The Surgeは、ETH坊計画の拡張性を大幅に向上させることを指し、主にL2ソリューションを通じて行われます。ロールアップはこの戦略の重要な要素です。ロールアップを中心としたロードマップでは、ETH坊L1は強力で分散化された基礎層になることに焦点を当て、L2はエコシステムの拡張を支援する役割を果たします。
The Surgeの後、VitalikはETH坊が拡張可能でありながら完全に分散化され、安全で持続可能であるというビジョンを描いた。このビジョンには、第1レイヤーを拡張するためのrollupやDASだけでなく、より効率的なコンセンサスアルゴリズムの構築、開発者ツールの改善、および繁栄するdAppエコシステムの育成も含まれています。
イーサリアムプロトコル技術のアップグレードの展望解析（2）：The Surge
今年の10月以降、イーサリアムの共同創設者であるヴィタリック・ブテリン氏は、イーサリアムプロトコルの将来の可能性に関する一連の記事を公開しており、イーサリアムのロードマップの6つの部分(The Merge、The Surge、The Scourge、The Verge、The Purge、The Splurge)を取り上げています。
この前に、私たちはロードマップの第一部分（The Merge）を解説しましたが、この記事ではシリーズの第二部分であるThe Surgeを引き続き解説します。この記事ではVitalikがETHエーテルのスケーラビリティと長期的な発展に焦点を当てています。この段階の技術ロードマップから、ETHエーテルが巨大な需要（TPSが100,000以上に達する）を処理し、同時に分散化と安全性を維持するプロトコルにどのように変化するかを詳しく理解することができます。
ETH坊の核心ビジョン
本質的に、ETH坊は分散型インターネットの基盤となることを目指しています。ETH坊は自動実行されるスマートコントラクトコードによって複雑な分散型アプリケーションをサポートし、この柔軟性により、DeFi、NFTなどの分散型アプリケーションを構築する開発者の選択となっています。
しかし、ETH坊は拡張性の面で制限があります。ETH坊L1は秒間約15〜30トランザクションしか処理できず、Visaなどの伝統的な支払いネットワークとは大きく異なります。これにより、ネットワークの混雑時には高額なガス料金が発生し、ETH坊がグローバルなインフラストラクチャーになる能力が制限されます。これがThe Surgeが重点的に解決しようとする問題です。
The Surgeの主な目標は次のとおりです：
-ETHエーテル フォーエル レイヤー1+レイヤー2 100,000+ TPSに達する;
-L1の分散および堅牢性を維持する；
少なくともいくつかのL2はETHブロックチェーンのコア属性（信頼不要、オープン、検閲耐性）を完全に受け継いでいます。
L2間の相互運用性を最大化する：ETH坊は、数十の異なるブロックチェーンではなく、エコシステムのように機能するべきです。
ロールアップ中心の未来
The Surgeは、ETH坊計画の拡張性を大幅に向上させることを指し、主にL2ソリューションを通じて行われます。ロールアップはこの戦略の重要な要素です。ロールアップを中心としたロードマップでは、ETH坊L1は強力で分散化された基礎層になることに焦点を当て、L2はエコシステムの拡張を支援する役割を果たします。
Rollupは取引をオフチェーンでパッケージ化し、それをETHメインネットワークに提出することで、安全性と分散性を維持しながらスループットを大幅に向上させます。Vitalikによれば、rollupはETHのスケーラビリティを100,000 TPS以上に向上させることができます。これは革命的な拡張であり、世界規模のアプリケーションを処理する際にETHが分散性の精神を損なうことなく可能にします。
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Vitalikは、ロールアップは一時的な解決策にとどまらず、長期的なスケーリング解決策でもあると強調しています。ETH 2.0はThe Mergeを通じてPoWからPoSに移行し、消費電力を削減します。一方、ロールアップは長期的なスケーリング解決策として次の重要なマイルストーンと見なされています。
今年、ロールアップを中心としたロードマップは重要な成果を上げました。EIP-4844のブロブの導入により、ETH坊L1のデータ帯域が大幅に増加し、複数のETH坊仮想マシン（EVM）ロールアップが第一段階に入りました。各L2は、独自のルールとロジックを持つ分散型のシャードとして存在し、シャードの実現方法の多様性と多元化が現実のものとなりました。
データ可用性サンプリング（DAS）のさらなる発展
The Surgeのもう一つの重要な側面は、データ可用性サンプリング（DAS）であり、これはデータ可用性の問題を解決するための技術です。ETHのような分散型ネットワークでは、すべてのノードがデータを検証できるため、すべてのコンテンツを保存またはダウンロードする必要はありません。
DASは、ノードが【完全なデータセットにアクセスせずに】データを検証することを許可し、拡張性と効率を向上させることができます。
ヴィタリックは、PeerDASと2D DASという2つの形式のDASに焦点を当てています。
PeerDASは、ロールアップの信頼仮定を強化して、より安全にすることが期待されています。2D DASは、ブロブ内だけでなく、ブロブ間でもランダムサンプリングを行います。KZGコミットメントの線形特性を活用して、新しい仮想ブロブのセットを使用してブロック内のブロブセットを拡張し、同じ冗長情報をエンコードします。
DASを利用すると、ETHリウムはより多くのデータを処理し、より速く、より安価なロールアップを実現でき、分散性を損なうことなく。
将来のさらなる段階では、2D DASの理想的なバージョンを確定し、その安全性を証明するためにさらに多くの作業が必要です。
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Vitalikが長期的に現実的だと考える道筋は次のとおりです：
(1)理想的な2D DASを実装する。
（2）1D DASを使用し、サンプリング帯域効率を犠牲にして、単純性と健全性を優先し、より低いデータ上限を受け入れる。
（3）DAを放棄し、Plasmaを完全にメインのLayer2アーキテクチャとして採用する。
注意すべきは、L1レイヤーで直接スケーリングを行うことを決定した場合でも、この選択肢が存在するということです。これは、L1レイヤーが大量のTPSを処理する必要がある場合、L1ブロックが非常に大きくなり、クライアントがその正確性を検証する効率的な方法を望むため、L1レイヤーでrollup（ZK-EVMやDASなど）と同じ技術を使用する必要があるためです。
プラズマとその他のソリューション
Rollup以外にも、Plasmaという早期に提案されたオフチェーン拡張ソリューションもL2の一種です。
Plasmaはサブチェーンを作成し、これらのサブチェーンは主要なETHチェーンから独立して取引を処理し、定期的にメインネットに要約を提出します。各ブロックについて、オペレーターは各ユーザーに対して、そのユーザーの資産の変化状態を証明するMerkleブランチを送信します。ユーザーはMerkleブランチを提供することで、自分の資産を引き出すことができます。重要なのは、このブランチが最新の状態である必要はないことです。
したがって、データの可用性に問題がある場合でも、ユーザーは最新の利用可能な状態を抽出して、自分の資産を回復することができます。ユーザーが無効なブランチを提出した場合（たとえば、他の人に送信された資産を抽出するか、オペレーターが架空の資産を作成する場合など）、資産の正当な所有権を判断するために、チェーン上のチャレンジメカニズムを使用することができます。
Plasmaの開発はある意味でrollupよりも遅れていますが、VitalikはそれをETH坊のより広範なスケーラビリティツールキットの一部と見なしています。
さらに、Vitalik はデータ圧縮技術と暗号化証明の改善に関する議論を行い、ロールアップと他のL2ソリューションの効率をさらに向上させることを提案しました。アイデアは、できるだけ多くのデータを圧縮し、必要な情報がすべてETHノードで検証可能であることを確認することです。これらの技術改善は、ETHネットワークがより高いスループットを実現するために重要な役割を果たす可能性があります。
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上図は、Plasma Cashチェーンで、コインiを支出する取引が木のi番目の位置に配置されています。この例では、すべての以前の木が有効であると仮定すると、イブがCoin 1を所有し、デビッドがCoin 4を所有し、ジョージがCoin 6を所有していることがわかります。
早期のPlasmaのバージョンは支払いユースケースのみを処理できましたが、効果的に拡大することはできませんでした。しかし、すべてのルートがSNARKで検証されることを要求すると、Plasmaははるかに強力になります。このプロセスは大幅に簡素化され、オペレーターの不正行為の大部分の可能な経路が排除されます。同時に、オペレーターが不正行為をしない場合には、ユーザーは即座に資金を引き出すことができる新たな経路が開かれます。
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上図は、EVMプラズマチェーンを作成する方法の一つ（唯一の方法ではありません）を示しています：ZK-SNARKを使用してパラレルUTXOツリーを構築し、EVMによる残高変更を反映し、異なる時期の「同じコイン」の独自のマッピングを定義します。それを基にプラズマ構造を構築することができます。
Plasmaの性能は非常に優れており、これは安全性の不足に対処するために巧妙な構造を設計する必要がある主要な理由でもあります。
クロス L2 相互運用性の改善
現在のL2エコシステムが直面している主な課題は、L2間の相互運用性が弱いことです。L2エコシステムを利用する際に、統一されたETHブロックチェーンエコシステムを使用しているような感覚にする方法を改善する必要があります。
L2間の相互運用性の改善には、多くのカテゴリがあります。理論的には、Rollupを中心としたETHリウムと実行シャードL1は似ています。現在のETHリウムL2エコシステムには、次の問題があり、理想的な状態からはまだ遠いです：
特定のチェーンのアドレス：アドレスにはチェーン情報（L1、Optimism、Arbitrum……）が含まれるべきです。これを実現すると、アドレスを送信フィールドに単純に入力することで、L2を跨いで送金プロセスを実現できます。この時、ウォレットはバックグラウンドで送金方法（クロスチェーンプロトコルの使用を含む）を自動的に処理できます。
特定チェーンの支払いリクエスト：「チェーンZ上で私にX個のYタイプのトークンを送信する」という形式のメッセージを簡単かつ標準化して作成できる必要があります。これには主に2つのアプリケーションシナリオがあります：個人間の支払いまたは個人と商人サービス間の支払い；dAppが資金を要求する。
クロスチェーン交換とGas支払い：クロスチェーン操作を表現するための標準化されたオープンプロトコルが必要です。ERC-7683とRIP-7755は、この特定のユースケースよりも広範囲にわたる応用範囲を持っていますが、この領域での試みです。
軽量クライアント：ユーザーは、単にRPCプロバイダを信頼するのではなく、実際に彼らがやり取りしているチェーンを検証できる必要があります。たとえば、a16z cryptoのHeliosはこの点を実現できます（ETH自体に対して）。ただし、この信頼性はL2に拡張する必要があります。ERC-3668（CCIP-read）はこの目標を達成するための戦略の一つです。
共有トークンブリッジのアイデア：すべての L2 が有効性証明ロールアップであると仮定し、各スロットがETHブロックチェーンに送信される世界において、L2の資産をネイティブな状態で他のL2に移動するには、依然として引き出しと預け入れが必要で、これには多額のL1 Gas手数料が必要です。
この問題を解決する1つの方法は、共有のシンプルなRollupを作成し、その唯一の機能は、どのL2がどのタイプのトークンを所有し、それぞれがどれだけの残高を持っているかを維持し、任意のL2からの一連のクロスL2送信操作を介してこれらの残高を一括更新することを許可することです。これにより、クロスL2送金がL1のガス料金を支払う必要がなくなり、ERC-7683などの流動性プロバイダーに基づく技術を使用する必要もありません。
同期コンポジション：特定のL2とL1、または複数のL2間で同期呼び出しが発生することを許可します。これにより、DeFiプロトコルの財務効率が向上します。前者はL2間の調整なしで実現できますが、後者は共有順序が必要です。ロールアップベースの技術は、これらすべての技術に自動的に適用されます。
多くの例では、標準化するタイミングやどの層を標準化するかについてのジレンマに直面しています。早すぎる標準化は、より悪い解決策を確立する可能性があります。逆に、遅すぎる標準化は、不必要な分散を引き起こす可能性があります。
現在の共通意識は、特定の状況では、より弱いがより実施しやすい「短期的な解決策」と、数年かかるが「最終的に正しい」とされる「長期的な解決策」が存在するということです。これらの課題は技術的な問題だけでなく、社会的な問題でもあります（おそらく主に）L2とウォレット、およびL1の協力が必要です。
続けてETH坊 L1を拡張する
Vitalikは、ETH坊L1を拡張し、ますます多くのユースケースを収容できるように確保することが非常に価値があると考えています。
L1拡張には3つの戦略があり、単独または並行して実行することができます。
（1）改善技術（例えばクライアントコード、ステートレスクライアント、歴史的な期限）を行い、L1の検証をより容易にし、ガス制限を向上させます；
(2)最悪のシナリオのリスクを高めることなく、特定の操作のコストを削減し、平均容量を増やします。
（3）ネイティブなロールアップ（すなわち、EVMのN個の並列コピーを作成する）。
これらの異なるテクノロジーはそれぞれ異なるトレードオフを持っています。例えば、ネイティブロールアップは、一つのトランザクションで複数のロールアップ間で操作を同期させることができないという普通のロールアップと同じ弱点があります。Gasの上限を上げると、L1の検証を簡素化することで実現できる他の利点、例えば検証ノードのユーザー比率の増加や、ソロステーキング者の数の増加が弱まります。EVM内の特定の操作をより安くすることは、EVM全体の複雑さを増す可能性があります。
分散化とセキュリティ
拡張性と分散化のバランスは、Vitalikが何度も言及しているテーマの一つです。多くのブロックチェーンプロジェクトは、スループットを向上させるために分散化を犠牲にする選択をしています。例えば、Solanaは数千取引を1秒で処理できますが、ノードを実行するために強力なハードウェアが必要であり、その結果ネットワークが中央集権化してしまいます。Vitalikは、ETHが拡張され続けているとしても、分散化への約束を守るべきだと主張しています。
RollupとDASは、ETH坊の容量を増やしながらその分散化性を維持する方法と見なされています。Solanaや他の高性能ブロックチェーンとは異なり、ETH坊の拡張戦略は、誰もがノードを実行できるようにし、ネットワークを真に分散化することを保証しています。これはETH坊のビジョンにとって非常に重要であり、グローバルな許可なし金融システムをサポートすることができるブロックチェーンを構築することです。
スケーラビリティが高くなるほど、安全性に対する責任も大きくなります。ETHの将来がロールアップを中心に展開するにつれて、これらのシステムの信頼性を確保することが非常に重要になります。ロールアップは暗号プルーフに依存して、オフチェーン取引がETHに戻される際に合法であることを保証します。これらのシステムが効果的であることは証明されていますが、リスクはないわけではありません。Vitalikは、これらの技術が成熟するには厳密なテストと反復が必要であり、特により広く採用される場合にはそうであると認めています。
The Surgeの展望
The Surgeの後、VitalikはETH坊が拡張可能でありながら完全に分散化され、安全で持続可能であるというビジョンを描いた。このビジョンには、第1レイヤーを拡張するためのrollupやDASだけでなく、より効率的なコンセンサスアルゴリズムの構築、開発者ツールの改善、および繁栄するdAppエコシステムの育成も含まれています。
ETH坊のロードマップは楽観的ですが、多くの課題も存在しています。大規模なrollupの実装、L2ソリューションのセキュリティの確保、そして量子未来に備えることは、複雑な課題です。しかし、これらの障壁を乗り越えることができれば、ETH坊はWeb3の中核としての地位を強化することができます：つまり、分散型でユーザーが制御するインターネットです。
急速に発展するブロックチェーン領域で、ETH坊は中心化を犠牲にすることなく拡張性に注力し、その唯一無二の特徴です。The Surgeが成功すれば、将来数年間で再びブロックチェーン技術の地図を変える可能性があります。
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