Ethereumサイドチェーン vs レイヤー2:違いは何か

イーサリアムネットワークには何百万人ものユーザーが加わり、開発者は日々イーサリアムアプリケーションを構築していますが、イーサリアムはトランザクション数の制限を抱えています。イーサリアムがトランザクションを処理する能力、すなわちトランザクションスループットは15トランザクション/秒に制限されており、そのため手数料が高騰し、多くの人にとって使いにくいほど混雑することが多くなっています。

イーサリアムネットワークはメインチェーンであり、そこで直接発生するすべてのトランザクションは「オンチェーン」、それ以外は「オフチェーン」とみなされます。サイドチェーンやレイヤー2といったオフチェーンソリューションの一部が、イーサリアムのスケーリングを助け、トランザクション速度を上げ、ネットワークが処理できるトランザクションデータ量を増やすことができます。この記事では、サイドチェーンとレイヤー2ソリューションとは何か、そしてそれらがどのようにスケーラビリティに貢献するかを説明します。

サイドチェーンとレイヤー2はどんな問題を解決するのか？

サイドチェーンとイーサリアムのレイヤー2ソリューションは、イーサリアムのスケーリングを助けるという問題に取り組んでいます。オンチェーンでパフォーマンスをスケールアップしようとする試みは、往々にしてイーサリアムの分散性かスケーラビリティのどちらかを犠牲にすることになります。これはスケーラビリティ・トリレンマとして知られています。

イーサリアムレイヤー1の複雑さを増すことは理想的ではありません。なぜなら、新しい改善を継続的に議論し、決定し、実装するためのガバナンスの負担がプラットフォームにとって大きくなるためです。サイドチェーンとレイヤー2ソリューションは、セキュリティと分散性を維持しながら、すべての人にとってイーサリアムを改善する継続的かつ段階的なイノベーションを可能にします。

サイドチェーンとレイヤー2ソリューションの主な違いは何か？

サイドチェーンとイーサリアムのレイヤー2ソリューションの主な違いは、レイヤー2がイーサリアムメインネットワークのセキュリティを継承するのに対し、サイドチェーンは独自のセキュリティに依存するという点です。

イーサリアムのサイドチェーンとは？

イーサリアムのサイドチェーンとは、イーサリアムのメインチェーンと並行して稼働する別個のブロックチェーンネットワークです。 サイドチェーンは双方向ペグシステムを介してメインチェーンに接続され、チェーン間で資産をやり取りできるようになっています。

サイドチェーンには基本的に2つのタイプがあり、一方のチェーンがもう一方に依存しているタイプと、独立しているタイプがあります。

あるチェーンがイーサリアムのような別のチェーンに依存している場合、それはその親チェーンの子チェーンとみなすことができます。通常、子チェーンは独自の資産を生成せず、親チェーンからの転送によって資産を得ます。

サイドチェーンは独自のコンセンサスプロトコルを持ち、多くの場合、特定の種類のトランザクション向けに設計されているため、より高速で低コストになります。しかし、これはイーサリアムのセキュリティ特性を通常継承しないことも意味しており、サイドチェーンを使用する際は資金のカストディを失い、そのサイドチェーン自身のコンセンサスプロトコルに参加するノードを含む、サイドチェーンのセキュリティのみに依存することになります。

サイドチェーンはメインチェーンの混雑を緩和し、すべての人のコストを下げ、イーサリアムエコシステムの使いやすさとスケーラビリティを向上させます。開発者はまた、サイドチェーンを利用して、メインチェーンでは利用できない新しい機能やユースケースを探求・テストすることができます。

代表的なサイドチェーンにはPolygon PoS、Skale、Rootstockなどがあります。Ethereum 2.0にはシャードチェーンと呼ばれる独自のサイドチェーンのバリエーションがあり、これは最近開始されたビーコンチェーンに接続されています。ビーコンチェーンは最終的にプルーフ・オブ・ステーク（PoS）ベースのイーサリアムのメインチェーンとなることを目指しています。

サイドチェーンはどのように機能するのか？

サイドチェーンは、双方向ペグシステムまたはブリッジを通じてメインチェーンに接続することで機能します。 メインチェーンから、あなたのイーサリアムをエグジットアドレスに送ることができます。このアドレスはロックボックスとして機能し、他の場所で使えないようにします。

このトランザクションが完了し、追加のセキュリティのための「コンテスト期間」が経過すると、「Simple Payment Verification」（SPV）と呼ばれる受領証が発行されます。これがトリガーとなり、サイドチェーン上のロックボックスからスマートコントラクトを介して同じ価値が解放されます。サイドチェーンからメインチェーンへ「転送」する場合も、まったく同じプロセスが逆方向に行われます。

サイドチェーンでの開発方法

サイドチェーンはEthereum Virtual Machine (EVM)、すなわちイーサリアムの計算エンジンをベースにしています。このEthereum Virtual Machineとの互換性により、開発者はサイドチェーンでアプリケーションを使いたい場合でも変更を加える必要がありません。すべて同じSolidityのソフトウェアレイヤーを共有し、同じWeb3 APIを通じてアクセスできるため、単に同じコードをデプロイするだけで済みます。

レイヤー2プロトコルとは？

レイヤー2プロトコルとは、イーサリアムチェーンの内部で稼働しながら、二次的なフレームワークを通じてより高いスケーラビリティを達成できるチェーンです。これにより、大部分のアクティビティを第2レイヤーで処理することで、メインレイヤーの混雑を緩和します。サイドチェーンとは異なり、レイヤー2は一般にメインチェーンのセキュリティ特性を継承します。

レイヤー1はベースとなるブロックチェーンです。イーサリアムはレイヤー1のブロックチェーンであり、様々なレイヤー2ブロックチェーンが構築される土台となっています。簡単に言えば、レイヤー2はトランザクションの束を圧縮し、イーサリアムのメインネットワークに提出します。

レイヤー2スケーリングソリューションとは？

レイヤー2スケーリングソリューションには、チャネル、Rollups、Plasmaが含まれます。 それぞれのソリューションについて説明します。

1. ステートチャネル

ステートチャネルでは、ユーザー同士が直接オフチェーンで取引を行い、オンチェーンのトランザクションを最も重要な情報のみに減らします。具体的には、ブロックチェーンの一部がスマートコントラクトによってロックされ、トランザクションに関わる参加者が更新前に完全に合意する必要があります。

参加者は、ブロックチェーンに提出できるトランザクションを作成し署名することで、互いの間で状態を更新します。チャネルの利用を停止したい場合は、退出して最後の状態更新をメインチェーンに提出し、状態が再びロック解除されます。

2. Rollups

Rollupはイーサリアムのメインブロックチェーンの外でトランザクションの実行を行い、複数のトランザクションをまとめてバッチ化してからメインのイーサリアムネットワークに送り返します。Rollupsはトランザクションを処理することなく、その正当性をイーサリアムが検証できるようにするために証明に依存しています。

Rollupsの2つのタイプとは？

一般的に、Rollupsにはゼロ知識（ZK）RollupsとOptimistic Rollupsという2つのタイプがあります。

1. ゼロ知識ロールアップ（ZK rollups）

**ゼロ知識ロールアップ（ZK rollups）**は正当性証明を使用します。トランザクションの各バッチには、Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge（SNARK）と呼ばれる暗号学的証明が含まれており、これはメインのイーサリアムレイヤー上のコントラクトによって検証されます。

メインチェーンに保存する必要があるのは正当性証明のみであり、かさばるトランザクションデータではないため、このオフチェーンでの計算によって処理時間と処理能力を大幅に節約でき、ゼロ知識ロールアップはより高速で効率的になります。

2. Optimistic rollups

Optimistic Rollupsは不正証明を使用します。その名の通り、すべてのトランザクションが有効であると楽観的に仮定し、最初の証明なしにバッチを提出します。この後、他の人がバッチ内のデータが不正であることを検出し証明できるチャレンジ期間があります。

バッチが不正であることが判明した場合、Optimistic rollupsは不正証明を実行し、メインのイーサリアムチェーン上で利用可能なデータを使って正しいトランザクション計算を行います。参加者にETHのステークを義務付け、その行動に応じて報酬または没収を行うことで、良い行動へのインセンティブを与えています。

Optimismのような企業は、より高いスループット、より低いレイテンシ、より低いガス代を提供することで、イーサリアムのスケーリングを助けています。この記事の執筆時点で、Optimismのガス代はイーサリアムより最大10倍安くなっています。

3. Plasma

Plasmaは、スマートコントラクトとMerkle treeを組み合わせて子チェーンを無限に分岐させる、イーサリアムのネイティブなサイドチェーンだと考えてください。これらの子チェーンは、独自のコンセンサスメカニズムを持つイーサリアムメインチェーンの小規模なコピーです。

計算に必要な帯域幅とトランザクションデータは親チェーンからオフロードされますが、定期的にルートチェーンに投稿されます。各子チェーンは、Rollupsに似た不正証明システムに依存しており、誰でもその正当性に異議を唱えることができる期間が設けられています。

他のサイドチェーンとの主な違いは、各Plasmaチェーンブロックの「ルート」がイーサリアムに公開されることであり、これによってメインチェーンのセキュリティを継承することになります。

Polygonのような企業は、開発者にもエンドユーザーにも、より低いガス代でより高速なトランザクションを提供しています。これらの明確な利点により、Plasma上での構築は非常に魅力的なものとなっており、爆発的な成長を遂げている理由も容易に理解できます。

Alchemyはどのサイドチェーンとレイヤー2をサポートしているか？

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• Polygon（サイドチェーン）
• Arbitrum（レイヤー2）
• Optimism（レイヤー2）
• Starknet（レイヤー2）

サイドチェーンやレイヤー2（チャネル、Optimistic rollup、ZK rollup、Plasma）といったスケーリングソリューションの実装が広く採用されることで、イーサリアムメインネットへの負荷が軽減され、より多くのユーザーがトランザクション時間の遅さを改善し、高額なトランザクション手数料を下げることができます。それでいて、イーサリアムでよく知られている同じセキュリティ保証（レイヤー2ソリューションの場合）や分散型アプリケーションは維持されます。