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オフチェーン拡張デプス解析:ステートチャネル、サイドチェーン、プラズマ、ロールアップの方案全面比較
オフチェーン拡張デプス解析
著者：エレイン・シュー、ヘッティ・ジャン、ジューン・ワン、ワロン・リン、イリウ・リン
1. スケーラビリティの必要性
ブロックチェーンが直面している不可能な三角問題：分散化、安全性、スケーラビリティを同時に満たすことが難しい。現在、ブロックチェーンの発展におけるホットな話題の一つは、分散化と安全性を保証する前提のもとで、ブロックチェーンのスループットと取引速度をどのように向上させるか、つまりスケーリングの問題を解決することです。
ブロックチェーンの去中心化、安全性、スケーラビリティの定義:
ビットコインネットワークの最初の重大なハードフォークは、スケーラビリティの問題に起因しています。2017年8月1日、Bitcoin ABCが独自に開発した8MBブロックのクライアントシステムが稼働を開始し、ビットコインの歴史上初の重大なハードフォークが発生し、新しい通貨BCHが誕生しました。
イーサリアムネットワークは、単一のブロックに収容できる燃料費を制限することで取引量を制限し、Trustless Consensusを実現し、ノードの広範な分布を確保しています。オンチェーンアプリケーションの台頭に伴い、市場のスループットに対する需要が増加していますが、イーサリアムは毎秒15〜45件の取引しか処理できず、取引コストが増加し、決済時間が長くなり、大部分のDappsは運営コストを負担できず、ネットワークは遅く高価になり、ブロックチェーンのスケーラビリティ問題は早急に解決する必要があります。
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2. スケーラビリティソリューションの種類
"レイヤー1のメインネットの変更の有無"を基準として、スケーリングソリューションをオンチェーン拡張とオフチェーン拡張の2つの大きなカテゴリに分けます。
2.1 オンチェーン拡張
核心概念:主ネットワークプロトコルの一層を変更することでスケーラビリティ効果を得る解決策であり、現在の主要な方案はシャーディングです。
チェーン上のスケーリングにはさまざまなソリューションがあり、本記事では詳細には触れず、以下に2つのソリューションを簡潔に列挙します:
メインネットプロトコルのコードを変更することは、予期しない悪影響を引き起こす可能性があります。なぜなら、基盤となる微細なセキュリティホールが全体のネットワークの安全性を深刻に脅かすからです。ネットワークはフォークを強いられたり、修正アップグレードの中断を余儀なくされる可能性があります。
2.2 オフチェーン拡張
コアコンセプト:既存のレイヤー1メインネットプロトコルを変更せずにスケーリングソリューションを提供すること。
オフチェーン拡張ソリューションはLayer2とその他のソリューションに細分化できます:
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3. オフチェーン拡張の方案
3.1 ステートチャンネル
3.1.1 まとめ
状態チャネルは、チャネルがオープン、クローズ、または紛争を解決する際にのみ、ユーザーがメインネットと相互作用する必要があり、ユーザー間の相互作用をオフチェーンで行うことを規定しています。これにより、ユーザーの取引にかかる時間とコストを削減し、取引回数に制限を設けることなく実現します。
ステートチャネルは、シンプルなP2Pプロトコルであり、「ターンベースのアプリケーション」に適しています。例えば、二人用のチェスゲームです。各チャネルは、メインネット上で実行されるマルチシグスマートコントラクトによって管理されており、このコントラクトはチャネルに預けられた資産を制御し、状態の更新を検証し、参加者間の争議を仲裁します(。詐欺証明)に署名とタイムスタンプが付与されます。
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3.1.2 タイムライン
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3.1.3 技術原則
ステートチャンネルのワークフロー:
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####3.1.4長所と短所
価値：
短所：
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3.1.5 アプリケーション
ビットコイン・ライトニングネットワーク:
イーサリアムライトニングネットワーク:
セラーネットワーク:
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3.2 サイドチェーン
3.2.1 まとめ
サイドチェーンは、ビットコインの取引を加速するために登場したブロックチェーンの形態であり、より複雑な契約を使用したり、コンセンサス機構を改善することによって(、またはブロックパラメータを調整してサイドチェーンが特定の機能を満たすようにすることができます。サイドチェーンの取引結果は最終的にメインチェーンに送信される際に、バリデーター側に記録されます。このブロックチェーンモデルは新しいブロックチェーンの形態ではなく、メインチェーンに付随し、メインチェーンの問題を解決するためのインフラストラクチャです。
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)# 3.2.2 タイムライン
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)# 3.2.3 技術原則
サイドチェーンの2つの主要なメカニズム:
双方向アンカリング###シンメトリックペッグ(: メインチェーンとサイドチェーンのバリデーターは、お互いの状態をリアルタイムで記録します。メインチェーンのトークンがサイドチェーンに移転されると、特別な出力が生成され、サイドチェーンのバリデーターのみが解除できます。
不協和のアンカリング)アシンメトリック・ペッグ(: サイドチェーンのバリデーターはメインチェーンのアクティビティを監視し、メインチェーンからサイドチェーンへのトランザクションを積極的に記録することができます。しかし、サイドチェーンからメインチェーンへの場合、メインチェーンはサイドチェーンの状態を確認できず、認証者メカニズムを導入する必要があります。
簡単に言うとサイドチェーンのメカニズム:
サイドチェーンの資産の安全性は、サイドチェーンのコンセンサスメカニズムに依存します。
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)#3.2.4長所と短所
価値：
短所：
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)# 3.2.5 アプリケーション
xDai ### Gnosis Chain(になりました。
ポリゴン:
ロニン:
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) 3.3 プラズマ
3.3.1まとめ
Plasmaは、スケーラブルなDappを構築するためのフレームワークです。これは、サイドチェーンの進化的な解決策として登場し、ユーザーのサイドチェーンオペレーターへの信頼を最小限に抑えることを目的としています。