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性能の突破を助ける

単体ブロックチェーンは全面性で知られ、データストレージから取引確認まで、ネットワークの各層を独立して担います。一方、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、特定の機能において性能サポートとスムーズなユーザー体験を提供し、一定程度で「不可能な三角形」問題を解決します。

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、モジュラー設計に肥沃な土壌を提供しました。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り始め、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、より効率的な取引処理、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"ソウル化"されたプラグイン製品の考え方を表しており、将来的には、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をレゴブロックのように簡単に挿入したり取り外したりできます。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解析

モジュラーブロックチェーンについて考えるとき、まずは単体ブロックチェーンの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があり、その包括性で知られ、データストレージから取引検証、さらには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。このプロセスにおいて、単体チェーンは多面的な役割を果たし、すべての段階に関与しています。

イーサリアムを例にとると、成熟した単一のブロックチェーンは一般的に大まかに四つのアーキテクチャに分けられます：

• 実行レイヤー -決済レイヤー
• データ可用性レイヤー/DAレイヤー
• コンセンサス層

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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、すべての機能を同じチェーン上で実行するのに対し、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ます。各コンポーネントは、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があります。

モジュラーブロックチェーンは、一群の専門家のように、それぞれの分野に深く掘り下げ、技術革新に集中しています。このような集中により、モジュラーブロックチェーンは特定の機能において優れたパフォーマンスとユーザー体験を提供でき、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全体のデータコピー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対して高い要求を課すだけでなく、ネットワークの拡張速度を制限します。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が大幅に向上します。

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です。それらは非コア機能を他の専門家にアウトソーシングすることができ、協同効果を生み出し、全体的なパフォーマンスの顕著な向上を実現します。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ニーズに応じて異なるモジュールを自由に組み合わせ、多様なソリューションを創造することができます。

単体チェーンは全体的な制御、安全性、安定性において利点を持っていますが、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った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のプロセスを簡素化しています。

しかし、モジュラーブロックチェーンは特有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、開発者が設計、開発、保守において負担を増加させます。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安全性はさらに検証が必要です。

モジュラーブロックチェーンの優位性

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？これはブロックチェーン分野の著名な"不可能三角"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、可拡張性という3つのコア属性で最適な状態を達成することが難しいことを指します。

• スケーラビリティは、ネットワークが大量の取引を処理する能力と、ユーザーおよび取引量の増加に伴って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（毎秒取引量）と遅延（取引確認に必要な時間）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コストと難易度に関係しています。例えば、ビットコインの POW メカニズムでは、攻撃者がネットワーク全体の 51% 以上のハッシュレートを掌握する必要があり、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ます。ノードが多ければ多いほど、地理的な分布が広がるほど、ネットワークの非中央集権度は高くなります。

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"不可能三角"の核心的な見解は、一つのブロックチェーンシステムがこれら三つの特性を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、それらは一定のスケーラビリティを犠牲にし、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分で、イーサリアムのTPSは約13です。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ことがあります。

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登場しました。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で、従来のパブリックチェーンが直面するスケーラビリティと取引コストの課題を解決します。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Rollup技術は、モジュラー思想の具体化です。

モジュラーブロックチェーンの利点は、その階層型アーキテクチャにあり、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アプローチを提供します。それは、非中央集権性とセキュリティを維持しながら、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プロジェクト解析

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により、しばしば統一された全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とき、通常、取引の順序も同時に決定されるためです。これはブロックチェーンのセキュリティと不変性の核心です。

この設計原則に基づいて、実行層、データ可用性層、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さまざまなプロジェクトを理解することができます。

実行レイヤー: レイヤー 2

レイヤー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を具体化したものです。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。

レイヤー2ソリューションは、基盤となるブロックチェーンの安全性と非中央集権の特性を維持しながら、より迅速でコスト効率の高い取引処理を可能にします。@0xning が作成した dune ダッシュボードによれば、イーサリアムエコシステム上でレイヤー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の最も主流なソリューションであり、そのコア理念は「チェーン外での実行、チェーン上での検証」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、取引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取引証明を検証し、元の取引データを保存するだけです。この設計は、メインチェーンの計算負担を大幅に軽減し、ストレージ要件を削減することで、より効率的な取引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ました。これは物流における貨物のコンテナ化に例えることができます。個別に貨物を送信すると高額な運送料が発生しますが、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、1回の"輸送"で済むため、各取引のコストを大幅に削減します。

チェーン上検証

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対立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エラー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エラー証明

オプティミスティックロールアップは、すべての取引が有効であると仮定する楽観的な仮説を採用しており、明確な証拠が存在しない限り、エラーがあると見なされません。このモデルは、チャレンジ期間中のエラー証明（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スマートコントラクトの状態に挑戦するための証明を提出でき、ネットワークの公正性と透明性が確保されます。

L2BEAT のデータによると、現在 Optimistic Rollups 機構を採用している Layer 2 は合計 16 件あり、例えば：ある取引プラットフォーム、あるプラットフォーム、Base、Blast などです。

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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。

要するに、有効性証明は ZK-Rollups の基礎であり、各取引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確認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、各取引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 のデータによれば、現在 ZK Rollups 機構を採用している Layer 2 は合計で 11 チェーンあり、例えば：Linea、Starknet、ある DEX などです。

データ可用性レベル

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として、本質的にはデータの可用性層であり、dAppsやRollupの開発に対して堅実な基盤を提供します。Celestiaのデータ可用性層と合意層に展開することで、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、データの可用性と合意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拡張に多様なソリューションを提供しており、その体系構造は主に以下の3つのタイプで構成されています：

• 主権ロールアップ：Celestiaはデータ可用性層とコンセンサス層を提供し、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現される。
• セトルメントロールアップ（例えばCevmosプロジェクト）：Celestiaが提供するDAおよびコンセンサスレイヤーの基盤の上に、Cevmosはセトルメントレイヤーサービスを提供し、アプリケーションチェーンは実行レイヤーの役割を担います。
• Celestium：データ可用性層は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ます。

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