LoopringやzkSync・StarkExを比較｜zkEVMの将来性

この記事は「Loopring CTO Steve: What is the real future of Layer-2 networks」を日本語訳したものです。

みなさん、こんにちは。LoopringProtocolのCTOであるSteveGuoです。今日お話ししたいトピックは、NFTとDeFiです。昨夜、誰かが（イーサリアム）レイヤー1でトランザクションを行おうとしたかどうかはわかりません。

SWAPを試みたところ、数百ドルの費用がかかりました。最も厄介なのは、失敗したことです。明らかに、この種のトランザクションの高コストは、大規模なアプリケーションやプロモーションでは受け入れるのが困難です。これは、今日私が共有したいトピックでもあります。

レイヤー2ネットワークの本当の未来は何ですか。

次に、トピックを入力します。まず、この図を見てください。この図は、レイヤー2ネットワークと呼ばれるものを要約したものです。

私の定義では、レイヤー2ネットワークはレイヤー2ネットワークであり、その資産セキュリティはレイヤー1ネットワークに依存しています。そのため、xDaiやBSCなどの一部のサイドチェーンを除外しました。

さらに、レイヤー2テクノロジーは、現在3つのタイプのテクノロジーに分類できます。最も初期のテクノロジーはステートチャネルテクノロジーであり、その後プラズマに進化し、次に最新の比較的ホットなロールアップテクノロジーに進化しました。

ロールアップは、オプティミスティックロールアップとzkRollupの2つのスキームに分けられます。これらの2つのトラックのそれぞれに多くのプロジェクトがあります。Loopringプロトコルは、zkRollupsを起動した最初のプロトコルでした。

StateChannel

次に、最初のレイヤー2テクノロジーであるStateChannelを見てみましょう。ステートチャネルのコアアイデアは、実際にはビットコインのライトニングネットワークから派生しています。

たとえば、アリスとボブが送金する必要がある場合、両方がオンチェーンの場合、コストは非常に高くなります。したがって、アリスとボブがそれぞれ最初にスマートコントラクトに資金を預けることに同意することができます。

2つが保管された後、アリスとボブはガスを消費せずに無期限にオフチェーンで送金し、全員が退出するときにスマートコントラクトを使用して決済を行うことができます。この写真は、最初は全員が5元でしたが、オフチェーン転送後、最終的な決済は3元と7元であったことを示しています。

このようなプロセスの中心的なアイデアは、ステートチャネルと呼ばれます。このオフチェーン転送の方法は確かに非常に高速であり、また非常に安価です。

しかし、いくつかの問題があります。まず、両端に資金を預ける必要があり、資金のシェアが非常に高いです。また、それはポイントツーポイントです。たとえば、AがB、次にCで送金したい場合、いくつかのステートのチャネルを確立する必要があります。このような相互作用はお勧めできません。

その後、ライトニングネットワークやセラーなどの技術進化の方向性が広がり、ポイントツーセンターになりました。取引をしたい人は誰でも、ステートのチャンネルを使って接続し、センターと取引する必要があります。

しかし、資本回転率を確保するためにセンター自体が大量の資金を預けなければならないため、これは依然として同じ問題を抱えています。したがって、このソリューションは、送金/支払いのアプリケーションにのみ使用できます。

ステートチャネルのこれらの制限のために、それはプラズマと呼ばれる技術に自然に進化しました。プラズマ技術は、ステートチャネルの資本稼働率の問題を解決しようとしています。

Plasma

Plasmaは、チェーンの下にUTXO（Unspent Transaction Output）などの構造モデルを提供します。全員の転送記録はビットコインUTXOトランザクションに似ています。プラズマチェーンでトランザクションが確認された後、プラズマはすべてのマークル状態を、たとえばイーサリアムのスマートコントラクトに送信します。

スマートコントラクトはすべてのオフチェーン状態を記録し、最後に、Plasmaはチャレンジメカニズムに依存して、すべてのオフチェーントランザクションが正しく実行されるようにします。これにより、たとえば、転送が二重に使用されることはありません。

プラズマはステートチャネルよりも一歩進んでいます。つまり、資本稼働率の問題を解決しますが、プラズマがもたらす新たな問題は、困難な終了期間です。Plasmaは、トランザクションの最終確認を確実にするために、少なくとも1週間の終了期間を必要とします。

同時に、Plasmaでは、Plasmaチェーン上のすべてのUTXOトランザクションを監視する必要があります。ユーザーは、これらの履歴トランザクションに基づいてトランザクションの問題に挑戦する前に、これらのトランザクションを自分で監視する必要があります。これは、通常のユーザーにも受け入れられません。

したがって、Plasmaも自然に進化する必要があり、それが次の比較的ホットなOptimisticRollupテクノロジーに進化しました。楽観的なロールアップは、Plasmaで述べた問題を実際に解決します。つまり、プラズマチェーンのデータは最終的にはマークルルートのみであるため、チャレンジするのはより困難になります。

Optimistic Rollups

これを解決するために、Optimistic Rollupsは、世界の状態のルートを含むすべてのオフチェーンの生のトランザクションデータをチェーンに送信します。これにより、チェーンに記録されたすべての元の情報に基づいて、誰でもチャレンジできます。

図に示すように、Optimistic Rollupsを使用すると、ユーザーはワールドステートを送信し、チェーン上の元のトランザクションデータを送信できます。その後、このデータに基づいて、転送が有効かどうかを誰でもチャレンジできます。このアイデアは、オプティミスティックロールアップと呼ばれます。

Optimistic 

このアイデアは、実際には2つのライブメインネットプロジェクトで実装されています。

最初のプロジェクトは楽観主義と呼ばれています。このプロジェクトの開発チームは、実際にはPlasmaに継承されています。その核となるアイデアについて説明しました。では、そのブレークスルーポイントは何ですか？もちろん、Plasmaのアプリケーションシナリオを拡張します。以前のStateChannelとPlasmaはすべて、送金/支払いを適用するためのものです。送金/支払いを拡大する方法は？

たとえば、チューリングの完全なプログラミングを使用してオフチェーンのEVM命令と互換性を持たせることで、誰もがオフチェーンでSolidityプログラムを直接実行できるようになります。

Optimismのアイデアは、スマートコントラクトをチェーンにデプロイし、スマートコントラクトを使用して、OVMとも呼ばれるオフチェーンのEVM互換命令の実行を受け入れることです。楽観主義は、OVMのバイトコードがEVMのバイトコードに1つずつマップされるようにするという1つのことを試みますが、実際には、約20バイトコードだけでこの種のマッピングを行うのは難しい場合があります。 

したがって、現在のOptimismの大きな問題は、100％のEVM互換性を達成できないことです。Optimisticにはこの問題があるため、Arbitrumが改善計画を提案したのは正確です。Arbitrumは、8月末からメインネットでリリースされました。最初に試すことができます。

Arbitrum

Optimismに基づくArbitrumの独創的な改善は、チェーン上でEVMバイトコードを実行する代わりに、独自のAVMバイトコードを定義することです。AVMのバイトコードは非常に合理化されたサブセットです。このように、ユーザーが最初のレベルで挑戦するとき、ガスはより低くなり、消費量はより少なくなります。

現在の効果は、Arbitrumの転送料金がOptimismの転送の約1/2であるということです。Arbitrumは、ユーザーがフラグメントごとにチャレンジできるように、チャレンジメカニズムも改善しました。

断片化の課題とは何ですか？たとえば、1つのブロックに1000のトランザクションがありますが、そのうちの1つだけが間違っています。次に、二分法と同様のアイデアを使用して、最初の512が正しいかどうかをユーザーに証明させ、正しい場合は次の例、たとえば256にチャレンジし、引き続き二分法を使用してチャレンジします。これがArbitrumです。

zkRollup

では、これはレイヤー2ネットワークの未来ですか？そうではないと思います。

イーサリアム（創設者）のVitalikは、今年の初めにOptimistic Rollupソリューションは短期的にはEVMと互換性がある可能性が高いと述べましたが、中長期的にはzkRollupsについてより楽観的です。

実際、zkRollupsとOptimistic Rollupsの本質的な違いは、チャレンジメカニズムに依存しないが、チェーンの清算の最終的な確実性を即座に保証することです。zkRollupsは、zk（ゼロ知識）証明と呼ばれる一連の数学システムに依存しています。この写真は、zk証明が何であるかを大まかに説明しています。

zk証明は、基本的に1つのことを行います。つまり、他の人に答えを伝えることなく、あなたが答えを知っていることを他の人に証明します。

たとえば、問題yの関数fがあります。私のプライベートシークレットxに従ってyを計算し、この関数を介してyを取得できます。最後に、私があなたに開いているのは、関数fと問題yです。しかし、私のxはあなたに言うことができません、私はyを計算するためのxを知っていることをみんなに知らせたいです。これはzk証明と呼ばれます。

これはかなり抽象的なかもしれません。この写真でウォーリーを探すなど、実際的な例を挙げましょう。

私がみんなに証明したいのは、この地図のどこにウォーリーがいるのかを知っているということです。どうすればそのようなことができますか？場所を直接教えられないので、次のようにできます。たとえば、写真を覆うのに十分な大きさの黒い布を見つけ、黒い布の小さな図を切り取って、小さな図を表示します。 これで、このマップ上のWaldoの位置を知る必要があることがわかりますが、この位置は明らかにしませんでした。これがzk proofの仕組みです。

私は一つのことを証明しましたが、秘密は教えませんでした。黒魔術のように聞こえるこのような一連のテクノロジーと、そのコアとなる技術的アイデアは、まとめてzkRollupsと呼ばれます。この写真は、コアアイデアを大まかに説明しています。

実際、zkRollupsの中心的なアイデアは、すべての世界の状態を大きなマークルツリーとして分類することです。その後、すべてのオフチェーントランザクションは、基本的にアカウントの世界の状態を変更するだけです。

最後に、リレーシステムを使用してすべてのオフチェーントランザクションを収集し、これらのトランザクションが処理された後のワールド状態のルートのハッシュもチェーンに記録され、これらのトランザクションのメタデータのtx情報も記録されます。記録されました。同時に、ゼロ知識証明と呼ばれる証明書も提出されました。この証明がチェーンで検証されている限り、チェーンの下での計算がすべてのtx情報を忠実に処理したことを意味します。これは、zkRollupsとOptimisticRollupsの最大の違いです。

Optimistic Rollupsはメタデータとルートハッシュのみをチェーンに送信しますが、zkRollupsはzk証明証明書も送信するため、チャレンジメカニズムに依存することなく最終的な決済を保証できます。

ループリング

私たちのループリングプロトコルは2019年の終わりに開始され、メインネット上で世界初のzkRollupです。これまでにいくつかのバージョンを経験してきました。最初のバージョンは注文書のDEXトランザクションのみをサポートし、2番目のバージョンでは送金支払いをサポートし、3番目のバージョンではAMMスワップをサポートしていました。今年の9月の初めに、レイヤー2NFTをサポートする最新バージョンを正式にリリースしました。このバージョンは、レイヤー2での鋳造、転送、および取引用のNFTをサポートしているため、全体的なガスコストを削減できます。

zkSync

同時に、zkRollupトラックには、Matter LabsのzkSyncなど、誰もがよく知っているプロジェクトがいくつかあります。

LoopringとzkSyncの最大の違いは、使用されるゼロ知識証明アルゴリズムが異なることです。LoopringはGroth16と呼ばれる一連のアルゴリズムを使用し、zkSyncはPlonkと呼ばれるアルゴリズムを使用します。2つのアルゴリズムの本質的な違いは、信頼できる初期設定が最も早いかどうかにあります。ループリングが必要です。回路の動作を変更するには、信頼できるセットアップが必要ですが、zkSyncではこれは必要ありません。

Matter Labsは、実際には1.0と2.0という2つのバージョンを経ています。2.0はzkPorterと呼ばれ、1.0はzkSyncと呼ばれます。それらの主な違いは、2.0でのガス消費量をさらに削減するために、マーケルツリーとメタデータトランザクションデータはチェーン上になく、コミュニティPOAと同様のオフチェーンプルーフを使用してデータを保存することです。

ただし、メタデータがチェーン上にない場合、ユーザー資産のセキュリティはレイヤー1によって真に保証されないことを覚えておいてください。

私の意見では、このようなシステムでは、基本的にユーザーが自分で選択することができます。安全を確保したい場合は1.0を使用し、より安価に（ただし安全性を低下させたい場合）はzkPorterを使用します。同時に、MatterLabsがEVM互換のzkRollupシステムにも取り組んでいることもわかっています。Zincと呼ばれるプログラミング言語を定義します。つまり、レイヤー2プロジェクトは、最終的にzkEvmになることを目指しています。

StarkEx

もう1つの有名なzkRollupプロジェクトは、StarkWareによって立ち上げられたStarkExです。

初期の頃は、最初にオンラインになったときにzkRollupであると主張していたため、人々はそれを批判しましたが、実際には、アプリケーションのメタデータをチェーンに配置していませんでした。実際、そのようなシステムはzkRollupとは呼べないため、Vitalikは当時それをValidiumと名付けました。その後、メタデータをチェーンに送信するモードをサポートするように拡張されました。これを真のzkRollupと呼ぶこともできます。

StarkExは初期に独自のプログラミング言語を定義し、最初からプログラム可能なzkRollupシステムを作りたいと考えていました。StarkExによって定義された言語はカイロと呼ばれ、その中心的なアイデアは、ユーザーがカイロ言語でスマートコントラクトを記述できるようにすることです。次に、それをたとえばEVMバイトコードに変換し、StarkExのzkRollupシステム全体で検証と計算を実行するのに役立ちます。

zkEVM

私は多くのことを話しましたが、完璧なレイヤー2ソリューションがないことがわかります。すべてに制限があるか、データの可用性がありません。私の意見では、最終的に完全に使用可能なレイヤー2ネットワークはzkEVMである必要があります。zkEVMとは何ですか？

名前が示すように、開発者がEVMでスマートコントラクトを作成する限り、このスマートコントラクトのバイトコードはzkRollupタイプの環境で直接実行できます。現在のようにEVMの仮想マシンでは実行されませんが、zkEVMと呼ばれる仮想マシンで実行されます。zkEVMは、バイトコードが実行された後、zkEVMオフチェーンによって実行されたスマートコントラクトが実際に実行されたことをレイヤー1ネットワークに証明できることを保証できます。

zkEVMの場合、現在の設計アイデアは実際には2つのカテゴリに分類されます。

先に述べたように、Hermezと呼ばれる別のプロジェクトを含むMatter LabsのZinc言語とStarkWareのCairo言語も、最近zkEVMを提案しました。彼らの中心的なアイデアは、一連の言語を自分で定義し、この言語をEVMの言語に翻訳することです。

つまり、EVM言語を自分で定義し、EVMバイトコードをEVMコードに変換してから、基本的にzkEVMで独自のバイトコードを実行します。残念ながら、このソリューションでは100％の互換性を実現できない可能性があります。

もう1つの新しいソリューションは、イーサリアム財団によって行われているプロジェクトです。実際、Loopringもこのプロジェクトに参加しています。これは単に「zkEVM」と呼ばれています。

そのアイデアは、Solidityコードを変換せずにEVMのバイトコードに直接コンパイルし、zkEVMの仮想環境でバイトコードを直接実行することです。その仮想環境は2つの最大のことを行います。1つ目は、EVMプルーフと呼ばれるバイトコードの実行が正しいことを証明することです。2つ目は、世界の状態の変更が正しいことを証明することです。

このソリューションが最終的なレイヤー2ネットワークになると思います。

開発者は、レイヤー1で実行するEVMコードのセットを作成するだけで済み、レイヤー2でもシームレスに実行できます。そして、このスキームはzkRollupであり、最終的な決済の即時性を保証できます。もちろん、このソリューションをオンラインにするのはそれほど簡単ではないと思います。1年かそこらで、誰もがプロトタイプまたは最初の商用バージョンを見ることができるはずだと推定されています。

みなさん、ありがとうございました。これで私のスピーチは終わりです。

Q＆A

最後に、コミュニティは次のことも尋ねました。

スティーブ博士、ソラナとカルダノについてどう思いますか？

スティーブ：
先ほど言ったのはレイヤー2ネットワークです。レイヤー2ネットワークセキュリティはレイヤー1から保証する必要があるため、SolanaやCardonoのようなプロジェクトは、私の意見ではサイドチェーンとしてのみ定義できます。xDAIやPolygonなどのイーサリアム独自のサイドチェーンと同様に、これらはすべてイーサリアムのサイドチェーンです。

サイドチェーンの最大の問題は何ですか？

資産のセキュリティは、サイドチェーン自体によってのみ保証されます。率直に言って、通貨が側鎖を通過すると、通貨のセキュリティはこのチェーンがそれをどのように処理するかにのみ依存することができます。しかし、これらのチェーンの存在も意味があります。

意味は何ですか？

私の意見では、将来の進化の方向性は、アプリチェーンの概念に似ているかもしれません。チェーンは専用チェーンであり、このチェーンはいくつかの特別なシナリオを処理するために使用されます。Solanaと同様に、実際には、最初に発売されたときのオーダーブックトランザクションの解決に重点を置いていました。

将来的には、特定のアプリケーション向けに設計されたこの種のアプリチェーンの機会はまだあると思います。将来のパターンは、大規模なレイヤー1ネットワーク、次にレイヤー2ネットワーク、そしてサイドチェーンもあると思います。共存関係であるネットワークは全部で3つあります。

9月8日午後2時30分、LoopringのCTOであるSteve Guoは、深セン南山ブロックチェーンテクノロジーアプリケーション協会が主催する「第2回BLOCKCHAIN2140深センブロックチェーンウィーク」オンラインライブイベントに招待されました。

会議では、スティーブは「レイヤー2ネットワークの本当の未来は何か」について基調講演を行いました。彼は、各レイヤー2プロジェクトの長所と短所を詳細に分析しながら、レイヤー2テクノロジーの進化について簡単な方法で話しました。彼は、レイヤー2ネットワークの将来の開発方向を説明することでスピーチを終えました。

ループリングについて

Loopringは、スケーラブルで安全な交換と支払いのためのイーサリアムzkRollupプロトコルです。Loopringは、モバイルイーサリアムスマートウォレットであるLoopring Wallet、L2オーダーブックおよびAMM DEXであるLoopringExchangeなど、レイヤー2上に非管理型の高性能製品を構築します。

Loopring CTO Steve: What is the real future of Layer-2 networks