レイヤー2ロールアップはスマートコントラクトトランザクションをどのように処理しますか？

レイヤー2のロールアップとブロックチェーンにおけるその役割の理解

レイヤー2ロールアップは、ブロックチェーンネットワーク、特にイーサリアムのスループットと効率を高めるために設計されたスケーリングソリューションのカテゴリです。これらのロールアップは、メインチェーン（レイヤー1）からトランザクションを処理し、それらをバッチして最終結果をメインネットに送信することで動作します。このメカニズムは、基礎となるブロックチェーンのセキュリティ保証を維持しながら、プライマリネットワーク上の混雑を大幅に削減します。

レイヤー2のロールアップには、楽観的なロールアップとZKロールアップの2つの主要なタイプがあります。それぞれにスマートコントラクトの実行を処理するための明確なメカニズムがありますが、どちらもガスコストを削減し、地方分権やセキュリティを損なうことなくトランザクション速度を上げるという目標を共有しています。

楽観的なロールアップでのスマートコントラクトの実行

楽観的なロールアップでは、スマートコントラクトは、すべてのトランザクションが挑戦されない限り有効であるという仮定の下で実行されます。このシステムは、紛争期間中に別段の証明されない限り、バリデーターから良い行動を想定するため、「楽観的」と呼ばれます。

• ユーザーは、スマートコントラクトと対話するためにトランザクションを提出します。
• トランザクションはシーケンサーによってオフチェーンで処理され、複数のトランザクションをバッチに集約します。
• Sequencerは、新しい状態ルートを計算し、トランザクションデータとともにEthereum MainNetに提出します。
• チャレンジ期間（通常は1週間ほど）に、無効なトランザクションを検出した場合、バリデーターは詐欺の証明を提出できます。
• 詐欺の証明が検証された場合、誤ったバッチが巻き戻され、悪意のある俳優が罰せられます。

このアプローチにより、複雑なスマートコントラクトロジックをオフチェーンで処理し、イーサリアム仮想マシン（EVM）の完全性を維持しながら、ガス料金を大幅に下げます。

ZK-Rollupsでのスマートコントラクトの実行

ZK-Rollupsは、ゼロ知識ロールアップの略で、暗号化された証明を使用して、メインチェーンに提出される前にトランザクションを検証します。楽観的なロールアップとは異なり、彼らは挑戦期間に依存していません。代わりに、すべてのバッチには、 ZK-SNARK （ゼロ知識の簡潔な知識の非対話的議論）またはZK-Starkとして知られる有効性証明が付属しています。

スマートコントラクトの処理方法は次のとおりです。

• トランザクションは収集され、プローバーノードによってオフチェーンが実行されます。
• Proverは、状態移行の正しさを確認するゼロ知識証明を生成します。
• この証明は、圧縮されたトランザクションデータとともに、Ethereum MainNetに送信されます。
• レイヤー1のスマートコントラクトは、証明を迅速に検証し、有効な場合は新しい状態を適用します。

有効性の証明は、提出時に正しさを確保するため、長いチャレンジウィンドウは必要ありません。これにより、ZK-Rollupsは、楽観的なカウンターパートと比較して、スマートコントラクトインタラクションの最終化に速くなります。

複雑なスマートコントラクトをオフチェーンで処理します

レイヤー2の複雑なスマートコントラクトを処理するには、EVM互換コードをロールアップ環境と互換性のある形式に変換する必要があります。多くの場合、開発者は、ロールアップアーキテクチャの制約内で動作するように、堅実さまたはVyper契約を適応させる必要があります。

たとえば、楽観的なロールアップは完全なEVM互換性を維持し、開発者は最小限の変更で既存のスマートコントラクトを展開できるようにします。ただし、高周波契約コールを扱う際には、スループットとレイテンシの点で制限に直面する可能性があります。

一方、 ZK-Rollupsは、任意の計算のためにゼロ知識証明を生成する複雑さのために、歴史的に汎用スマートコントラクトをサポートするのが困難でした。 Zkevmsのような最近の進歩は、ゼロ知識暗号を使用してEVMをエミュレートする環境を作成することにより、この問題を大部分解決しました。

データの可用性とセキュリティ上の考慮事項

レイヤー2ロールアップのコア原則の1つは、実行が鎖で発生しているにもかかわらず、すべてのトランザクションデータをEthereum MainNetに公開することです。これにより、データの可用性が保証されます。つまり、必要に応じて誰でも状態を再構築できます。

• すべてのトランザクションデータはレイヤー1 CallDataに保存されているため、公開されます。
• 状態のルーツは、ロールアップの最新の状態を反映するために定期的に更新されます。
• ユーザーは、メインネット上の資金の所有権を直接証明することにより、ロールアップを終了できます。

このデザインは、ブロックチェーンの信頼のない性質を維持し、ロールアップオペレーターが悪意を持っているかオフラインになったとしても、ユーザーが資産を回収できるようにします。

よくある質問

Q：同じツールを使用して、イーサリアムと同じようにレイヤー2ロールアップのスマートコントラクトを開発できますか？ A：はい、多くのレイヤー2プラットフォームは、 Hardhat、Truffle、Remixなどの標準的な開発ツール、特に楽観的やarbitrumなどのEVM互換性を提供する標準開発ツールをサポートしています。ただし、ZK-Rollupsに展開するには、ZKEVMの実装に応じて追加のツールサポートが必要になる場合があります。

Q：レイヤー2のロールアップでガス価格設定はどのように機能しますか？ A：レイヤー2のロールアップのガス価格設定は、通常、鎖で発生するため、レイヤー1よりもはるかに低いです。料金は、データをEthereumに公開するコストとオフチェーンを使用したリソースに基づいて計算されます。

Q：レイヤー2のロールアップでのスマートコントラクトの相互作用は、イーサリアムと同様に安全ですか？ A：レイヤー2のロールアップはイーサリアムのコンセンサスからセキュリティを継承しますが、必要な信頼のレベルはタイプ間で異なります。 ZK-Rollupsは、有効性の証明を通じて数学的に保証されたセキュリティを提供しますが、楽観的なロールアップは、正確性を実施するための経済的インセンティブと誠実なアクターに依存しています。

Q：ロールアップ中のシーケンサーが機能を停止するとどうなりますか？ A：ほとんどのロールアップシステムにより、ユーザーはレイヤー1を介してトランザクションインクルージョンを強制し、シーケンサーをバイパスできます。これにより、シーケンサーが不正に誤動作または行動する場合でも、検閲の抵抗と運用の継続性が保証されます。