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Optimism の紹介：Optimistic Rollup による Ethereum のスケーリング

· 約8分
Dora Noda
Dora Noda
Software Engineer

Optimism は、セキュリティや分散性を犠牲にせずに Ethereum をスケールさせるための Optimistic Rollup プロトコルです。プロトコルは、Ethereum の計算およびストレージ容量を増大させつつ、既存の Ethereum インフラストラクチャとの最大限の互換性を保ちます。

Optimism の紹介：Optimistic Rollup による Ethereum のスケーリング

基礎​

Ethereum のスケーラビリティとは？​

Ethereum のスケーラビリティは、ネットワークがより多くの有用なトランザクションを処理できる能力を指します。現在の Ethereum は帯域幅、計算、ストレージといったリソースが限られており、大量のトランザクション処理が困難です。特に計算とストレージがボトルネックとなり、手数料が極端に高くなります。Ethereum をスケールさせ手数料を下げるには、帯域幅、計算、ストレージをより有効に活用する必要があります。

Optimistic Rollup とは？​

Optimistic Rollup は、レイヤー 2 のスケーラビリティ手法で、トランザクションをオフチェーンで実行しつつ、セキュリティと分散性を維持します。トランザクションデータはチェーン上に提出されますが、実行はオフチェーンで行われます。オフチェーン実行にエラーがあった場合、フォルトプルーフをチェーン上に提出してエラーを訂正し、ユーザー資金を保護します。このアプローチは、紛争が生じたときだけ裁判所に行くイメージに似ており、エラーがあったときだけチェーン上でトランザクションを実行します。

EVM 等価性とは？​

EVM 等価性は、Ethereum イエローペーパーで定義された状態遷移関数に完全に準拠していることを指します。EVM 等価な Rollup プロトコルは、EVM 間で Ethereum 標準を遵守し、スマートコントラクト開発者がコードを一度書くだけでどこでもデプロイできるようにします。つまり、Ethereum メインネット向けに書かれたスマートコントラクトは、ほとんど変更せずに EVM 等価な Rollup プロトコルへデプロイ可能です。

Optimism = EVM 等価 + Optimistic Rollup + Ethereum のスケーリング​

Optimism は、既存の Ethereum インフラストラクチャとの最大限の互換性を保ちつつ、Ethereum をスケールさせることを目的とした EVM 等価な Optimistic Rollup プロトコルです。

セキュリティ​

Ethereum をセキュリティを犠牲にせずにスケールさせるため、Optimism はレイヤー 1 の重要な 3 つの特性、ライブネス、可用性、妥当性を保持します。

  1. ライブネス – 誰でも任意のタイミングでトランザクションを送信し、Rollup チェーンを拡張できます。
    • トランザクションはシーケンサー経由または直接レイヤー 1 に送信できます。シーケンサーは低遅延・低コストを提供し、レイヤー 1 へ直接送信することで検閲耐性が得られます。
  2. 可用性 – 誰でも Rollup チェーンをダウンロードできます。
    • チェーンを再構築するために必要なすべての情報はレイヤー 1 のブロックに埋め込まれています。したがって、レイヤー 1 が利用可能である限り、Rollup も利用可能です。
  3. 妥当性 – すべてのトランザクションが正しく実行され、すべての出金が正しく処理されます。
    • Rollup の状態と出金は L1 コントラクト L2OutputOracle で管理され、単一の正直な検証者が存在すれば正しい（＝妥当な）Rollup ブロックハッシュのみが確定されます。無効なブロックハッシュが L1 に提示された場合、正直な検証者がそれが無効であることを証明し、ボンドを獲得します。

Optimism はフォルトプルーフを通じて Rollup の妥当性を強制します。妥当性プルーフは実装が可能になった段階で組み込むこともできます。

ネットワーク参加者​

Optimism には ユーザー、シーケンサー、検証者 の 3 種類のアクターが存在します。

Optimism ネットワーク参加者

ユーザー​

ネットワークの中心は、Ethereum メインネット上のコントラクトへデータを送信することで L2 に任意のトランザクションを入金・出金できるユーザーです。ユーザーはシーケンサーへトランザクションを送信して L2 の EVM スマートコントラクトを利用し、検証者が提供するブロックエクスプローラーでトランザクションのステータスを確認できます。

シーケンサー​

シーケンサーは主なブロックプロデューサーです。コンセンサスプロトコルを用いて 1 つまたは複数存在します。バージョン 1.0.0 では、Optimism Foundation の監督下で運営されている単一シーケンサーが使用されています。一般に、仕様書では「シーケンサー」という語が複数シーケンサーによるコンセンサスプロトコル全体を指すことがあります。

シーケンサーの主な役割は

  1. ユーザーからのオフチェーントランザクションを受け取ること、
  2. オンチェーントランザクション（主に L1 からの入金イベント）を観測すること、
  3. これらを特定の順序で L2 ブロックに統合し、統合された L2 ブロックを L1 に calldata として 2 つ送信すること
    • ステップ 1 で受け入れた保留中オフチェーントランザクション、
    • オンチェーントランザクションの順序情報（L1 のみでブロックを再構築できるようにするための情報）

シーケンサーはステップ 3 の時点でブロックデータへのアクセスも提供し、ユーザーは L1 の確定を待たずにリアルタイム状態を取得できます。

検証者​

検証者は次の 2 つの目的を持ちます。

  1. ユーザーへ Rollup データを提供すること、
  2. Rollup の整合性を検証し、無効な主張に対して争議を行うこと。

ネットワークの安全性を保つため、少なくとも 1 人の正直な検証者が存在し、Rollup チェーンの整合性を検証し、ブロックチェーンデータをユーザーに提供できなければなりません。

主要なインタラクション図​

以下の図は、プロトコルコンポーネントがユーザーインタラクション中にどのように利用されるかを示し、各コンポーネント仕様を掘り下げる際の文脈を提供します。

入金とトランザクション送信​

ユーザーはまず L1 から ETH を入金し、手数料を支払えるようになると L2 でトランザクションを送信し始めます。以下の図はこのインタラクションと、利用される（または利用すべき）主要な Optimism コンポーネントを示しています。

入金とトランザクション送信

出金​

出金は L2 上の通常トランザクションで開始され、争議期間が経過した後に L1 上のトランザクションで完了します。

出金の図

結論​

Optimism は、既存の Ethereum インフラストラクチャとの最大限の互換性を保ちつつ、Ethereum をスケールさせることを目的とした Optimistic Rollup プロトコルです。計算とストレージ容量を増やすことで、セキュリティや分散性を犠牲にせずに、より多くの有用なトランザクションを処理できるソリューションを提供します。詳細を知りたい方は、公式スペック（official specs）をご覧ください。Ethereum のコア原則を遵守し、既存インフラと高い互換性を持つ Optimism は、Ethereum がよりスケーラブルで効率的なネットワークになるための重要なプレイヤーになるでしょう。

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