前書き

イーサリアムは、すべてのノードがユーザーから送信されたすべてのトランザクションを保存し、実行するという原則に基づいて動作します。ネットワーク全体を拡張するために、イーサリアムはロールアップソリューションを採用しました。簡単に言えば、ほとんどのトランザクション処理をオフチェーン(L2)に移行することで、イーサリアムメインネット(L1)の負荷を軽減し、トランザクション手数料を削減します。ロールアップ = L1 のスマートコントラクトのセット + L2 のノードのネットワークで、オンチェーンのスマートコントラクトとオフチェーンのアグリゲーターの両方が含まれます。決済、コンセンサス、データの可用性をイーサリアムに依存し、トランザクションの実行のみを担当します。L2ネットワークノードはいくつかの部分で構成されていますが、その中で最も重要なのがシーケンサーです。ただし、現在、ロールアップのシーケンサーは集中化の問題に直面しています。

Rollupとシーケンサー

Rollupは、Ethereum（L1）のスケーリングソリューションであり、トランザクションをオフチェーンで実行し、それらをブロックにパッケージ化します。各ブロックごとに、Rollupはチェーンの状態を再構築するために必要なデータ（データの可用性のソース）をデータ可用性レイヤーに公開し、オフチェーンの実行の正当性の証明を決済レイヤーに公開します。Rollupには2つのタイプがあります。ZK-rollupの場合、ゼロ知識証明が各ブロックとともに公開されます。一方、楽観的ロールアップの場合、紛争が発生した場合にのみ詐欺証明が公開されます。EIP-4844以降、データの公開がブロブに切り替わると、このレイヤーは「データ公開レイヤー」と呼ばれるかもしれません。L1上のRollupスマートコントラクトは、公開された証明を検証します。各Rollupには、複数のブリッジがあり、チェーン間のデータ転送、および入金と引き出しが可能になります。

Rollupの実装ロジックでは、シーケンサーは、L2でトランザクションリクエストを受け取り、その実行順序を決定し、最終的にL1のRollupスマートコントラクトに送信されるバッチにトランザクションをパッケージ化する責任を持つ主要なコンポーネントです。これは、トランザクション処理の効率を向上させ、コストを削減する上で重要な役割を果たします。

シーケンサーの機能と動作原理は、主に4つの主要な部分にまとめることができます。

1. トランザクションの受信: シーケンサーはユーザーやアプリケーションからのトランザクションリクエストを受信します。 これらのトランザクションは、直接Ethereumメインネット上ではなく、まずL2で処理されます。
2. 取引の注文: シーケンサーは、受信した取引の順序付けを行い、それらの実行順序を決定します。このプロセスは、イーサリアムのマイナーが取引をブロックにパッケージ化する前に行う作業に類似しています。
3. 取引のパッケージ化：シーケンサーは順序付けられた取引をバッチにパッケージ化し、複数の取引の要約情報を含んでいます。
4. L1への提出：最終的に、シーケンサーはパッケージ化されたトランザクションバッチをイーサリアムメインネット（L1）に提出し、決済およびデータストレージを行います。これにより、L1はL2からの状態更新を検証および保存できます。

Rollup技術は効果的なスケーリングソリューションを提供しますが、シーケンサーの設計と実装にはいくつかの問題が残っています。その中でも最も重要なのは中央集権化の問題です。ほとんどのRollupプロジェクトは現在、一つまたは数社のエンティティによって通常管理されている中央集権化されたシーケンサーに依存しています。これにより、透明性の欠如や単一障害点のリスクが明らかになります。

厳格な説明を置いておいて、YBB Capitalの以前の記事で言及されているL2の分散型シーケンサーソリューションに関する議論は、直接シーケンサープールノードのステーキングを市場に開放するMetisのL2ソリューションであるか、独立したプロジェクトEspressoであるかに関わらず、その本質はシーケンシングの「利益のパイ」の分配と将来の市場のハイプ期待です。したがって、興味と正統性の正確さは避けられない要点です。

Based Rollupの歴史的背景と設計

Image Source: @drakefjustin

Rollupのコンセプトは、最初にEthereum創設者Vitalik Buterinによって提案されました。彼は最初に完全に拘束されていない「完全な無政府状態」を実現し、無制限のトランザクション拡張を許可することを想定していました。シーケンサーの現在の問題を考慮して、2023年にEthereum Researcher Justin Drakeは、シーケンサーがEthereum L1自体によって管理されるBased Rollupsという解決策を提案しました。詳細は次のとおりです（出典：拡張リンク1を参照）。

定義:

「Rollupのシーケンスがベースレイヤー（L1）によって駆動される場合、それをL1ベースまたはL1駆動のRollupシーケンスと呼びます。具体的には、L1ベースのRollupとは、次のL1提案者が次のL1ブロックに次のRollupブロックを含めるためにL1サーチャーやビルダーと許可なく作業できることを意味します。」

利点：

ライブネス：ベースドロールアップはL1と同じライブネス保証を享受します。エスケープハッチを持つ非ベースドロールアップはライブネスが低下します（エスケープハッチは、Rollupシステムの問題が発生した場合に、ユーザーがL2からL1メインチェーンに資産を安全に引き出すことができるRollupのセキュリティメカニズムです。これは緊急脱出口に似ています）。

より弱い決済保証：脱出口を介した取引は、決済が保証される前にタイムアウト期間を待たなければなりません。

検閲からのMEV：脱出口付きのロールアップは、タイムアウト期間中の短期シーケンサーの検閲からの逆効果に脆弱です。

リスクのネットワーク効果：シーケンサーライブネスの障害（例：分散型PoSシーケンスメカニズムによる51％攻撃）によって引き起こされる大量の退出は、Rollupのネットワーク効果を妨げます。L1とは異なり、Rollupはソーシャルコンセンサスを使用してシーケンサーライブネスの障害からエレガントに回復することはできません。すべての既知のベースのないRollup設計では、大量の退出がダモクレスの剣です。

ガスペナルティ：脱出ハッチを介して決済される取引は通常、ユーザーにガスペナルティが発生します（例：非バッチパックされた取引からの最適でないデータ圧縮によるもの）。

分散化：ベースとなるロールアップはL1の分散化を継承し、自然にL1のサーチャー・ビルダー・プロポーザーインフラストラクチャを再利用します。L1のサーチャーとビルダーは、RollupブロックをL1ブロックに含めてRollupのMEVを抽出するようインセンティブが与えられます。これにより、L1ブロック提案者にはL1でRollupブロックをパッケージ化するようインセンティブが与えられます。

シンプリシティ：ベースロールアップシーケンスは、集中型シーケンスよりもさらにシンプルです。ベースロールアップには、シーケンサーの署名の検証、脱出口、外部PoSコンセンサスは必要ありません。

Historical Note: 2021年1月、VitalikはL1ベースのシーケンシングを「完全な無政府主義」と表現し、複数のRollupブロックが同時に提出されるリスクがあり、ガスとワークロードの無駄につながると述べました。 現在の提案者-ビルダー分離（PBS）スキームでは、L1のシーケンシングを厳密に制御し、L1ブロックごとに最大1つのRollupブロックを許可し、ガスの無駄をなくすことができます。 Rollupのn+1ブロック（またはk≥1、n+kの場合）には、ブロックnのSNARK証明が含まれており、ZK-rollup証明の無駄を避けることができます。

コスト：Based Rollupのガスオーバーヘッドはゼロです — 分散型または中央集権型のシーケンサーからの署名の検証さえ必要ありません。Based Rollupのシンプルさにより、開発コストが削減され、リリース時間が短縮され、コードの脆弱性の露出が最小限に抑えられます。Based Rollupのシーケンスはトークンフリーであり、トークンベースのシーケンサーに関連する規制上の負担を回避しています。

L1経済アライメント：Based Rollupから得られるMEVは自然にその基本L1に流れます。この流れにより、L1の経済セキュリティが強化され、MEVの燃焼の場合、L1ネイティブトークンの経済的希少性が増加します。L1とのこの密接な経済的アライメントは、Based Rollupの正当性を構築するのに役立つかもしれません。重要なことは、MEV収益を犠牲にしても、Based RollupはL2の混雑料金（例：EIP-1559ベース料金の形式で）から収益を得るオプションを維持しています。

主権：L1にシーケンスの委任を行っているにもかかわらず、Based Rollupは主権を保持しています。Based Rollupにはガバナンストークンを持たせ、ベース手数料を徴収し、これらのベース手数料の収益を適切に活用することができます（例：Optimismは公共財を資金提供しています）。

デメリット：

No MEV Revenue: Based RollupはMEVをL1に譲渡し、収益をベース手数料に制限します。逆説的に、これはBased Rollupの総収益を増加させる可能性があります。その理由は、Rollupの景観が全体を獲得する者が勝者であるように見えるため、成功したRollupはBased Rollupのセキュリティ、分散化、シンプルさ、一貫性を活用して支配力を得て、最終的に収益を最大化することができるからです。

制約付きシーケンシング：L1へのシーケンシングの委任はシーケンシングの柔軟性を低下させます。これにより、特定のシーケンシングサービスがより困難になったり、不可能になったりします。

Pre-Confirmation: Rapid pre-confirmation is not an issue for centralized sequencing and can be achieved through external PoS consensus. Using L1 sequencing for rapid pre-confirmation is an open question, with many promising research directions, including EigenL, Inclusion Lists, and Builder Bonds.

ファーストカムファーストサーブ（FCFS）：アービトラムスタイルのFCFSシーケンシングをベースロールアップに実装できるかどうかは不確かです。EigenLは、L1シーケンスベースロールアップに対するFCFSオーバーレイを提供するかもしれません。

命名:

「Based Rollup」という名前は、ベースチェーン（Base L1）に近いことから来ています。 これは偶然にもCoinbaseの最近のベースチェーンの発表と重なっています。興味深いことに、Coinbaseは自分たちのベース発表で2つの設計目標を共有しました。

Tokenlessness: “新しいネットワークトークンを発行する予定はありません。” Decentralization: “時間の経過とともにブロックチェーンの分散化を進行させる予定です。”

Baseは、Based Rollupとなることで、トークンなしの分散化を実現することができます。

Image Source: @jchaskin22

要約すると、Based Rollupは誰でもRollupブロックをスケーリングできるようにし、シーケンス化されたトランザクションの状態変更をL1に公開し、L2からMEVを抽出することができます。すべてのシーケンス化およびセキュリティはEthereum L1によって提供されます。このアプローチにより、外部のPoSコンセンサスや特定のRollupトークンの必要性を回避することができます。資産を保護するために「緊急脱出口」機能が必要な他のRollupと比較して、Based Rollupのビジョンはこの必要性を排除し、Ethereumが安全に稼働し続ける限り、Rollupでのスムーズな取引完了を保証します。

Based Rollup と Taiko Labs

画像ソース：太鼓公式ウェブサイト

Taiko Labsは、Ethereum Layer 2スケーリングソリューションであるBased Rollupを開発および推進している主要チームです。彼らのビジョンは、Based Rollupなどの革新的な技術を通じてEthereumメインネットのスケーラビリティの問題に取り組むことです。Taiko Labsには3つの主要な特徴があります。

1. 完全なイーサリアム相当（Type 1）ZK-EVM：完全なイーサリアム互換性を提供するType 1 zkEVMを利用することで、開発者はスマートコントラクトの実行の失敗を気にすることなく、分散型アプリケーション（dApps）をイーサリアムとGate間でシームレスに移行することができます。
2. オープンソース：TaikoのすべてのソースコードはGitHubで利用可能であり、誰でも閲覧、構築、または変更することができます。このオープンソースのアプローチにより、ブロックチェーン技術の開発が小さなチームに限定されることなく、世界中の開発者コミュニティからの貢献を含むことが保証されます。
3. 完全分散化：EVMとの高い互換性を確保するだけでなく、Taikoは完全な分散化を実現することにコミットしています。Taikoは、分散型のプロポーザーとバリデータを通じてブロックを提出し、zkPsを生成する予定です。これにより、プロトコルの分散化が確保されます。

Taikoは、Vitalik Buterinが「ZK-EVMの異なるタイプ」で言及したように、完全にEthereumと同等のType 1のZK-EVMを構築することを目指しています（Extension Link 2を参照）。このEthereumとの完全かつ妥協のない同等性の追求は、Ethereumブロックを検証するための完全な互換性を目指しています（ビーコンチェーンのコンセンサスを除く実行レイヤー、ただしすべてのトランザクション、スマートコントラクト、およびハッシュ、状態/トランザクションツリー、その他のコンセンサスロジックを置き換えることなく含む）。そのため、他のタイプと比較して、Type 1はネイティブソリューションにアプローチする上で最も複雑で挑戦的な解決策です。

Image Source: Vitalik Buterin: “The different types of ZK-EVMs”

その他のコア構造：

ベースコンペティティブロールアップ（BCR）

Base Competitive Rollupは、Taiko Labsによって開発された革新的なブロックチェーンスケーリングソリューションです。BCRは、競争メカニズムを通じてRollupの効率とセキュリティを向上させることを目指しており、異なる参加者がブロックを提出し、証明を生成することで自由に競争することができます。これにより、全体的なネットワークのパフォーマンスと分散化が向上します。

特徴：

1. オープンコンペティション：どの有資格の参加者もブロックを提出し、証明を生成する競争に参加できます。このオープンな仕組みにより、中央集権的な制御が減少し、ネットワークの分散化が促進されます。競争者は報酬や取引手数料を得るためにより良いサービスを提供することがインセンティブとされています。
2. 効率的なスケーリング：ブロック生成および検証効率を効果的に向上させます。複数の競合他社が並行して作業でき、単一障害点を回避し、取引処理速度とネットワークの拡張性を向上させます。
3. セキュリティ：多者間の競争メカニズムを通じて、システムの攻撃耐性が向上します。複数の当事者によって生成されたブロックと証明はシステムの透明性とセキュリティを高め、単一の実体が制御または攻撃することが困難になります。

利点:

1. EVM互換性：BCRはEthereum Virtual Machine（EVM）と完全に互換性があり、既存のEthereumスマートコントラクトやdAppsを大幅な変更なしでBCRに移行させることができます。
2. High Throughput: Since BCR can process transactions and generate blocks in parallel, the network’s throughput is significantly increased, capable of handling higher transaction volumes while reducing transaction costs and latency.
3. 分散化：分散型のブロック生成および証明メカニズムにより、ネットワークの分散化が確保され、中央集権的な実体による制御リスクが低減されます。

欠点：

1. 増加した複雑さ：システムの複雑さは、複数の競合者間でブロックの生成と検証を調整するために洗練されたアルゴリズムとプロトコルが必要とされます。スマートコントラクトは競合結果を処理するための追加のロジックが必要かもしれません。
2. 潜在的な問題: BCRの競争メカニズムでは、複数の競合他者が同時にブロックを計算および提出することが増加した手数料につながる可能性があります。ユーザーは、忙しい時期や高い競争期間中に特に取引コストが上昇する可能性があります。さらに、リソース豊富な大きなノードが競争を支配し、中央集権化につながる可能性があります。

BBR（Based Booster Rollup）

BBRでは、ブースターはトランザクションバッチを最適化し、トランザクションデータを圧縮し、複数のトランザクションバッチを並列で処理する特別な参加者です。その主な機能は、実行とストレージを分離し、L2が実行を処理する一方で、L1が分散型であり、スマートコントラクトアドレスがL1とすべてのBBRで一貫していることを確認することです。

ただし、BBRは、システムの複雑さ、リソース消費量の増加、および潜在的な中央集権化など、さまざまな課題に直面しています。将来の展開には、ブロックチェーン技術の進化する要求に対応するため、さらなる最適化と拡張が必要となります。

Image Source: Taiko Labs

結論

現在、Based Rollupは、Ethereum Layer 2のスケーリング方法における重要な変革を表しています。これにより、Rollupのシーケンス処理を直接Layer 1の提案者に委任し、提案者-ビルダーの分離設計を活用しています。これにより、Layer 1はRollupのすべてのシーケンス役割を実行できます。同時に、MEVを拡張し、L2サーチャーがトランザクションを束ねてL2ビルダーに送信し、これらのビルダーはまたL1サーチャーでもあります。これらの完全なL2ブロックはその後、L1ブロックの一部となり、最終的にはL1ビルダーとEthereumメインネットによって処理されます。

Based RollupがRollupsの究極の解決策と見なされるかどうかはまだわかりませんが、それは確かに、より安全で分散型の解決策を提供するイーサリアムレイヤー2のスケーリングにおける重要な革新を表しています。Bitcoinエコシステムに同じ考え方を適用すると、Ethereumの拡張性を持つネイティブで分散型のVMを実現することは間違いなく困難でしょう。業界全体は、真に分散型のスケーリングの問題を解決するためにまだ長い道のりを進んでいます。

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