モジュラーブロックチェーン:次世代Web3インフラの進化

モジュラーブロックチェーンは次世代のブロックチェーンインフラストラクチャとして、Web3エコシステムの進化を推進しています。ブロックチェーンの階層アーキテクチャを再定義することで、異なる機能を独立したモジュールに分割し、より高いパフォーマンスと柔軟性を実現しています。モジュラーブロックチェーンが新たなストーリーのホットトピックになっているにもかかわらず、これは従来のモノリシックブロックチェーンが置き換えられることを意味するものではありません。むしろ、両者は相互に補完し合い、次の10億ユーザー規模のWeb3エコシステムを支えることになるでしょう。

モジュラーブロックチェーンを理解するためには、取引とブロックデータの観点から切り込むことができ、実行層、データ可用層、コンセンサス層、決済層のいくつかの重要なモジュールに分けることができます:

• 実行層はトランザクションのバッチ処理と計算を担当し、単一のブロックチェーンのスケーリングと計算のアウトソーシングの先駆者として機能します。
• データ可用層は、データストレージコストを削減するだけでなく、コンセンサス層の保証の下でデータの可用性検証を実現しました。
• コンセンサス層は、分散型コンセンサスメカニズムの再利用に取り組み、新しい分散型フレームワークを構築します。
• 決済層はアカウント資産と取引フローのマッチングと関連を最適化しました。

モジュラーブロックチェーンの発展と課題

ビットコインの誕生は、分散型電子現金システムの出現を象徴し、人々にブロックチェーン技術とプルーフ・オブ・ワークコンセンサスメカニズムを認識させました。その後、イーサリアムはスマートコントラクトプラットフォームとして、金融、ソーシャル、ゲームなどの分野におけるブロックチェーンの広範な展望を示しました。ブロックチェーン技術はまだ始まったばかりですが、その潜在能力は巨大です。

現在主流のパブリックチェーンは、単体ブロックチェーンと呼ばれています。これらは取引を媒体として、ブロックを通じて有効な取引を保存し、特定のコンセンサスメカニズムに依存して分散型の信頼不要な帳簿ネットワークを実現しています。単体ブロックチェーンは独立して完全なエコシステムを構築できますが、発展に伴い取引の詰まり、コストの上昇、参加のハードルが高いなどの問題に直面することになります。

単一のブロックチェーンの限界を解決するために、業界では状態チャネル、サイドチェーン、ロールアップ、ライトノード、シャーディング、モジュラーなどの技術ソリューションに関する広範な探求が行われました。これらの研究は、ブロックチェーン技術スタックを継続的に最適化し、ブロックチェーンの普及度を向上させました。

モジュラーブロックチェーンの定義とアーキテクチャ

モジュラーブロックチェーンは、集約と組み合わせの考え方を通じて、ブロックチェーンの階層構造を再定義し、それを独立して組み合わせ可能なモジュールに分割します。このアーキテクチャは、あらゆる面での性能を向上させるだけでなく、多様なアプリケーションシーンにも対応できます。

ユーザーの視点から見ると、イーサリアムのレイヤー2ネットワークArbitrumは、モジュラーブロックチェーンのアーキテクチャを直感的に理解するのに役立ちます:

• ユーザーの取引は、第一層ネットワークと直接相互作用するのではなく、第二層ネットワークのシーケンサーによって収集され処理されます。
• 定序器はバッチ取引データを圧縮して第一層ネットワークに送信します
• 取引を同時にソートし、状態の変化を計算し、その結果をレイヤー1ネットワークの決済に送信します。

こうして私たちは、実行層、データ利用層、コンセンサス層、決済層の機能を明確に理解することができます:

• 実行層:オーダリングエンジンが取引を処理し、データ圧縮と状態計算を含む
• データ可用層: 一層ネットワークストレージが実行層の圧縮取引データを維持します
• コンセンサス層:データ可用層と決済層における実行層の安全性を保証する
• Settlement Layer:ステートトランジションのファイナリティを確認する

実行レイヤー 製品 & 開発

実行レイヤー製品が登場する前、業界はブロックチェーンの取引性能を向上させる方法を模索していました。単体チェーン自体の最適化に加えて、イーサリアムエコシステムはRollupを主としたLayer2ソリューションを発展させました。OptimismやArbitrumなどの楽観的Rollup、StarknetやzkSyncなどのZK Rollupがあります。

Layer2の発展とともに、実行層の概念が正式に提案されました。Ethereumだけでなく、他のパブリックチェーンも自らのRollupソリューションを開発しています。これにより、多チェーン多実行層の共存という新たな状況が生まれましたが、同時にエコシステムの分断やユーザーの操作コストが高くなるといった新たな問題も生じています。

そのため、Rollup-as-a-Serviceの製品が登場しました。Sovereign LabsやStackr Labsなどです。これらの製品は、単一のHubに複数のRollupを持つツリー状の実行層アーキテクチャを構築しています。

実行レイヤー製品は重要な進展を遂げましたが、分散型シーケンサー、zkEVM、並列トランザクションなどの問題を含む、多くの課題が依然として残っています。

データ可用性レイヤーの開発

ブロックチェーンユーザーとスマートコントラクトの繁栄に伴い、オンチェーンデータは指数関数的に増加しています。イーサリアムの全ノードは800G以上のストレージスペースを必要とし、アーカイブノードはさらに13TB以上を必要とします。大量のブロックチェーンデータを効率的かつ安価に保存および処理することが重要な問題となっています。

初期のビットコインは、Reclaiming Disk SpaceやSPVなどの手法でデータの膨張に対処しました。イーサリアムは、Stateless Ethereumなどの手法を探求しました。実行レイヤー製品の発展に伴い、データの可用性の概念が拡張され、不完全に同期されたデータの前提で取引の有効性を検証することが強調されています。

イーサリアムは主流の実行層としてデータ可用層として、操作コストが高く、容量が限られているという問題があります。そのためEIP-4844などの改善策が提案されました。CelestiaやPolygon Availなどの他の専門のDA製品は、サンプリングやコーディングなどの面でブレークスルーを達成しています。さらに、GreenfieldやArweaveなどのストレージ層製品もあります。

コンセンサス層の発展

ブロックチェーンネットワークには資産の所有権を保証するために強力なコンセンサスメカニズムが必要です。現在の主流であるPoWとPoSメカニズムにはそれぞれ利点と欠点があり、クロスチェーンの相互運用が難しいです。

PoWは算力攻撃のリスクに直面しており、新しいチェーンは長期的に算力を蓄積する必要があるか、または共同マイニングを利用する必要があります。しかし、共同マイニングは利益の対立をもたらす可能性があり、Namecoinのケースのようです。Quai Networkなどはネイティブなマルチチェーン共同PoWを試みていますが、共通のコンセンサスの再利用を実現するのは依然として困難です。

PoSメカニズムは権益の価値に依存していますが、バリデーターの集合を構築するコストが高いです。CosmosとPolkadotは、安全な共有やパラレルチェーンなどのソリューションを探求しています。Ethereumのマージ後のPoSメカニズムは、コンセンサスリソースの再利用の条件を生み出しました。

EigenLayerなどのプロジェクトは、Restakingなどの方法を通じて、Ethereumのステーキング資産を再利用して他のネットワークを保護することを探求しています。流動的なステーキング派生商品もコンセンサス層プロダクトに潜在的なリソースを提供しています。

まとめ

モジュラーブロックチェーンはマイクロサービスアーキテクチャの考え方を取り入れ、ブロックチェーンの機能を独立したモジュールに分離しています。現在、各層は急速に発展しており、将来的には柔軟な組み合わせを通じてさらなる潜在能力を引き出すことが期待されています。課題は依然として存在しますが、モジュラーブロックチェーンはブロックチェーン技術の進歩を推進する重要な方向性となりつつあり、Web3エコシステムにさらなる革新と機会をもたらすことが期待されています。