過去 2 年間、Ethereum は「Rollup 中心」のロードマップに全面的に取り組んできました。この戦略では、ETH をブリッジ コントラクトにロックし、オフチェーンでトランザクションを実行し、詐欺証明またはゼロ知識証明 (ZKP) のいずれかの証明を使用してレイヤー 2 (L2) の状態を検証し、引き出しを処理します。

しかし、大きな課題があります。Ethereum 自体は EVM 実行をネイティブに検証しないため、ロールアップは状態遷移を検証するために独自の証明システムをオンチェーンで独立して実装する必要があります。

Ethereum は頻繁にハードフォークを実行し、EVM が変更される可能性があるため、ロールアップ チームはカスタム実装の保守と更新の責任を負う必要があります。これには通常、ブリッジ契約と認証メカニズムの更新を管理するためのセキュリティ委員会の設立、またはトークンベースの投票ガバナンス システムの採用が必要になります。

前回のシリーズでは、ベース ロールアップとブースター ロールアップについて説明しました。ここで、ネイティブ ロールアップの概念をさらに詳しく見ていきましょう。

ベース、ブースター、ネイティブの違いは何ですか?

ベース ロールアップ、ブースター ロールアップ、ネイティブ ロールアップの定義には多くの混乱が生じる可能性があります。前回のシリーズでは、Based rollupとBooster rollupを紹介しましたので、この記事を読む前にそちらをチェックすることをお勧めします。ここでは3つのタイプを簡単に見ていきましょう。

ベースロールアップは、トランザクションの順序付けに L1 バリデータ セットを使用して分散化を促進しますが、L1 ブロック時間が比較的長い (例: 12 秒) ため、スループットに影響する可能性があります。ただし、コミュニティが革新を続ける中で、事前確認テクノロジーを使用してユーザーがより迅速な取引の確定を享受できるようにすることで、このエクスペリエンスを改善するための取り組みが進行中です。

Booster Rollups は、L2 で L1 処理をエミュレートすることで実行とストレージを拡張し、再展開せずにアプリケーションを拡張できるようにします。このアプローチはスケーラビリティを提供しますが、従来のロールアップに比べて複雑さが増し、開発と保守にさらに複雑なエンジニアリング作業が必要になります。

ネイティブ ロールアップは、アプリケーション層の状態遷移の検証として、L1 独自の状態転送関数 (STF) を利用します。ただし、Optimism、Arbitrum、およびその他のロールアップは EVM と同等の環境で動作しますが、Ethereum に直接実装するには複雑または非現実的なカスタム変更が含まれていることがよくあります。

かつてはフィアット ロールアップと呼ばれていたネイティブ ロールアップについては、さまざまな文献で詳細に説明されてきました。さらに、「canonical rollup」という用語が @apolynya によって簡単に使用されました。ただし、「フィアット」という用語は最終的に「ネイティブ」に置き換えられ、既存の EVM 相当のロールアップがこのモデルにアップグレードされる可能性があることを示しました。 「ネイティブ」という用語は、@danrobinson と Lido の匿名の寄稿者によって造られました。

ネイティブロールアップはどのように機能しますか?

ネイティブ ロールアップ提案では、ロールアップ状態遷移の検証機能として機能することを目的とした EXECUTE プリコンパイルが導入されています。このプリコンパイルにより、ロールアップ チームはバリデータ コントラクトでこれを使用できるようになり、証明システムに Based が提供され、ロールアップが Ethereum のネイティブ検証を継承できるようになります。

ネイティブロールアップはどのように機能しますか?

ネイティブ ロールアップ提案では、ロールアップ状態遷移の検証機能として機能することを目的とした EXECUTE プリコンパイルが導入されています。このプリコンパイルにより、ロールアップ チームはバリデータ コントラクトでこれを使用できるようになり、Based 証明システムが提供され、ロールアップが Ethereum のネイティブ検証を継承できるようになります。

この新しいプリコンパイルは「EVM in EVM」の概念に多少似ているため、社会的合意の下で Ethereum のハードフォーク プロセスを通じて更新されます。これにより、EVM への変更がプリコンパイルに反映され、ロールアップが Ethereum の検証を継承できるようになり、ロールアップ チームのセキュリティ委員会やマルチ署名に関するガバナンス責任が軽減され、ロールアップがユーザーにとってより本質的に安全になります。

EXECUTE プリコンパイルは EVM 状態遷移の検証機能として機能し、ロールアップがアプリケーション層で Ethereum のネイティブ ベースの機能を活用できるようにします。これは、EIP-1559 に似たガス価格設定メカニズムを活用して、pre_state_root、post_state_root、trace、gas_used などの入力を使用して遷移を検証します。ロールアップのスケーラビリティ要件に応じて、バリデーターは再実行または SNARK 証明を通じてロールアップ状態遷移の正確性を強制できます。さらに、MEV ベースのプルーフオブステーク競争などの集中化リスクを軽減するために、スロットごとの遅延が統合されています。

このプリコンパイルは、証明システムで「トラストレス ロールアップ」をサポートすることで、ロールアップの開発を簡素化します。順序付けシステムと証明システムの両方が Ethereum によって管理されるベースド ロールアップ設計と組み合わせると、この構造は完全な信頼性のなさを実現でき、これは「超音波ロールアップ」と呼ばれることもあります。これにより、構成可能性が向上し、リアルタイム決済が可能になり、より構成可能で安全なロールアップ設計が促進されます。

提案されたプリコンパイルは EVM と同様に動作し、ロールアップ トランザクションを再実行して正確性を検証します。これは、オフチェーンで実行され、有効性の証明のみを Ethereum に送信するという、ロールアップの中心的な利点に反しています。代わりに、プリコンパイルは本質的に Ethereum がすでに行っていることを反映しており、L1 からの計算負荷を軽減するという点では何の価値も追加しません。

zk バリデーターよりも EVM のようなバリデーターが選択された理由は、ZK テクノロジーが現時点では未熟であるためです。広く使用されている zkVM には脆弱性が見られ、ZKP の急速な進化により、チェーン上で特定の zk バリデータをハードコーディングすることはリスクが高く、柔軟性に欠けるものになっています。代わりに、Ethereum は多様性と中立性を優先し、単一のバリデーターに縛られることなく、さまざまな zk クライアントで実験できるようにします。

しかし、これはプリコンパイルが Ethereum のスケーラビリティに貢献しないことを意味するものではありません。 Ethereum は zk 証明バリデータをオフチェーンに保つことでセキュリティを確保しながら、このプリコンパイルを活用してロールアップによって送信された zk 証明を検証します。これにより、Ethereum バリデーターは、すべてのロールアップ トランザクションを最初から最後まで完全にシミュレートする必要がなくなります。代わりに、オフチェーンの zk 証明に依存することで、ネットワークはセキュリティ保証を維持しながら、実行の面でスケーラビリティを実現するよう努めます。

ネイティブ ロールアップの主な利点は何ですか?

ネイティブ ロールアップを使用すると、多くの複雑な作業を事前コンパイルによって処理できるため、不正の証明や SNARK チェックなどが簡単になります。つまり、記述および保守するコードが少なくなり、認証ネットワークや安全委員会などの追加システムも必要なくなります。

オンチェーンの SNARK 検証はコストがかかるため、多くの zk-rollup はコストを節約するためにトランザクションを頻繁に決済しません。 EXECUTE プリコンパイルは、SNARK 再帰を使用して複数の証明をパッケージ化することで、これらのコストを削減するのに役立ちます。このアプローチにより、ロールアップはトランザクションをより効率的に検証できるようになり、オフチェーン検証のコスト効率が向上します。

従来のロールアップではエラーのない操作を保証することは困難であり、多くの場合、徹底的な検査が必要になります。多くのチームは、悪意のあるブロックが作成されないように集中型の順序付けを採用することで、このリスクを軽減します。ただし、プリコンパイルされたネイティブ実行により、より安全で許可のないソート メカニズムを実現できる可能性があります。このアプローチにより、トランザクションは Ethereum の信頼できる環境で直接検証されるため、ロールアップは L1 のセキュリティだけでなく資産の代替可能性も継承できます。

従来のロールアップではエラーのない操作を保証することは困難であり、多くの場合、徹底的な検査が必要になります。多くのチームは、悪意のあるブロックが作成されないように集中型の順序付けを採用することで、このリスクを軽減します。ただし、プリコンパイルされたネイティブ実行により、より安全で許可のないソート メカニズムを実現できる可能性があります。このアプローチにより、トランザクションは Ethereum の信頼できる環境で直接検証されるため、ロールアップは L1 のセキュリティだけでなく資産の代替可能性も継承できます。

EVM 互換のロールアップは多数ありますが、EVM と同等のものはほとんどありません。メイン ブロックチェーンの変更と同期するには、ロールアップを更新するためのチームまたは投票システムが必要になることが多く、リスクを伴う可能性があります。ネイティブ ロールアップはメイン ブロックチェーンで自動的に更新されるため、追加のルールや投票者を必要とせずにすべてが同期されます。

zk-rollups の場合、100 ミリ秒などの超低遅延の認証時間を実現することは、非常に困難なエンジニアリング タスクです。対照的に、ネイティブ ロールアップでは、より「緩やかな」認証スケジュールが許可され、フル スロットまで拡張される可能性があります。このアプローチにより、証明をすぐに生成しなければならないというプレッシャーが軽減され、信頼性が向上し、L1 との統合が強化される可能性があります。

すべてのロールアップはネイティブになりますか?

OP Stack や Arbitrum Orbit Stack などの現在のすべてのロールアップ スタックは、「ネイティブ ロールアップ」に変換され、Ethereum のセキュリティ機能を直接継承する可能性があります。このアップグレードにより、セキュリティが強化されるためユーザーの満足度が向上し、セキュリティ委員会が不要になるためロールアップ チームの安心感も高まります。同時に、ロールアップ チームは、効率的な共有ソート レイヤーを提供し、ソート料金を獲得して MEV を最大化することで、引き続き競争を続けることができます。

ただし、すべてのロールアップがネイティブ形式に移行するわけではありません。一部の L2 機能は、固有のトランザクション タイプ、異なるガス計算方法、メインの L1 ブロックチェーンにはないプリコンパイルなど、ネイティブ ロールアップと本質的に互換性がありません。 L2 ロールアップ間の VM の多様性は、それぞれが共通のセキュリティ ベースを共有しており、今日の L2 エコシステムの大きな利点です。

@doganeth_en が指摘したように、今後のロールアップは、エンタープライズ ロールアップ、パフォーマンス指向のロールアップ、および「調整された」ネイティブ ロールアップの 3 つのカテゴリに分類されます。

企業はロールアップの管理、順序付け、所有に重点を置くため、トランザクションの順序、実行、アプリケーションを Web2 のように制御したい企業に最適です。

パフォーマンス重視のロールアップでは、決済に Ethereum を使用しますが、@megaeth_labs がデータの可用性のために @eigen_da を使用するなど、最適なパフォーマンスのために代替データの可用性に依存します。これらのロールアップは分散性が低くなりますが、特定の Ethereum 機能を犠牲にして ETH の有用性を高めます。

ネイティブ ロールアップは、Ethereum ベースの機能と完全に統合され、Ethereum レベルの分散化、直接状態アクセスによる共有実行、およびより安価なオフチェーン ZK 証明検証を提供します。これらのロールアップは Ethereum のネットワーク効果に貢献し、収益を共有する可能性がありますが、その持続可能性は自然な経済的インセンティブに依存します。

結論は

ネイティブ ロールアップは、Ethereum ロールアップ中心のロードマップにおける大きな進歩を表し、Ethereum ベースの機能とより一致するアプローチを提供します。ネイティブ ロールアップは、EXECUTE プリコンパイルを導入することでガバナンスを簡素化し、マルチ署名、セキュリティ委員会、トークンベースの投票システムの必要性を排除します。このアプローチは、セキュリティを強化するだけでなく、オフチェーンの zk 証明を活用してロールアップをより効率的に拡張できるようにし、信頼の最小化とスケーラビリティを保証します。

この提案は有望ではあるが、課題がないわけではない。既存のロールアップのほとんどは EVM と同等とラベル付けされていますが、通常は EVM に若干の変更が加えられます。したがって、ネイティブ ロールアップ モデルに移行すると、カスタム EVM 実装によるロールアップに追加の開発負担がかかる可能性があります。

それにもかかわらず、ネイティブ ロールアップは、Ethereum のセキュリティと柔軟性をロールアップ設計と組み合わせる魅力的な方法を提供します。 L1 との連携を促進することで、断片化を減らしながらイノベーションを促進し、将来的に Ethereum のエコシステムをより接続性と回復力のあるものにします。