わりに、レゴのピースのようにカメラを交換して、より良いカメラをはめ込むことができます。

GoogleのProject Araは、モジュール式電話の一例です。 電話機は、選択したパーツを交換できるビルディングブロックでできています。 互換性のある部品が作られている限り、Araはそれらをサポートします。

スマートフォンと同様に、ブロックチェーンは複数の重要なコンポーネントで構成されています。これらのコンポーネントを以下に示します。

• コンセンサス
  • ブロックチェーンのコンセンサスレイヤーは、チェーンの状態についてコンセンサスに達するコンピューターのネットワークを通じて、順序付けとファイナリティを提供します。
• 実行
  • このレイヤーは、指定されたコードを実行することによって、トランザクションの実際の処理を処理します。 また、トランザクションへの署名、スマートコントラクトのデプロイ、資産の転送など、ユーザーがブロックチェーンと対話する場所でもあります。
• 決済
  • 決済レイヤーは、ロールアップなどのレイヤー 2 で実行されるアクティビティや紛争解決を検証するためのプラットフォームとして機能します。 最も重要なのは、実際のブロックチェーンの最終状態が記録される場所です。
• データの可用性
  • 状態遷移が有効であることを確認するために必要なデータは、このレイヤーにパブリッシュして格納する必要があります。 これは、ブロックプロデューサーがトランザクションデータを提供しない攻撃や運用上の障害が発生した場合に、簡単に取得および検証できる必要があります。

簡単に言えば、モノリシックブロックチェーンはこれらすべてのタスクを1つのソフトウェアで単独で実行し、モジュラーブロックチェーンはそれらを複数のソフトウェアに分離します。 この時点で、これらすべてのタスクを一度に処理するブロックチェーンの欠点は何なのか疑問に思うかもしれません。

これは、古くからある問題であるスケーラビリティのトリレンマに起因しています。

スケーラビリティのトリレンマは、ブロックチェーンが分散化、セキュリティ、スケーラビリティの3つの特性のうち2つしか持てないことを示しています。 既存のモノリシックブロックチェーンは、安全でスケーラブルな三角形の角に最適化する傾向があります。 ビットコインとイーサリアムは、可能な限り分散化され、安全であることに重点を置いています。 残念ながら、これには代償が伴います。 分散型チェーンは、通常、トランザクションを実行するための高い帯域幅を持っていません。 イーサリアムは毎秒約20トランザクションを上限とし、ビットコインはさらにスケールが低くなります。 毎秒20トランザクションは、これらのプロトコルをグローバル規模で使用したい場合、ひどく不十分です。 一部のモノリシックチェーンは、TPSと全体的なスループットが十分であるため、少なくとも理論的には、世界規模にはるかに近づくことができます。 しかし、ブロックチェーン技術の中核となる原理である分散化が欠けていることがよくあります。

モジュラーアーキテクチャは、ブロックチェーンの作業の一部をアウトソーシングして、分散化を維持しながら、よりパフォーマンスの高いチェーンを作成することを目的としています。 イーサリアムについて見ていき、モジュール性をどのように活用することが期待されているのかを説明しましょう。

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イーサリアム中心のエコシステム

例:ほとんどのレイヤー1、燃料

現在存在するイーサリアムは、モノリシックなブロックチェーンです。 今日の他のほとんどのレイヤー1ブロックチェーンも、モノリシックブロックチェーンとして分類され、そのように構造化されています。 iPhoneの例のように、モノリシックブロックチェーンの特定の機能は、新しい代替手段の能力に遅れをとってしまうことがあり、最新かつ最も革新的なレイヤー1を探す開発者と消費者の両方を失うことになります。 イーサリアムの現在のスループットのボトルネックに対処するために、開発者はロールアップ実行レイヤーを構築してトランザクション帯域幅を増やしています。

例: Optimism、Arbitrum、Fuel、Scroll、ZkSync

実行レイヤーとしてのロールアップは、今日のイーサリアムで最も広く使用されているスケーリング方法です。 ロールアップは、よりパフォーマンスの高いトランザクション実行を備えた独立したブロックチェーンであり、その最終的な結果はイーサリアムに落ち着き、その(はるかに優れた)セキュリティと分散化を効果的に継承します。

大まかに言うと、ロールアップとは、ブロックの最終的な結果を別のブロックチェーンに投稿するブロックチェーンにすぎません。 ただし、これはロールアップであることの 1 つの要素にすぎず、不正と有効性の証明と、トランザクションのパーミッションレスな挿入方法も必要です。 ロールアップは、レイヤー 1 にデプロイされた 2 つのスマートコントラクトとレイヤー 2 にデプロイされたスマートコントラクトの間でデータを同期することでこれを実現します。このデザインは、サイドチェーンではなくロールアップにするものです。 これらの主要コンポーネントは、ロールアップがなくても停止または打ち切られる可能性があるため、ロールアップをセキュリティで保護するために必要です。

現在、ほとんどのロールアップは、イーサリアム開発者の移行を容易にするためにEVM互換性を提供していますが、計算効率と開発の容易さの点では、実行レイヤーのより良い代替手段があるかもしれません。 ユーザーは、アカウントの抽象化など、EVMと同等のチェーンにはない、より生活の質の高い機能を求めるかもしれません。 開発者の嗜好が多岐にわたることを考えると、この傾向は今後も続くと思われ、SolanaVMやMoveVMの実行レイヤーなど、さらに斬新なソリューションが市場に登場していくでしょう。 Fuel は、EVM と互換性がなく、他のロールアップでは不可能な計算を実行することだけに重点を置いた実行レイヤーの一例です。 また、Fuelは最初の「モジュラー実行レイヤー」であり、これから説明するように、ソブリンロールアップ、決済チェーン、さらにはモノリシックブロックチェーンにすることができます。 ロールアップは実行レイヤーにすぎませんが、燃料はそれ以上になる可能性があります。

燃料は、通常のロールアップでは不可能な方法でモジュール化できます。 そのため、「モジュラー実行層」という名前が付けられています。 Celestiaアーキテクチャの仕組みについては、後ほど詳しく説明します。 (出典:燃料)

Fuelは、実行レイヤーが創造的であり、EVMサポートよりも計算速度を優先できることを示しました。 モジュラーアーキテクチャに精通している人の多くはFuelを知っていますが、もう1つの有力な候補はあまり知られていません。 今後登場する最も興味深いモジュール式実行レイヤーの 1 つが Kindelia です。 Kindeliaは、最速の計算レイヤーの1つであるだけでなく、仮想マシンを利用した独自の証明システムを備えています。 Kindelia の HVM は、Kind と呼ばれるスマート コントラクト言語に組み込まれたほぼ瞬時のプルーフ チェッカーを提供します。 スマートコントラクトは、コードがエクスプロイトから安全であり、正しく動作することをコード内で証明できるため、種類が不可欠です。 このタイプの設計は、不適切にコーディングされたスマートコントラクトの問題を解決し、今日のスマートコントラクトを悩ませているエクスプロイトから私たちを救うことができます。 これは、Kindeliaが他の実行レイヤーよりも価値を提供する方法の1つにすぎません。

しかし、実行レイヤーの観点からのスケーリングは、パズルの 1 つのピースにすぎません。 開発者は、モノリシックなブロックチェーンをさらにモジュール化して、可能な限りのパフォーマンスを絞り出そうとしています。 これは、データ可用性レイヤーをモジュール化する方法につながります。

例: Metis、ZkPorter、Anytrust

バリデウムは、データをオンチェーンに保存するのではなく、オフチェーンに移動するロールアップです。

しかし、なぜデータをオフチェーンに移行しているのでしょうか? これは、データの可用性を最適化しようとしているためです。 ロールアップ システムの全体的な効率は、データ可用性レイヤーの機能に大きく依存します。 このレイヤーがロールアップのトランザクション シーケンサーによって生成された大量のデータを処理できない場合、トランザクション処理のボトルネックにつながります。 その結果、ロールアップは追加のトランザクションを処理できず、ガス料金の増加や実行時間の遅延につながります。 つまり、ロールアップのデータ可用性レイヤーのパフォーマンスは、全体的なトランザクション処理機能とそれに関連する料金を決定する重要な要素です。

バリディウムの欠点は、オフチェーンであるため、より多くの信頼の前提が生じることです。 イーサリアムのデータ可用性レイヤーを改善するためのオンチェーンソリューションが必要です。 答えはダンクシャーディングです。

Dankshardingをイーサリアムに統合することで、決済とデータアクセスの両方のための合理化されたプラットフォームに変身します。

Dankshardingが革新的なのは、これらの概念をまとまりのあるユニットに統合する能力です。 ロールアッププルーフとデータは同じブロック内で検証され、シームレスで効率的なシステムを構築します。 ただし、通常の操作の一環として、ロールアップには圧縮データ用に大量のストレージが必要です。 Danksharding は、この要件に対するソリューションを提供し、複数のロールアップで数百万の TPS の可能性を提供します。 ダンクシャーディングは、ネットワーク アクティビティをシャードに分割して、データ BLOB の領域を増やす手法です。 データブロブは、イーサリアムのより効率的で標準化されたデータ形式であり、大量のデータを伝送でき、ガス料金を削減するためにロールアップで使用されます。 Dankshardingは、「データ可用性サンプリング」を利用して、ノードがごく一部のみを調べることで大量のデータを検証できるようにし、イーサリアムでの直接トランザクションを可能にしながら、より安価で高速なレイヤー2ネットワークが繁栄できる未来への道を開きます。

ダンクシャーディングは、イーサリアム自体のセキュリティと分散化をすべて継承するため、素晴らしいものです。 ただし、これには欠点があります。 イーサリアムの開発ペースが比較的遅いため、ダンクシャーディングがイーサリアムに適切に実装されるのはおそらく数年先でしょう。 EIP-4844 では、Danksharding を実現するための最初のステップである Proto-Danksharding の導入を予定しています。 EIP-4844は、データBLOBに対応する新しいトランザクションを導入することで、イーサリアムを強化します。 このロールアップデータ専用のストレージは、より費用対効果の高い手数料市場への道を開きます。

高速なデータ可用性レイヤーが必要だが、Dankshardingがリリースされるのを座って待ちたくない場合はどうすればよいでしょうか? Celestiaは、まさにそれを提供するプロトコルです。 モジュール性に関するイーサリアム中心の見方からシフトして、モジュラーブロックチェーンが他にどのように解釈できるかを見るために、Celestiaに飛び込む価値があります。

Celestia中心のエコシステム

Celestiumは、Celestiaのデータ可用性とEthereumの決済とコンセンサスを組み合わせたユニークなソリューションです。 ダンクシャーディングは、イーサリアムへの統合、分散化、堅牢性により、依然として最も安全な方法です。 しかし、一部のロールアップは、ダンクシャーディングがイーサリアムに実装されるのを待つのではなく、今すぐスケーラビリティを求めることを好みます。

ダンクシャーディングが待ちきれないプロジェクトの場合、考えられる選択肢の1つは、データが利用可能であることを証明するために「データ可用性委員会」(DAC)を利用するValidiumsなどのオフチェーンデータ可用性ソリューションを利用することです。 ただし、この方法はマルチシグに依存しているため、分散化や安全性はなく、DACが現在誠実であるか、過去に誠実であったかを検証する方法はありません。

Celestiumは、DACに代わるより安全な代替品を提供します。 Celestiumでは、データが利用可能であるという証明は、Celestiaバリデーターセット全体のステークによって裏付けられているため、バリデーターの2/3が誤った情報を提供した場合、彼らはスラッシュされ、多額の損失を被る可能性があります。 これにより、ペナルティが存在しないDACとは異なり、厳しく迅速な対応が可能になります。

さらに、ユーザーはブロックでデータ可用性サンプリングを実行し、CelestiaからEthereumへのトラストレスな一方向メッセージングブリッジであるQuantum Gravity Bridgeをチェックすることで、Celestiaの誠実さを検証できます。 ブリッジは通常、あらゆるソリューションの中で最も脆弱な部分であるため、冗長性を構築する必要があります。

Celestiumは、Dankshardingとともに、データ可用性サンプリング(DAS)を利用して、すべてのデータの悪意がないことを確認します。 DASを使用すると、ノードはランダムなセグメントをダウンロードし、部分が欠落している場合にアラートを出すことで、ブロックの可用性を確保できます。 このアラートシステムは、不正防止(Celestiaなど)を採用するDASメカニズムの1つの側面にすぎません。 Dankshardingのような妥当性証明DASメカニズムの場合、有効性証明がイレイジャーコーディングとコミットメントの正確性を保証するため、アラートシステムは必要ありません。 これらのメカニズムにより、ブロックデータが隠蔽されるリスクが軽減され、多数のノードがブロックをランダムに検査できるようになります。

ノードは、ブロックをランダムにサンプリングして、その可用性を確認します。 (出典:Vitalik Buterin)

データサンプリングは、CelestiaとDankshardingを非常に安全にしている理由です。 少なくともユーザーは、破損が発生した場合にすぐに検出できることを知っています。 対照的に、DACのブラックボックスでは、1年間腐敗があり、誰もそれに気づかないでしょう。

例: 燃料

イーサリアム上の従来のロールアップとは対照的に、ソブリンロールアップは機能が異なります。 標準のロールアップとは異なり、ソブリンロールアップは、レイヤー1上の一連のスマートコントラクトに依存して、ブロックを検証して正規チェーンに追加します。 代わりに、ブロックは生データとしてチェーンに直接公開され、ロールアップ上のノードはローカルフォーク選択ルールを検証して正しいチェーンを決定する役割を担います。 これにより、決済の責任がレイヤ 1 からロールアップにシフトされます。 従来のロールアップとは異なり、ソブリン ロールアップと Celestia の間には、信頼を最小化したブリッジは確立されていません。 ブリッジの信頼性を可能な限り最小限に抑えたいため、これはマイナスと見なすことができますが、これにより、ソブリンロールアップにはフォークによる独立したアップグレードパスの利点が与えられます。 これにより、非ソブリン ロールアップよりも調整が容易になり、より安全なアップグレードが可能になります。 技術的には、ロールアップは通常、決済とデータ可用性のレイヤーが統一されていることを意味するため、これをロールアップと見なすべきではありません。 このため、ソブリンロールアップは単にソブリンブロックチェーンとも呼ばれています。

開発者がCelestiaでソブリンロールアップを簡単に作成できるようにするために、CelestiaはRollmintを作成し、コンセンサスメカニズムとしてTendermintを置き換えました。 これにより、ロールアップはTendermintプロセスを経る代わりに、ブロックをCelestiaに直接公開できます。 この設計では、チェーンの背後にあるコミュニティが完全な主権を持ち、他のステートマシンの権限の対象にはなりません。 これは、イーサリアムコミュニティの社会的コンセンサスに縛られているスマートコントラクトやイーサリアムのロールアップの背後にあるコミュニティとは一線を画しています。

決済チェーンの例:燃料、セブモス、ディメンション

スタンドアロンおよびモジュラ決済コンポーネントの登録は、決済ロールアップの概念を定義するものです。 現在、ロールアップは決済にイーサリアムのメインチェーンを利用していますが、これとは別に追加のソリューションがあります。 イーサリアムチェーンは、スマートコントラクトトランザクション用の他のノンロールアップアプリケーションと共有されるため、規模が縮小され、専門性が欠如します。

ロールアップの理想的な決済レイヤーは、ロールアップスマートコントラクトとロールアップ間の単純な転送のみを許可し、ロールアップ以外のアプリケーションによるトランザクションの決済を禁止またはコストがかかることです。

Celestiaの設計は、開発者が単一の信頼最小化クラスタの一部である実行ロールアップを構築するための標準のグローバルステートコンセンサスレイヤーを提供します。 また、同じグローバル状態コンセンサスレイヤー上のロールアップ間の信頼最小化ブリッジングも可能になりますが、これは現在のアーキテクチャでは見られない新しい概念です。 開発者がこの新しいクロスロールアップパラダイムを採用するかどうかは、まだわかりません。

決済チェーンの例としては、Cevmos、Fuel、dYmensionなどがあり、Polygonはモジュラーアーキテクチャの解釈を構築することでCelestiaと競合しています。 Polygonのモジュラー設計では、Polygon Availはデータの可用性とコンセンサスのモジュラーコンポーネントとして機能し、Polygonブロックチェーンは決済レイヤーとして機能します。

モノリシックチェーンの事例

モジュラーブロックチェーンに関する多くの記事は、通常、モノリシックなレイヤー1を、新しいモジュラーソリューションと比較して恐竜の技術として発音しています。 現在、これらのスケーリングソリューションの大きな問題の1つは、システム全体にさらなる信頼性の仮定を追加することであるため、この主張を完全にサポートすることは困難です。 ほとんどのDACとバリディウムがいかに安全でないかを説明してきましたが、これは実行層(つまりロールアップ)にまで及ぶ可能性があります。

今日最も広く使用されているロールアップのいくつかは、数十億ドルを確保しているにもかかわらず、まだ真に分散化されていません。 この記事を書いている時点では、Optimismにはまだ機能的な不正の証拠がなく、Arbitrumは単一のマルチシグから変更可能です。 どちらのプロトコルも、予定されている開発の一環としてこれらの問題に対処するために取り組んでいますが、プロトコルが特定のアーキテクチャを使用しているからといって、分散化が所与のものではないことを覚えておくことが重要です。 さらに、モジュラーコンポーネント(主にソブリンロールアップ)のすべての部分間のブリッジは、クロスチェーンブリッジが直面するのと同じ不安に直面する可能性があります。 最後に、大きな問題の 1 つは、モジュラー スタック上での開発が複雑になることです。一部の開発者にとっては、難しい場合があります。 最終的には、ロールアップによってこれらの問題が解決され、十分な分散化が達成されることを期待しています。 しかし、モノリシックなレイヤー1も、その間に同じように分散化される可能性があります。

以前のレポートでは、一部のモノリシック レイヤー 1 が DAG アーキテクチャで内部的にどのようにスケーリングされるかについて説明しました。 これは、モノリシックなブロックチェーンがオフチェーンのコンポーネントに依存せずに革新を試みており、パフォーマンスを最大化するために数え切れないほどの最適化が行われていることを示す一例にすぎません。 スケーラビリティのトリレンマの隅々まで解決することを目的とした新しいブロックチェーン設計のアイデアの信用を単純に否定することはできません。

結論

モジュラー型携帯電話があったように、今はモジュラー型ブロックチェーンがあります。 しかし、Dankshardingを中心としたロールアップ中心の未来の可能性を見ると、モジュラーブロックチェーンアーキテクチャがモジュラーフォンと同じ運命をたどる可能性は低いことが示されています。 KindeliaやFuelのような実行レイヤーは、スピードと新機能に重点を置くことで、その上に構築されたアプリケーションを真に革新的なものにすることができるため、特にユーザーの増加が見込まれます。

残念ながら、これらのモジュラー設計の多くはまだテストされておらず、一部のモジュラーブロックチェーン設計は広く採用されない可能性があります。 バリディウムは、セレスティアとダンクシャーディングが広く採用されるようになると、完全に廃止される可能性があります。 Celestiaのソブリンロールアップは、既存のレイヤー1と同じブリッジングの問題に直面する可能性があり、セキュリティと複雑さの懸念から採用が妨げられる可能性があります。

分散型のモジュール式ブロックチェーンの未来は、まだ遠い道のりです。 その間、モノリシックなブロックチェーンは関連性を持ち続け、革新を続けるでしょう。 モジュール式ブロックチェーンが広く採用される未来にようやく到達したとき、モノリシックなブロックチェーンの状況もまったく異なるものになるかもしれません。 それにもかかわらず、既存のブロックチェーンに流動性とユーザーを提供するためのスケーリングソリューションが必要であり、長期的には、モジュール式のブロックチェーンアーキテクチャがそのための最良の方法となるでしょう。

著者

ロバート・マクタグは、同社の初期段階の暗号ベンチャーファンドであるAmber GroupのEco Fundの投資アソシエイトです。 彼は最近、ETHSFで3位に入賞し、数人の友人とともにFuelの上に構築しました。 彼はモジュラーブロックチェーンの将来について非常に楽観的です。

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