モジュラーブロックチェーン:プラグイン可能なソリューションがブロックチェーンのパフォーマンスボトルネックに突破口をもたらす

単体ブロックチェーンは包括性で知られ、ネットワークの各層を独立して担います。データストレージから取引検証まで。モジュラーブロックチェーンは、ブロックチェーンの異なる機能を独立したモジュールに分離することで、特定の機能に対して性能サポートとスムーズなユーザー体験を提供し、ある程度"不可能の三角"問題を解決しています。

イーサリアムは最初のスマートコントラクトをサポートするブロックチェーンプラットフォームとして、モジュラーデザインの基盤を提供しました。ブロックチェーン技術の進展に伴い、ビットコインエコシステムもモジュール化の可能性を探求し始め、新しいモジュールを追加することで、改善されたプライバシー保護、より効率的なトランザクション処理、または強化されたスマートコントラクト機能など、より高度な機能を実現しています。

モジュラーテクノロジーは、より"柔軟化"されたプラグイン製品の考え方を代表しており、今後はより柔軟でカスタマイズ可能なブロックチェーンソリューションが登場するでしょう。さまざまなサービスや機能は、レゴブロックのように簡単に挿入したり抜き取ったりできます。この柔軟性により、開発者は特定のアプリケーションシナリオのニーズに応じて、迅速にブロックチェーンソリューションを構築および展開できるようになります。

モジュラーブロックチェーンの構造と利点

モジュラーブロックチェーンについて考察する際には、まず単体ブロックチェーンという概念を理解する必要があります。単体チェーンは、ビットコインやイーサリアムなど、包括性で知られており、データストレージから取引検証、さらにスマートコントラクトの実行に至るまで、ネットワークのあらゆる側面を独立して担っています。このプロセスでは、単体チェーンが多面手の役割を果たし、すべての段階に関与しています。

イーサリアムを例にすると、成熟した単体ブロックチェーンは一般的に大きく4つのアーキテクチャに分けられます:

• 実行レイヤー
• セトルメント層
• データ可用性レイヤー
• コンセンサス層

この類推を通じて、ブロックチェーンの各アーキテクチャがどのように協調して機能するかをより明確に理解できます。モノリシックブロックチェーンは、すべての機能が同じチェーン上で実行されるのに対し、モジュラーブロックチェーンは新しいタイプのブロックチェーンアーキテクチャであり、ブロックチェーンシステムを複数の専門的なコンポーネントやレイヤーに分解し、各コンポーネントがコンセンサス、データの可用性、実行、決済などの特定のタスクを処理する責任を持ちます。

モジュラーブロックチェーンは、各自の分野における深い掘り下げと技術革新に専念する専門家の集まりのようです。このような集中によって、モジュラーブロックチェーンは特定の機能において卓越した性能とユーザー体験を提供することができ、例えば、より低コストでより速い取引処理速度を実現することができます。

ノードアーキテクチャの観点から、モノリシックチェーンはフルノードに依存しており、これらのノードはブロックチェーンのデータコピー全体をダウンロードして処理する必要があります。これはストレージと計算リソースに高い要求を課すだけでなく、ネットワークの拡張速度も制限します。それに対して、モジュラーブロックチェーンはライトノード設計を採用しており、ブロックヘッダー情報のみを処理する必要があるため、取引速度とネットワーク効率を大幅に向上させます。

モジュラーブロックチェーンの一つの顕著な利点は、その柔軟性と協調性にあります。非コア機能を他の専門家にアウトソーシングできるため、協業効果を生み出し、全体的なパフォーマンスを著しく向上させることができます。このデザイン哲学はレゴブロックに似ており、開発者はプロジェクトの要求に応じて異なるモジュールを自由に組み合わせて、多様なソリューションを創造することができます。

単一チェーンは全体的な制御、安全性、安定性において利点がありますが、スケーラビリティ、アップグレードの難しさ、新しいニーズへの適応という課題にも直面しています。モジュラーブロックチェーンはその高い柔軟性とカスタマイズ性で際立ち、新しいブロックチェーンの作成と最適化プロセスを簡素化します。

しかし、モジュラーブロックチェーンは独自の課題にも直面しています。その複雑なアーキテクチャは、設計、開発、メンテナンスにおける開発者の作業量を増加させます。新興技術として、モジュラーブロックチェーンはまだ包括的なセキュリティテストや市場の変動の試練を経験しておらず、その長期的な安定性とセキュリティはさらに検証が必要です。

モジュラーブロックチェーンと"不可能三角"

なぜモジュラーブロックチェーン技術が広く注目され、"未来のトレンド"と予言されているのでしょうか。それはブロックチェーン分野で有名な"不可能な三角形"理論と密接に関連しています。

ブロックチェーンの"不可能三角"は、ブロックチェーンネットワークが同時に安全性、去中心化性、そして可用性という3つのコア属性の最適な状態を達成することが難しいことを指しています。

• スケーラビリティは、ネットワークが大量のトランザクションを処理する能力と、ユーザーやトランザクション量の増加時に効率的かつ低コストで運営を維持する能力に関するものです。通常、TPSと遅延によって測定されます。
• セキュリティは、ブロックチェーンネットワークを攻撃から保護するためのコストと難易度に関わります。例えば、ビットコインのPOWメカニズムでは、攻撃者が全体の51%以上のハッシュパワーを掌握する必要がありますが、イーサリアムのPOSメカニズムでは、3分の1以上のノードが共謀する必要があります。
• 非中央集権性は、ネットワークの運営が単一の中心ノードに依存せず、多くのノードに分散していることを説明しています。ノードが多く、地理的に広く分布しているほど、ネットワークの非中央集権性は高くなります。

"不可能三角"の核心的な見解は、あるブロックチェーンシステムがこの3つの特性をすべて最適化することが難しいということです。例えば、多くのパブリックチェーンの中で、ビットコインとイーサリアムはその広範なノード分布と十分なノード数により、分散化とセキュリティの面で優れたパフォーマンスを示しています。

しかし、彼らは一定のスケーラビリティを犠牲にしており、その結果、取引速度が遅く、取引手数料が高くなっています。ビットコインのブロック生成時間は約10分、イーサリアムのTPSは約13であり、取引量が急増すると、イーサリアムの取引手数料は数百ドルに達する可能性があります。

正にこのような背景の中で、モジュラーブロックチェーン技術が誕生しました。これは、異なる機能を専門のモジュールに割り当てることによって、従来のパブリックチェーンのスケーラビリティと取引コストに関する課題を解決します。例えば、ビットコインのライトニングネットワークやイーサリアムのロールアップ技術は、モジュラーの考え方を具現化したものです。

モジュラーブロックチェーンの利点は、その階層構造にあり、各層が特定のニーズに対して最適化できることです。データ層はデータの保存と検証に集中でき、実行層はスマートコントラクトのロジックを処理できます。このような分離は、性能と効率を向上させるだけでなく、異なるブロックチェーン間の相互運用性を促進し、オープンで相互接続されたエコシステムを構築するための基盤を提供します。

以上のように、モジュラーブロックチェーン技術は、従来のパブリックチェーンの限界を解決する新しい方法を提供します。去中心化と安全性を維持しながら、より高いスケーラビリティと低い取引コストを実現し、ブロックチェーン技術の広範な応用と長期的な発展に深遠な意義を持ちます。

モジュラーブロックチェーンの分類

モジュラーブロックチェーンは、そのアーキテクチャの特徴に基づいて、異なるタイプに分類することができます。これらのタイプの中で、データの可用性層とコンセンサス層は、その密接な相互依存性のため、しばしば一体として設計されます。これは、ノードが取引データを受信する際に、通常は取引の順序も同時に決定されるためであり、これはブロックチェーンの安全性と改ざん防止の核心です。

この設計原則に基づいて、実行層、データ可用性層とコンセンサス層、決済層の3つの側面からモジュラーブロックチェーンの異なるプロジェクトをそれぞれ理解することができます。

Execution layer: Layer 2 テクノロジー

Layer 2技術は、ブロックチェーンアーキテクチャにおける実行層の延長として、モジュラーブロックチェーンの概念の一形態です。それは、基盤となるブロックチェーンの上に構築されたオフチェーンネットワーク、システム、または技術を通じて、メインチェーンのスケーラビリティを向上させることを目指しています。

Layer 2ソリューションは、より迅速でコスト効率の高い取引処理を可能にし、同時に基盤となるブロックチェーンのセキュリティと非中央集権性を維持します。@0xningが作成したduneボードによると、イーサリアムエコシステムにおけるLayer 2の検証と清算に消費されるガスの割合は平均して10%未満であり、ユーザーの取引コストを大幅に節約しています。

Rollup技術は現在Layer 2の最も主流な解決策であり、その核心理念は「チェーン外で実行し、チェーン上で検証する」ことです。チェーン外で計算などの作業を実行し、その後calldataデータをメインネットにアップロードします。

オフチェーン実行:

Rollupモデルでは、トランザクションはオフチェーンで実行され、基盤となるブロックチェーンはスマートコントラクト内のトランザクション証明を検証し、元のトランザクションデータを保存することのみを担当します。この設計は、メインチェーンの計算負担を大幅に軽減し、ストレージの要求を減少させることで、より効率的なトランザクション処理を可能にします。

コストをさらに削減するために、Rollupは取引パッケージ技術を採用しています。これは物流における貨物の集約に例えることができ、個々の貨物を別々に送ると高額な運送料が発生します。一方、Rollup技術は複数の取引をまとめてパッケージ化することで、一度の「輸送」で済むため、各取引のコストを大幅に削減します。

オンチェーン検証:

オンチェーン検証はLayer 2ネットワークの安全性の鍵です。Layer 2ネットワークは、基盤となるブロックチェーン上の潜在的な分岐を解決するために暗号証明を提供する必要があります。現在、主流の証明メカニズムは誤り証明と有効性証明の2つであり、それぞれOptimistic RollupsとZK Rollupsを支えています。

オプティミスティックロールアップの誤り証明:

Optimistic Rollupsは、すべての取引が有効であると仮定し、明確な証拠が存在しない限り無効であるとする楽観的な仮定を採用しています。このモデルは、チャレンジ期間中の誤り証明(および詐欺証明)に依存しており、ネットワークの参加者は誰でも証明を提出してスマートコントラクトの状態に異議を唱えることができ、ネットワークの公正性と透明性を確保しています。

L2BEATによると、現在、アービトラム、OP、ベース、ブラストなど、オプティミスティックロールアップメカニズムを使用するレイヤー2は16個あります。

ZKロールアップの有効性の証明:

Optimistic Rollupsとは異なり、ZK Rollupsはより慎重なアプローチを採用しており、すべての取引は受け入れられる前に有効性の証明を受ける必要があります。この証明メカニズムは、Layer 2ネットワーク内の各取引と計算が正確であることを保証する検証プロセスに似ています。

簡単に言えば、有効性証明はZK-Rollupsの基礎であり、各トランザクションのバッチには対応する証明が添付される必要があるため、基盤となるブロックチェーン上のスマートコントラクトが状態の変更を検証し、承認できることを保証します。検証ノードにとって、ZK Rollupsはゼロエラーの決済メカニズムを提供します。なぜなら、各トランザクションは厳格な有効性検証を通過しなければならないからです。

L2BEATのデータによると、現在ZK Rollupsメカニズムを採用しているLayer 2は合計11種類あり、例えば：Linea、Starknet、zkSyncなどです。

データ可用性層とコンセンサス層

セレスティア

Celestiaはモジュラーブロックチェーン分野の先駆者であり、その本質はデータ可用性層であり、dAppsとRollupの開発に対して堅固な基盤を提供します。Celestiaのデータ可用性層とコンセンサス層にデプロイすることで、アプリケーション開発者は実行ロジックの最適化に集中でき、データの可用性とコンセンサスメカニズムの複雑さをCelestiaに任せることができます。

Celestiaのアーキテクチャ設計はモジュラーブロックチェーンの拡張に多様なソリューションを提供しており、そのアーキテクチャは主に以下の3種類を含んでいます:

• 主権Rollup:Celestiaはデータの可用性層と合意層を提供し、決済層と実行層はそれぞれの主権チェーンによって独立して実装されます。
• セットルメントRollup(例えばCevmosプロジェクト):Celestiaが提供するDAとコンセンサス層を基に、Cevmosはセットルメント層サービスを提供し、アプリケーションチェーンは実行層の役割を担います。
• Celestium: データの可用性層はCelestiaが担当し、コンセンサス層と決済層はイーサリアムの強力なネットワークに依存し、アプリケーションチェーンは引き続き実行層に焦点を当てています。

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