イーサリアム ブロックチェーンのスケーラビリティの問題: 将来は L2 に依存します

2015 年 7 月のイーサリアム ブロックチェーンの出現は、ビットコインと比較してはるかに洗練されたレイヤーを導入することにより、デジタル資産の状況に完全な変革をもたらしました。

The advent of the Ethereum blockchain in July 2015 completely revolutionized the landscape of digital assets by introducing a much more sophisticated layer compared to Bitcoin. Over the years, Ethereum has powered thousands of cryptographic protocols thanks to the possibility of implementing smart contract, completely innovating the cryptographic industry. However, 9 years after its debut on the market, this L1 chain continues to deal with its main Achilles’ heel: scalability. In fact, despite Ethereum being a highly interoperable programmable blockchain thanks to its EVM nature, it does not boast a high throughput for transactions. This is a very large limit because it prevents the blockchain from supporting a large amount of traffic, and makes its cost of use unsustainable. Especially in bull market cycles, where the attention to cryptocurrencies is greater, Ethereum often requires enormous fees to execute transactions. As we can see in the following Etherscan chart, the cost of using the chain, commonly referred to as “gas”, has often reached peaks above 200 gwei. We remind you that gwei is the unit of measurement for gas cost: 1 gwei corresponds to 0.000000001 Ether. If we observe this chart closely, we notice how in the last two years the situation regarding gas price on Ethereum has slightly adjusted. The strong expansion of the L2 chain has indeed helped the main layer to distribute the traffic over more blockspace, limiting queues and high fees. Especially from 2023 onwards, the growth of new second-layer networks has allowed for an overall increase in the scalability of the cryptographic ecosystem, while simultaneously consuming less gas. The settlement requests on Ethereum’s L1 grew exponentially in the middle of the second year, when the L2 trend reached incredible levels. According to the Coingecko ranking, there are currently 46 different L2 solutions, for a TVL of 40 billion dollars. A lot of attention for the Ethereum L2 sector is channeled towards those networks of the Zk-EVM type, which implement the so-called “zero-knowledge proofs”. Although this is actually a rather dated topic, it has only become popular in the blockchain space in recent years. Today, most of the L2 developed on Ethereum are rollup (optimistic or zk) that shift the burden of data processing off-chain by sending verification batches to the L1. Given the success of this cryptographic technology, Vitalik Buterin himself thought a few months ago to make Ethereum a Zk-EVM chain. In fact, with an update, it could make this “built-in” feature, allowing the integration of ZK-SNARKs computational proofs also at the execution level. This would make the main network much more scalable than it is at the moment, capable among other things of validating transactions with maximum focus on privacy.

2015 年 7 月のイーサリアム ブロックチェーンの出現は、ビットコインと比較してはるかに洗練されたレイヤーを導入することにより、デジタル資産の状況に完全な変革をもたらしました。イーサリアムは、スマート コントラクトの実装の可能性のおかげで、長年にわたって何千もの暗号プロトコルを強化し、暗号業界を完全に革新してきました。しかし、市場デビューから 9 年が経った今でも、この L1 チェーンは主なアキレス腱であるスケーラビリティに取り組み続けています。実際、イーサリアムは EVM の性質により相互運用性の高いプログラム可能なブロックチェーンであるにもかかわらず、トランザクションの高いスループットを誇りません。これは、ブロックチェーンが大量のトラフィックをサポートできなくなり、使用コストが持続不可能になるため、非常に大きな制限です。特に、仮想通貨への注目が高まる強気相場サイクルでは、イーサリアムは取引を実行するために巨額の手数料を必要とすることがよくあります。次の Etherscan チャートでわかるように、一般に「ガス」と呼ばれるチェーンの使用コストは、200 グウェイを超えるピークに達することがよくあります。 gwei はガスコストの測定単位であることを思い出してください。1 gwei は 0.000000001 イーサに相当します。このチャートを注意深く観察すると、過去 2 年間でイーサリアムのガス価格に関する状況がわずかに調整されていることがわかります。実際、L2 チェーンの強力な拡張により、メイン層がより多くのブロックスペースにトラフィックを分散し、キューと高額な料金を制限することができました。特に 2023 年以降、新しい第 2 層ネットワークの成長により、暗号化エコシステムのスケーラビリティが全体的に向上すると同時に、ガス消費量も減少します。イーサリアムの L1 での決済リクエストは 2 年目の半ばに急激に増加し、L2 の傾向は信じられないレベルに達しました。 Coingecko のランキングによると、現在 46 の異なる L2 ソリューションがあり、TVL は 400 億ドルです。イーサリアム L2 セクターに対する多くの注目は、いわゆる「ゼロ知識証明」を実装する Zk-EVM タイプのネットワークに向けられています。これは実際にはかなり古いトピックですが、ブロックチェーン分野で人気が出てきたのは近年のことです。現在、イーサリアム上で開発された L2 のほとんどはロールアップ (オプティミスティックまたは zk) であり、検証バッチを L1 に送信することでデータ処理の負担をオフチェーンに移します。この暗号化技術の成功を考慮して、Vitalik Buterin 自身も数か月前、イーサリアムを Zk-EVM チェーンにしようと考えました。実際、アップデートにより、この機能が「組み込み」機能になり、ZK-SNARK の計算証明を実行レベルでも統合できるようになります。これにより、メイン ネットワークは現在よりもはるかにスケーラブルになり、とりわけプライバシーを最大限に重視してトランザクションを検証できるようになります。

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The idea of Vitalik, as brilliant and ambitious as it is, involves very complex structural changes. For example, a change to the rule being proposed would require the addition of a pre-state root and a post-state root to each block entering the consensus layer.

Vitalik のアイデアは、素晴らしく野心的なものですが、非常に複雑な構造変化を伴います。たとえば、提案されているルールを変更するには、コンセンサス層に入る各ブロックに状態前ルートと状態後ルートを追加する必要があります。

This means that each block gets a special type of cryptographic proof that shows that the transactions in the block are valid and therefore correctly updates the state of the blockchain. 

これは、各ブロックが、ブロック内のトランザクションが有効であることを示す特別なタイプの暗号証明を取得し、ブロックチェーンの状態を正しく更新することを意味します。

Another solution would require the separation of different parts of the execution blocks, introducing the calculation via GPU to validate the ZK-SNARKS proofs.

別のソリューションでは、実行ブロックのさまざまな部分を分離し、GPU を介した計算を導入して ZK-SNARKS 証明を検証する必要があります。

This would make Ethereum a “hybrid” chain where the consensus remains on PoS and the execution of cryptographic proofs is powered by PoW.

これにより、イーサリアムは、コンセンサスが PoS に維持され、暗号証明の実行が PoW によって強化される「ハイブリッド」チェーンになります。

Overall, all these possible implementations require significant trade-offs to the Ethereum blockchain.

全体として、これらの可能な実装はすべて、イーサリアム ブロックチェーンとの大幅なトレードオフを必要とします。

At the moment, no decision has been made yet: the challenge of the coming years will be focused on making the chain more scalable, while keeping the code structure lean. For now, the presence of L2 solves a substantial part of the scalability of the Ethereum blockchain, making a ZK-EVM update on L1 not strictly necessary. The large quantity of second-layer networks seems to be sufficient at the moment to meet all the blockspace requests made by the community. That said, in the future it will be necessary to improve the level of throughput, but for now L2 seems like an excellent compromise to avoid complicating Ethereum’s code too much. The only problem that absolutely needs to be remedied concerns the fragmentation of liquidity on the various L2s, which often act as single agents. Many rollups operate in fact in isolation without interoperability, making it complex to transfer funds from one chain to another without going through the main layer. For example, the ZK Stack chains are interoperable only with other ZK Stack chains. Then, even within a single ecosystem, the technological implementations, wallet integrations, and user interfaces are still in a very early stage. Approximately 40 billion dollars, according to data from L2 Beat, are

現時点ではまだ決定は下されていません。今後数年間の課題は、コード構造をスリムに保ちながら、チェーンをよりスケーラブルにすることに焦点を当てることになります。現時点では、L2 の存在によりイーサリアム ブロックチェーンのスケーラビリティのかなりの部分が解決されるため、L1 での ZK-EVM 更新は厳密には必要ありません。現時点では、コミュニティからのすべてのブロックスペース要求を満たすには、大量の第 2 層ネットワークで十分であると思われます。そうは言っても、将来的にはスループットのレベルを向上させる必要がありますが、今のところ、L2 はイーサリアムのコードが過度に複雑になることを避けるための優れた妥協案のように思えます。絶対に改善する必要がある唯一の問題は、多くの場合単一エージェントとして機能するさまざまな L2 上の流動性の断片化に関するものです。多くのロールアップは実際には相互運用性がなく孤立して動作するため、メイン層を経由せずにあるチェーンから別のチェーンに資金を移動することが複雑になります。たとえば、ZK スタック チェーンは他の ZK スタック チェーンとのみ相互運用可能です。そして、単一のエコシステム内であっても、技術的な実装、ウォレットの統合、およびユーザーインターフェイスはまだ非常に初期段階にあります。 L2 Beat のデータによると、その額は約 400 億ドルです。