Plasma vs Rollup ~L2の覇権争い~

参考↓
https://www.zeeve.io/blog/plasma-chains-vs-rollups-whos-winning-the-battle-for-layer2-supremacy/

はじめに

イーサリアムのエコシステム上ではレイヤー2が急速な発展をし続けているが、ネットワークの混雑、低いTPS、遅い応答時間といったトレードオフも見られる。PlasmaとRollupは、共にブロックチェーンのスケーラビリティ問題に効率的に取り組めることが証明されている2つのレイヤー2ソリューションである。

2017年、Plasmaは独立した子チェーン上でトランザクションを処理する機能によって、高いスケーラビリティ、スループット、スピードを実現し、大きな人気を博した。ご存知の通り、Plasmaチェーンはアプリケーションの制限とクライアント側のデータストレージのコスト増加により、徐々に姿を消していった。

PlasmaとRollupの基本

Plasmaとは？

Plasmaは、親チェーンとも呼ばれるメインのブロックチェーン（イーサリアム）の上に構築・管理される独立した子チェーンである。これらのイーサリアムの小さなコピーは、スマートコントラクトとマークルツリーメカニズムを利用することで、Plasma Frameworkで構築される。

Plasmaチェーンは、入出金とマークルツリーのルートを除くすべての取引をオフチェーンで計算する。すべてのオフチェーンデータ、Plasmaスマートコントラクトは、レイヤー1には決して公開されない。 最終的な状態のみがオンチェーンで公開され、定期的に更新される。
Plasmaチェーンのこのアプローチは、データの可用性の問題を引き起こし、今日のプロジェクトの実現可能性を低下させた。

詳しい説明↓
Plasmaチェーンはトランザクションのオフチェーン処理をサポートし、ノードを各トランザクションの検証から解放する。オフチェーンでの計算によりレイヤー1での混雑が緩和されるため、プラズマチェーンはスピードとコストの最適化が容易になる。しかし、Plasmaチェーンは取引データをベースレイヤーに開示することはなく、むしろオフラインでチェーン自体に保存される。
Plasmaチェーンにおけるステートコミットメントは「Merkle Roots」（Merkle Treeから派生）の一形態であり、オペレーターは定期的にイーサリアムチェーン上に提出しなければならない。このアプローチにより、Plasmaチェーンと親チェーン間の同期が維持され、無効なトランザクションの発行が防止される。
他のすべてのブロックチェーンと同様に、Plasmaチェーンも資金の二重支出のような悪意のある行為の場合に取引の完全性を保証するメカニズムが必要である。これを克服するため、Plasmaは不正証明を使って取引の正当性に関する紛争を解決し、また悪意のある行為にペナルティを与える。
Plasmaチェーンはイーサリアム上に展開されるマスターコントラクトを利用する。このコントラクトはPlasmaネットワークとメインネット間のチャネルとして機能し、両者間のシームレスな資産の移動を可能にする。さらに、このマスターコントラクトはステートのコミットメントを監視し、詐欺の証明を通じて悪意のある行動を罰することもできる。

Rollupとは？

ブロックチェーンにおけるRollupは、イーサリアムのsettlementレイヤーの外側でトランザクションを実行するオフチェーンレイヤー2スケーリングソリューションである。ブロックチェーンのロールアップには、主にOptimistic RollupsとZK Rollupsの2つのタイプがある

Optimistic Rollupsでは、トランザクションを大きなバッチにまとめ、圧縮したデータをイーサリアムにポストする。そうすることで、Optimistic Rollupsはチャレンジ期間中に参加者がデータを検証し、必要であれば異議を申し立てることができる。
ZK RollupsもOptimistic Rollupsと同様に機能するが、トランザクションが有効であることを証明するために高度な暗号学的証明(ゼロ知識証明)を使用する。この証明は、完全なトランザクションデータを投稿するのではなく、レイヤー1で公開される。

Rollupはまた、簡単にカスタマイズできるように設計されているため、決済、ゲーム、DeFiなど、ユースケースに応じたアプリケーションに合わせて簡単に最適化することができる。

詳しい説明↓
Rollupはオフチェーンでトランザクションを実行するが、圧縮されたデータはオンチェーンで利用可能になるため、ユーザーは各トランザクションの真正性を検証できる。これはOptimistic Rollupsの場合であり、ZKRrollupsではバッチ化されたトランザクションは暗号証明の提供を通じてレイヤー1上に提出される。これにより、ロールアップはデータをオープンでアクセス可能かつ透明な状態に保ち、ネットワーク全体の整合性を維持する。
ZkRollupsは、オンチェーンでの計算の詳細を必要とせずにトランザクションの即時確認を保証する高度な暗号証明を使用している。これらの有効性証明には、zk-SNARKやzk-STARKSなど幅広い種類があり、ロールアップに独自の特性を提供している。

PlasmaとRollupのそれぞれの利点とは？

Plasmaの利点

1. カスタマイズ性
   プラズマチェーンはスタンドアロンチェーンで、dAppsの好みに応じてカスタマイズできる。例えば、Plasmaチェーンは取引の安全性のためにプライバシー保護機能を提供したり、複雑なスマートコントラクトを含めたり、NFTをサポートしたりすることができる。なお、これらのカスタマイズは主に決済のユースケースを想定している。

2. セキュリティ性
   独立したチェーンではあるが、Plasmaチェーンはルートチェーン（イーサリアム）からセキュリティと最終性を引き出し、詐欺防止機能によってさらなるセキュリティを確保している。これに加えて、Plasmaチェーン上のユーザーは、悪意のある行為が疑われる場合やチェーン自体が利用できなくなった場合に、いつでも資金を引き出してルートチェーンに移行できる柔軟性を持っている。

Rollupの利点

1. 極端に低いガス代、また、ガスレス取引が可能
   ネットワークの混雑がほとんどないオフチェーンで取引が処理されるため、ロールアップ・ネットワークでは取引手数料が大幅に削減される。さらに、ロールアップはオンチェーンリソースを利用してガス代を削減したり、ガスなし取引をユーザーに提供することもできる。

2. Validiumによるオフチェーン・データの可用性
   RollupはValidiumとして設計することができ、中央集権的なデータプロバイダーを通じてオフチェーンデータストレージを可能にしている。例えば、Polygon CDKでは、ZkrollupsチェーンをValidiumとして立ち上げることができ、中央DAレイヤーを使用し、DAC（Data Availability Committee）を通じて可用性を確保することができる。

プラズマへの問題点  -何がプラズマを没落させたのか？

議論されているように、Plasmaチェーンはレイヤー2のスケーリングに様々な利点を提供するが、その没落につながった重大な課題に直面している。プロジェクトについて言えば、OMG NetworkとMatic Network（現在はPolygon）は人気のあるPlasmaネットワークである。OMG Networkは、イーサリアムのスケーリングにPlasmaの実行可能なバージョンをまだ使用している。しかし、Polygon上のPlasmaサイドチェーンはzkEVM validiumになりつつあり、ゼロ知識証明を搭載したLayer2パブリックチェーンとなっている。

Plasmaチェーンにおける最大のリスクは、運営者の悪意ある行為である。運営者が無効なトランザクションのあるブロックを公開したり、運営者がユーザーへの重要な情報提供を拒否するような事態が起きた場合、これらはすべて、エコシステムとそのユーザー全体に害を及ぼす可能性がある。
もう一つの重要な課題は、データの入手可能性である。Plasmaのデータはオンチェーンでは利用できない。その代わり、オフチェーンに保存されている。Plasmaブロックやそのプルーフが利用できない場合、ユーザーは取引に異議を唱えたり、資金を引き出すことができなくなる。これは、オペレーターがオフラインになったり、トランザクションを検閲したり、悪意のある活動を行ったりした場合に起こりうる。

また、Plasmaは相互運用性の面で成熟していない。他のPlasmaチェーンやレイヤー2ソリューションとの相互運用性を実現するのが難しい。相互運用性の欠如は、ネットワークの使いやすさと機能性を制限し、ユーザーエクスペリエンスに影響を与える。
Plasmaチェーンはまた、大量退出が発生した場合、ネットワークの混雑に直面する可能性がある。例えば、ネットワークが攻撃されたり、停止したりした場合、ユーザーは大量の資金を引き出したくなり、混雑を引き起こし、高額の手数料が発生する。

まとめ

レイヤー2のPlasmaとRollupは、レイヤー1のスケーラビリティの問題に取り組むという共通の目的を持ったスケーリング・ソリューションである。しかし、Plasmaは現在あまり普及していない。一方、ブロックチェーンのスケーラビリティ問題の最終的な解決策とも言われているRollupは、多くのWeb3プロジェクトで積極的に実装されている。Polygon CDK、OP Stack、Arbitrum Orbit、ZkStackのような主要なロールアップスタックは、ゲーム、NFT、DeFi、決済トークン化などにまたがる革新的なプロジェクトに選ばれ使われている。

このような経緯があり、現在、レイヤー2のスケーリングではRollupが優位に立っているのである。