副題
この記事の焦点
セキュリティと分散化のため、ETH ブロックのガス制限とブロック生成時間を大幅に変更することはできません。
レイヤ 2 拡張の本質は、より高い TPS を持つチェーンを作成し、このチェーンの情報をイーサリアム上に吊るすことです。
Optimism の市場付加価値空間は巨大で、TPS の上限は 1600 に達しますが、実際のスループットの利用率は 1,000 分の 1 未満であり、将来の発展の可能性は非常に大きいです。
ピアノードが開いていないため、Optimism のローカル シーケンサーがブロックを生成した後、その正確性を検証するのに 1 時間でもかかりますが、これは長すぎます。
現在のオプティミズムとアービトラムはどちらも公式に運営されているブロックノードであり、集中化に深刻な問題を抱えており、その基盤は「手続き上の正義」そのものよりもプロジェクト当事者の「信頼性」にある。
序文
序文
ETHの合併が正式にプロセスに入ると、Layer2とRollupがブロックチェーン業界で徐々に目立つようになりました。レイヤー 2 の本来の目的は、システムによって処理される 1 秒あたりのトランザクション数 (TPS) を増やし、ガス料金を削減することです。前者はレイヤ 2 拡張全体の中核ポイントであり、後者はレイヤ 2 インタラクティブ エクスペリエンスを向上させる鍵となります。
その定義によると、TPS = 一定期間内に処理されるトランザクションの数/時間がかかるもので、ブロックチェーン分野に適用されます。フォークやブロックの再編成を無視すると、TPS = トランザクションに含まれる平均トランザクション数と大まかにみなすことができます。各ブロックの数 ÷ ブロック時間。一般的なパブリックチェーンの場合、TPSの向上にはブロックの拡張やブロックの生成時間といった問題があると同時に、ETH、BSC、Polygonといったパブリックチェーンが採用するGasの仕組みもTPSの真価に大きく関わってきます。 。
しかし、ブロックのガス容量を増やしたり、ブロック生成時間を短縮したりするとセキュリティが破壊されてしまいます その根本的な原因は、イーサリアムの拡張には「不可能な三角形」の問題に直面する必要があることにあります セキュリティと分散性を確保しつついかに効率化を図るかが常に課題となります紙の上では未解決の段階。
この点において、OptimismやArbitrumに代表されるLayer 2は、高効率と低ガスを旗印に急速に台頭しており、非常に目を引きます。絶妙なストーリーに依存してあらゆる階層から資本を集め、超低ガスに依存して多数のユーザーを獲得する一方で、その本質的な集中化の問題がますます明らかになり、ますます多くの注目と疑惑を引き起こしています。
副題
イーサリアムのガスの仕組み
イーサリアムの効率を決定する重要な要素の 1 つは、イーサリアムが使用するガス メカニズムです。イーサリアム システムでは、ガスはさまざまな操作の複雑さを反映する測定形式です。車を動かすためにガソリンが必要なように、イーサリアムでの取引にはガソリンが消費されます。 ETH トークンの最も単純な転送の場合、ガス消費量は 21,000 です。通常の ERC-20 トークン転送やより複雑なコントラクト インタラクションなど、他のタイプの操作では、数万、さらには数十万のガス消費が発生する可能性があります。
イーサリアムの単一ブロックにはガスの上限があり、ブロック内のすべてのトランザクション命令で消費できるガスの総量が制限されており、これは満杯になると充填できない冷蔵庫のようなものです。昨年の EIP-1559 の実装前夜、単一ブロックの Gas の上限は約 1,500 万で、これは最大 714 回の ETH トークン転送にほぼ対応できました。 TPS 計算式、EIP - 1559 年以前のイーサリアムの理論上の TPS 上限は 55 でした。
しかし、実際には、多くのトランザクションはガス消費量の多いコントラクトインタラクションであり、ブロックのガス容量を大きく占有し、イーサリアムの実際の平均 TPS は 20 に減少し、輻輳は耐えられないほどになり、多数の可能性が生じます。トランザクションをチェーンから排除する必要があります。 1回の取引の手数料＝使用ガス×ガス価格、使用ガスはシステムによって決定されるため一定とみなされ、ユーザーは取引開始後、他のユーザーよりも高いガス価格を支払わなければなりません。システムによって最初に応答されることになります。結局、システムの特性による需要と供給のギャップにより高額な手数料が発生し、多くの方々から苦情が寄せられました。
最終的な分析では、ETH は本質的に取引許可のオークション プラットフォームであり、ガス価格は入札者の入札であり、取引許可の所有権は入札メカニズムを通じて供給側と需要側によって取得されます。この設計はブロックチェーンの自由市場原理に沿っていますが、革命の種を植え付けています。
イーサリアムの歴史を通じて、トランザクション需要を刺激する「クリプトキティ」や「5.19」などの注目のイベントがあるたびに、ETH チェーン上で激しいガス戦争現象が起こり、より高いガス価格を支払った方がトランザクションを行うことになります。チェーンファースト、熾烈な価格戦争によりガス価格が高騰し、高額な手数料を支払えないユーザーが敬遠されるなど、イーサリアムはまさに「ノーブルチェーン」となり、数え切れないほどの紛争を引き起こし、EIP-も生み出した。かつて多くの人々の目に最も人気があった1559の“救世主”。
しかし、事実から見ると、昨年大きな注目を集め、ブロックのガスメカニズムに大幅な調整を加えたEIP-1559の中核機能は、ガス価格の変動範囲をより制御可能にし、インフレ率を低下させることです。ガス価格を直接引き下げたり、ガス入札メカニズムを禁止したりする代わりに、ETH を売却します。
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(4ブロック連続でガス価格が上昇していることがわかります)
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（チャートの中心軸はロンドンハードフォーク2日目）
EIP-1559はブロックのガス含有量を実際には変更しないため、イーサリアムのTPSは改善されておらず、手数料は依然として高いままであり、多数の潜在的なユーザーが依然としてイーサリアムシステムの外に取り残されています。
関連データによると、現在のETHには2億近くの独立したアドレスがあり、1日に処理されるトランザクション数は100万件強にすぎないのに対し、ガス料金が安いBSC（BNBチェーン）は1日あたりのトランザクションを処理します。その数は 500 万を超えていますが、独立したアドレスの数は 1 億 5,000 万未満です。副題
ブロックサイクル
別の見方をすると、TPS=各ブロックに含まれるトランザクション数 ÷ ブロック生成時間なので、ブロックの生成周期も TPS の鍵となります。同時に、ブロック生成サイクルのいくつかの段階でイーサリアムのビジネス ロジックのさまざまなコンポーネントをマッピングできます。これがレイヤー 2 拡張のアイデアの重要なポイントです。
イーサリアムは多数のサーバー ノードで構成されるシステムであり、そのビジネス ロジックには次のものが含まれることを強調しておく必要があります。実行、コンセンサス、マルチパーティストレージ3部構成。で、
[実行] 一般に、結果を取得するためのトランザクション イベントおよびその他の命令の処理を指します。
[コンセンサス]とは、すべてのノードが実行結果に同意することを意味します。
[マルチパーティ ストレージ] とは、複数のノードが同じコンテンツを保存し、外部から読み取ることができることを意味します。
一部の資料では、[コンセンサス] は [決済] とも呼ばれ、[マルチパーティ ストレージ] は [データの可用性] とも呼ばれます。これらの用語は基本的に相互運用可能です。
ブロック生成サイクルは次のステップで構成されます。
まず、マイニングプールノードが通過します【作業証明】勝者を選んでやらせましょう【埋め込む】新しいブロックを作成するトランザクションのプロセス。
【作業証明】乱数を総当たりで枯渇させる必要があるため、大量の計算能力が消費されますが、これらのタスクはマイニング プール内のマイニング マシンによって実行され、長い時間がかかります。
勝利したマイニング プール ノードは、ガス価格のレベルに応じて、アップロードを待機しているトランザクション イベントからバッチを取得します。【埋め込む】、結果を取得し、トランザクション情報と結果を新しいブロックに含めます。
その後、新しいブロックがすべてのイーサリアム ノードに伝播され、内容がチェックされます。具体的には、ブロックをチェックするノードはその内容を読み取り、内部でトランザクションを再度実行して、ブロック マイニング プールによって送信されたデータが正しいかどうかを確認します。これで完了です【コンセンサス】；
最後に、新しいブロックが検査に合格すると、ノードに新しいブロックが含まれ、完了します。【複数のストレージ】。
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(イーサリアムのノード番号と物理的な位置の分類)
要約すると、イーサリアムの完全なブロック生成サイクルには次のものが含まれます。[プルーフ・オブ・ワーク] + [実行] + [コンセンサス] + [複数のストレージ]4段階。このうち、[Proof of Work] と [Consensus] の段階が最も時間がかかります。イーサリアムには 2,000 を超えるマイニング プールと完全なノードがあるため、これらのノードが [コンセンサス] に達するまでに多くの通信時間がかかります。また、[プルーフ オブ ワーク] は柔軟な時間充填ツールであり、その元の設計はブロック周期は約 15 秒で安定しています (現在のブロック周期は約 13 秒)。
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(イーサリアムノードの物理的な位置分布)
ブロックを強制的に拡張すると、異なるノード間の情報格差も拡大します。たとえば、ETH ブロックの Gas 容量が 10 倍に増加すると、各ブロックに含まれるトランザクションの数は 10 倍に増加し、異なるノード間の情報の差も 10 倍に増加します。
関連情報によると、イーサリアムはPOS変換が完了するまでブロック生成周期は13秒で安定しているが、POS変換後はブロック生成周期が1秒短縮されるだけで12秒で安定するという。このように、POS 変換によりイーサリアムの TPS は最大 10% 増加します。これはバケツに一滴のようなものです。
現在、保証期間内では、変わらぬセキュリティと分散化前提、ETHのブロックガス容量とブロック生成時間は基本的に理論上の限界に達している副題
OP ロールアップ拡張ソリューション
前述の通り、イーサリアムのブロック容量やブロック生成周期は総合的な考慮により大きく変更することができず、TPSは基本的に20以下を維持しており、過去2年間で大きな改善は見られません。
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(BSCブロックの平均ガス上限値)
Rollup に代表される Layer 2 は、異なる概念に従っています。その本質はイーサリアム外部のパブリックチェーンでもありますが、依然としてイーサリアムのセキュリティに大きく依存しています。たとえば、OP Rollup (Optimistic Rollup) は、レイヤー 2 ブロックチェーンのコピーを圧縮してイーサリアム メインネットに保存し、同時に次のことを行います。
Layer2 のローカル ブロック生成サイクルは、トランザクションの [実行] 段階のみを保持します。
[プルーフ・オブ・ワーク]はキャンセルされます。
[マルチパーティストレージ]機能はイーサリアムネットワークに移管されます。
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楽観主義の原則
OP ロールアップ スキームにおける最も典型的な楽観主義を例として挙げると、その 4 つの最も重要なモジュールは次のとおりです。Sequencer（シーケンサー）、Verifier（検証者）、CTC（トランザクションチェーン）、SCC（ステートチェーン）。このうち、Sequencer と Verifier は基本的にレイヤ 2 ノード ネットワークを構成するハードウェア エンティティを備えたレイヤ 2 ノードであり、CTC と SCC はイーサリアム上に展開されるコントラクトであり、これら 4 つのモジュールが Optimism のコア アーキテクチャを形成します。
シーケンサーは、レイヤー 2 上でローカルにブロックを生成する役割を担う集中型マイニング プール ノードです。楽観主義では [Proof of Work] プロセスが廃止され、唯一の Sequencer がマイナーとして機能し、すぐに他のノードに [Consensus] 検証を行わせないため、時間を大幅に節約できます。現在のシーケンサーは、トランザクションの実行後すぐにブロックを終了できます。ローカル ブロックの生成時間はわずか 1 秒であり、TPS が根本的に向上します。
しかし、Sequencerは強力な集中管理機能を持っており、実際にはイーサリアムとは独立したサイドチェーンを作成するため、【コンセンサス】と【マルチパーティストレージ】のプロセスがないとどうしてもセキュリティに欠けてしまいます。この問題を解決するために、Optimism は初期のドキュメントで、シーケンサーは一定量の資産をステークする必要があると述べており、次のことを行っています。
数分ごとに、シーケンサー ノードはローカル ブロックの圧縮バージョンを ETH メイン ネットワークに保存します。これらの内容には、トランザクション データの概要とトランザクション発生後のステート ルート StateRoot が含まれます。このプロセスはロールアップ (パッケージ化) です。
トランザクションデータの概要はETH上のCTC（トランザクションチェーン）コントラクトに保存され、対応するステートルートはSCC（ステートチェーン）コントラクトに保存されます。これにより 2 つのトランザクション イベントが生成されます。このプロセス中、イーサリアム システムは [マルチパーティ ストレージ] コンテンツのみを担当し、正確性は検証しません。
Layer 2のVerifier(検証者)は、Sequencerがイーサリアムに保存した内容を自動的に読み込んでレビューする、このステップはイーサリアムの[コンセンサス]と似ています。
現在の Optimism と Arbitrum は両方とも公式の Sequencer ノードによって実行されており、集中化に関する深刻な問題があります。
CTC と SCC は、Optimism on Ethereum によって正式に展開されているコントラクトであり、この 2 つは、レイヤー 2 トランザクション データの概要と、各トランザクションが実行された後のレイヤー 2 状態ツリーのルート ハッシュ値を Batch (バッチ) 構造で記録します。外部から見ると、CTC と SCC は 2 つの請求書リストのようなものです。
(注: ステート ツリーは、チェーン上のアドレス情報を記録するデータベースです。ステート ツリー ルートとトランザクション データの概要を取得することで、Layer2 ローカル ブロックの内容をつなぎ合わせることができます。一般に、SCC に格納されている Layer2 ステート ルートは、コントラクトの方が重要です。ステート ルートを取得した後、トランザクション データと組み合わせて計算すると、Sequencer がユーザーのアドレスの残高を許可なく書き換えたかどうかを知ることができます。)
レイヤー2Verifier（検証者）はCTCとSCCの2つの契約の記録を自動的に読み取ります、シーケンサーのローカル ブロックの内容をつなぎ合わせて確認してみます。
Verifier が Sequencer によって送信されたデータに問題があることを発見した場合、Verifier はチャレンジ (チャレンジ) を開始し、正しいと思われるバージョンを送信できます。チャレンジが成功すると、CTC および SCC 内の間違ったデータが存在する可能性があります。書き換えられ、一定量のトークン報酬が得られます。
シーケンサーの異議申し立てが成功し、不正であることが確認された場合、シーケンサーは罰せられ、質権資産の一部が差し引かれます。質権残高が指定された基準値を下回った場合、シーケンサーは強制的に上場廃止され、資格を失います。ブロックを生成する。
詐欺の証拠詐欺の証拠「メカニズム。Verifier が Sequencer の不正行為を開示できることを意味します。
Verifier と Sequencer の間で達成された [合意] には重大な遅れがあります。トランザクションは送信されるとすぐに Sequencer によって実行されますが、Verifier はステート ルートを取得し、1 時間後に結果の最終検証を実行できます。
Optimism は 2021 年 11 月に EVM の等価性アップグレードを実施しました。その Sequencer クライアントと Verifier クライアントは古いバージョンの OVM 仮想マシンを禁止しました。古いバージョンの OVM に基づく「不正防止」プログラムは動作できず、新しいバージョンの「不正行為」プログラムは動作しません。 「proof」プログラムはまだリリースされていません。
以前の技術文書によると、Optimism はチャレンジウィンドウを 7 日間に設定しており、7 日以内に Verifier がチャレンジを開始しない場合、Sequencer によってリリースされたコンテンツは確定され、書き換えることはできなくなります。
本質的に、Optimism は、レイヤー 1 とレイヤー 2 上のソフトウェアとハードウェア エンティティで構成されるクロスドメイン インタラクティブ システムであり、その独自のビジネス ロジックは、イーサリアム上にレイヤー 2 ブロックのマップされたバージョンを構築することです。ドメイン間で情報を転送する必要があるため、Optimism の Sequencer と Verifier は Ethereum クライアント Geth のコピーキャット バージョンを実行する必要があります。：L2geth副題
Optimismのガスの仕組みとその詳細
ガス料金の問題ですが、Optimismのビジネスプロセスにはイーサリアムにデータを保存するステップがあるため、各トランザクションのガス料金 = Layer1 部分 + Layer2 部分、Arbitrum や Metis などの他の OP ロールアップ スキームも同様です。
このうち、Layer2 部分には主にトランザクションを実行する Sequencer ノードのコストが関係します。 Sequencer の TPS 上限は非常に高く、現在 Optimism ユーザーがほとんどいないため、ローカル ガス価格は非常に低くなっています。計算式は、L2ガス料金＝L2ガス使用量×L2ガス価格となります。
OP の公式開示によると、トランザクションのレイヤー 2 部分は 0.4% のみを占め、ガス費用の残りの 99.6% はレイヤー 1 部分によるものです。 [1]
これを簡単な計算式にすると、0.4% x 約定手数料 + 99.6% x 保管手数料となります。
取引約定手数料が大幅に削減されていることがわかります。
したがって、トランザクションの実行手順 (オプションなど) が複雑になればなるほど、Optimism をより節約できます。たとえば、イーサリアムでの最後のオプション操作のコストは 100 ドルですが、オプティミズムではわずか 1.5 ドルで、わずか 1/60 です。イーサリアムでの通常の送金のコストは 3 ドルで、オプティミズムでは 0.3 ドルで、1/10 のコストがかかる場合があります。
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（オプティミズムの料金体系に関する公式説明）
より深く理解するために、ロールアップ (パッケージ化) と保管の具体的な手順を観察できます。
トランザクション データのバッチをイーサリアムに保存する前に、シーケンサーはコンテンツを圧縮し、トランザクションのバッチを Batch (バッチ) に結合し、ETH ネットワーク ノードに送信します。
各バッチには、ブロックと同様に、数百のトランザクション データを含めることができます。バッチをリリースする期間はシーケンサーによって動的に調整され、現在は約 3 ～ 10 分です。
したがって、Batch をパッケージ化して送信するプロセスにはワークロードが必要であり、一定量のコンピューティング リソースを消費しますが、固定オーバーヘッドでこの部分のコストを補うことができます。現在、Optimism のトランザクションあたりの固定オーバーヘッド ガスは 2100 です。オプティミズムは、今後ユーザー規模が拡大し、各Batchが受け取るトランザクション数が増加するにつれて、固定オーバーヘッドはさらに削減されると公式に述べています。
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(シーケンサからCTCに渡されるデータは16進数の文字の集合です)
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(Optimism によって送信されたステータス ルート バッチ)
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OPtimism の理論上の TPS 上限はいくらですか?
楽観主義の理論的な TPS 上限を調べるには、次のような臨界状態を想像する必要があります。
シーケンサーのローカル ブロック生成速度は、イーサリアム メイン ネットワークの速度よりもはるかに高速であるため、レイヤー 2 の元のコンテンツとレイヤー 1 のコピー コンテンツの間には常に情報のギャップが存在します。レイヤ 2 ユーザーの増加に伴い、実際の TPS は急増し、レイヤ 2 とレイヤ 1 の間の情報ギャップ△が拡大する可能性があります。
Optimism が理論上の TPS 上限に近づくと、Layer2 と Layer1 の間の 1 秒あたりの情報の差△が非常に大きくなる可能性があります。したがって、現時点では、オプティミズムはできるだけ早くデータをイーサリアムメインネットに送信し、何としてもデータを同期する必要があります。
最終的に、シーケンサーによって開始された命令はイーサリアム ブロック内のすべてのガスを占有します。つまり、イーサリアム上で利用可能なすべてのリソースがオプティミズムによって使用され、各イーサリアム ブロックにはシーケンサーによって送信されたデータが含まれます。
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(W3.Hitchhiker チームによって計算されたさまざまな Layer2 スキームの理論上の TPS 上限)
要約すると、Optimism の TPS 制限はイーサリアムの TPS 制限の少なくとも 16 倍です。現在、Optimism ユーザーが少なすぎることを考慮すると、実際の TPS はイーサリアムの 3% にも満たず、その開発スペースは現在の最大 500 倍に達する可能性があります。
上記の内容を実際の調査と合わせて整理すると、次のように結論付けられます。
Sequencer ノード自体が非常に高い TPS を持つブロックチェーンを作成し、これが拡張の源となります。効率は非常に高いですが、高度に集中化されているため、シーケンサーが悪さをしたりクラッシュしたりする可能性があります。
セキュリティを強化するために、Optimism は Sequencer に特定の資産を保証することを要求し、Sequencer に ETH メインネットワーク上のレイヤー 2 ブロックの鍵情報を開示することを要求します。Verifier は自動的に読み取り、正確性をチェックします。
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(オプティミズムでのオプション開始操作の費用はわずか 1.2 ドルですが、イーサリアムでは 100 ドル以上かかります)
Verifier と Sequencer の間で達した [合意] には重大な遅れがあります。画像の説明
(Optimism のシーケンサーは Layer1 のステート ルート バッチにアップロードされ、サイクルは 1 時間に達する可能性があります)
Verifier が受け取るインセンティブ = チャレンジ成功に対するトークン報酬 - ノードの運用コスト。 「不正証明」を発行してチャレンジが成功するのは予測不可能な出来事であり、その確率は高くないため、Verifier へのインセンティブは強くなく、そのようなノードの数を拡大するのは容易ではなく、コンセンサスとセキュリティは高くありません。まだイーサリアムより弱いです。
前述したように、Verifier を拡張する最も効果的な方法は、インセンティブを増やすか、ピアツーピア ネットワークをオープンにすることです。まだトークンを発行しておらず、ピアノードをオープンしていないオプティミズムにとって、Metis のように独自に発行したトークンを通じてバリデーターを動機付けるのは困難です。したがって、現在のオプティミズムは、検証ノードの規模をいかに拡大し、検証の適時性を高めるかという点で多くの課題に直面しています。
Optimism や Arbitrum などの OP Rollup の Sequencer ノードは現在公式によって提供されているため、Sequencer ペナルティ メカニズムが有効であるかどうかについてはまだ議論の余地があることは注目に値します。現時点では、Optimism と Arbitrum のセキュリティは「クレジット」によってもたらされます。プロジェクト当事者の「」。「手続き的正義」そのものではなく、
エピローグ
エピローグ
楽観主義は今日非常に人気があり、前述のように大きな発展の見通しと付加価値の余地を示していますが、依然として過度の集中化の問題に直面しています。ギャビン・ウッドはかつてこう言いました、「真の分散化とセキュリティは、高効率よりも価値があります。”ユーザーがタイムリーにネットワーク保守に参加できない場合、いわゆるレイヤー 2 は従来の金融プラットフォームと何ら変わりません。
(ギャビン・ウッド氏は昨年、Solana の短いダウンタイムについてこう語ったことがある。真の分散化とセキュリティは高効率よりも価値がある。ユーザーがネットワークの全ノードを自分で実行できない場合、そのようなプロジェクトは従来の銀行と何ら変わらない)
この記事では、4 つの主要なレイヤー 2 ソリューションのトランザクション コストの比較について理解します。
参考文献
