元記事: https://www.parity.io/blog/polkadot-rollups
著者: パリティ
編集者: OneBlock+
ブロックチェーン技術は、その誕生以来、スケーラビリティに関する根本的な課題に直面してきました。ネットワークユーザーとアプリケーションの数が急増するにつれ、イーサリアムなどの主流のパブリックチェーンのトランザクション処理能力が徐々にボトルネックとなり、エコシステムの発展を制限するようになりました。この課題に対応するため、ブロックチェーンコミュニティはさまざまな拡張ソリューションを開発してきましたが、その中でもRollupテクノロジーはセキュリティを維持しながらスループットを大幅に向上できるため、大きな注目を集めています。
Rollup テクノロジーの核となる利点は、トランザクションの計算をオフチェーン実行に転送し、最適化されたデータ転送と検証プロセスを通じてブロックチェーン ネットワークの処理能力を大幅に向上させることです。しかし、Rollup は複数のプラットフォームで広く使用されていますが、特にレイヤー 1 ブロックチェーンとの安全な統合、検証の効率性、およびチェーン間の相互運用性の点で、依然として多くの課題に直面しています。
この技術的な背景において、革新的なブロックチェーン設計パラダイムとしての Polkadot のパラチェーン アーキテクチャは、Rollup と同様の拡張可能性を示していますが、基礎となる実装ではより高度なアーキテクチャを採用しています。シングルチェーン依存モデルとは異なり、Polkadot は独自のリレーチェーンを通じて異なるブロックチェーン間のシームレスな相互運用性を実現するマルチチェーン エコシステムを構築し、共有セキュリティ モデルと効率的な検証メカニズムを通じて Rollup と同等またはそれ以上の拡張効果を実現します。
この記事では、Polkadot の並列チェーン アーキテクチャと主流の Rollup 拡張ソリューションとの本質的なつながりを深く分析し、Polkadot の技術実装における革新的な利点を体系的に分析します。この比較研究を通じて、独自の設計を持つ Polkadot が、より効率的で柔軟性があり、安全なブロックチェーン スケーリング ソリューションをどのように提供しているかを明らかにします。
ロールアップ技術分析:計算と検証の分離におけるイノベーション
ブロックチェーン ネットワークの主なタスクは、コンセンサス プロトコルを通じてチェーン上のトランザクションを検証することです。これらのトランザクションは、あるアカウントから別のアカウントへのトークンの送信や、ネットワーク間のデータ転送など、「実際の」トランザクションである可能性があります。ブロックチェーン ネットワークにはブロック サイズとブロック時間に自然な制限があるため、どのブロックチェーン ネットワークにもスループットの上限があり、これが Rollup テクノロジーが突破しようとするボトルネックとなります。
技術的な観点から見ると、Rollup はオフチェーン環境でトランザクション計算を実行し、データ圧縮とバッチ処理メカニズムを通じて複数のトランザクションを 1 つのデータ パケットにパッケージ化します。この処理されたデータ パケットは最終的にレイヤー 1 メイン チェーンに送り返され、セキュリティ プロトコルによってデータの可用性が保証されます。このようにして、Rollup はコンピューティングとデータの可用性の分離を実現し、ブロックチェーンの拡張のための効率的でエレガントなソリューションを提供します。
ロールアップテクノロジーエコシステム: 2つの主流の実装
楽観的ロールアップ: 信頼の仮定に基づく遅延検証
名前が示すように、Optimistic Rollups は「楽観的な」仮定に基づいています (Optimistic は英語で楽観主義を意味します)。つまり、送信されたすべてのトランザクションは、不正であると証明されない限り有効であると想定されます。この設計哲学は、従来の「最初に検証してから実行する」モデルとはまったく対照的です。
具体的には、Optimistic ロールアップはまずすべてのトランザクションを承認し、パッケージ化されたデータを L1 メインネットに送信します。このシステムは、各トランザクションのリアルタイム検証ではなく「不正防止」メカニズムに依存しており、チェーン上の計算負荷を大幅に軽減します。
システムが不正な取引の可能性を検出すると、紛争解決プロセスが開始され、取引は紛争前の状態にロールバックされ、不正な取引を送信したバリデータが処罰されます。参加者は誠意の保証として資産を差し出す必要があります。詐欺行為が確認された場合、差し出した資産は没収されます。正確な紛争解決を確実にするために、Rollup システムは完全なトランザクション再生機能を実装する必要があります。
紛争解決手続きのコストが高いため、実際の発生頻度は比較的低いです。同時に、十分なチャレンジ期間を確保するために、Optimistic Rollups では通常、最終確認の待機期間を 7 ～ 14 日間設定しますが、これがこのテクノロジーの主な制限の 1 つです。
ZK ロールアップ: 暗号的に安全な即時検証
ZK (ゼロ知識) ロールアップはより厳格な検証メカニズムを採用しており、すべてのトランザクションをオフチェーンで検証し、暗号化証明を生成してから、その証明をトランザクション データとともにメインネットのスマート コントラクトに送信して検証する必要があります。
このアプローチにより、検証された有効なトランザクションのみがチェーンに記録され、システムのセキュリティと信頼性が大幅に向上します。ネットワークの整合性を維持するために、無効なトランザクション バッチは直ちに拒否されます。ただし、複雑な暗号化技術の使用、特定のハードウェアに対する高い要件、潜在的な集中化リスクにより、ZK ロールアップは Optimistic Rollups よりも実装が複雑でコストがかかります。
さらに、ZK ロールアップは依然としてさまざまな L1 プロトコル間の相互運用性に関する課題に直面しており、これにより、マルチチェーン エコシステムにおけるその適用範囲がある程度制限されます。
ポルカドットパラチェーン:懐疑的な検証アーキテクチャ
並列チェーン設計:マルチチェーンコラボレーションのための共有セキュリティモデル
Polkadot エコシステムのパラチェーンは、もともと専用チェーンとして設計されていました。Agile Coretime モデルの導入により、このコンセプトはより柔軟なリソース割り当てメカニズムへと進化し、さまざまなプロジェクトが実際のニーズに基づいて高品質のブロックスペースを取得できるようになりました。ただし、議論のために、この記事では依然として Parachain という用語を使用します。
アーキテクチャの観点から見ると、各パラチェーンはトランザクションの検証とブロック生成を独立して実行し、特定のビジネス ロジックに基づいて機能的なサービスを提供します。ただし、完全に独立したブロックチェーンとは異なり、Parachain の最終的なコンセンサスは、独自のセキュリティ モデルを構成する Polkadot のリレー チェーンによって提供されます。検証済みのパラチェーン ブロックはリレー チェーンに統合され、チェーン間の相互運用性が実現されます。
詳細な分析により、Polkadot のパラチェーンは本質的にネイティブの「Rollup」実装であることが示されました。 ZK ロールアップと同様に、Parachain はトランザクションをリレー チェーンに送信する前に事前検証します。ただし、ブロックの有効性を保証するために、Polkadot は多層検証メカニズムを採用し、「懐疑的な」ロールアップ モデルを構築します。このモデルはゼロトラスト原則に基づいており、ネットワーク参加者が悪意のある行動をとる可能性があることを前提としているため、厳格な複数検証保証が実装されています。
パラチェーン エコシステムでは、コレータ ノードが重要な役割を果たし、ユーザー トランザクションの集約、状態遷移の実行、新しいブロックの提案を担当し、パラチェーンとリレー チェーンの間の橋渡しとなります。
多層検証：ポルカドットのセキュリティシステム
Polkadot の検証アーキテクチャでは、バッカーの役割が導入されています。バッカーは、リレー チェーン バリデータ セット (現在はパラチェーンごとに 5 つ) から動的に割り当てられるノードであり、コレーターによって提案されたブロックを検証する責任があります。この動的割り当てメカニズムはリレーチェーンによって管理され、検証力の公平な分配を保証し、単一のグループが特定のパラチェーンのセキュリティを長期間制御することを防ぎます。
支援者は、コレーターによって提案されたブロックの有効性を検証し、それがパラチェーンのルールに準拠しており、システムの他の部分と競合しないことを確認します。これらの証明はリレーチェーンブロックに記録され、データ可用性システムと組み合わせることで、サポーターに検証行動の責任を負わせ、効果的な経済的セキュリティモデルを形成します。
悪意のあるブロックや欠陥のあるブロックが確定されるのをさらに防ぐために、Polkadot は「承認チェッカー」と呼ばれる検証レイヤーも追加します。承認チェッカーは、ネットワークの整合性を維持するためにブロックを再検証する必要がありますが、このプロセスはブロック データへのアクセスに依存しています。支援者がデータをまったく提供しない場合はどうなりますか?ここで、データの可用性と消失訂正符号が役に立ちます。
エリミネーションコーディングは、ブロックデータを複数の冗長フラグメントに分割し、ネットワークバリデーター間で分散して保存します。これにより、一部のデータプロバイダーがオフラインであったり、悪意を持って行動したりした場合でも、完全なブロックを再構築できます。このメカニズムは、データの可用性を保証するだけでなく、帯域幅の使用を最適化することでネットワーク効率も向上させます。
提案から合意まで:迅速に確認される検証プロセス
理想的な条件下では、複数の層の検証を経たパラチェーン ブロックは、GRANDPA ファイナリティ アルゴリズムを通じて確認されます。承認チェッカーがブロックが無効であると判断した場合、紛争プロセスがトリガーされ、すべてのリレーチェーンバリデーターに追加のチェックを実行するよう要求されます。支持者が提供した証拠が不正確であることが判明した場合、当該支持者は処分を受けることになります。
この慎重に設計された調整プロセスにより、Polkadot ネットワークは高いセキュリティを維持しながら迅速なファイナリティを実現できます。検証プロセスは複雑に思えるかもしれませんが、プロセス全体が完了するまでには約 18 秒しかかかりません。
ポルカドットの技術的優位性:従来のロールアップを超える
スピードの優位性：14日から18秒へ
Polkadot の最終確認メカニズムには複数の検証ステップが含まれますが、効率的な並列処理と最適化されたコンセンサス アルゴリズムにより、最終確認時間は約 18 秒になります。このパフォーマンス指標は、Optimistic Rollups の 7 ～ 14 日間の紛争期間よりもはるかに優れており、DApp 開発者とエンドユーザーにとってよりスムーズなインタラクティブ エクスペリエンスを提供します。
この速度の利点は、Polkadot 独自の階層化検証アーキテクチャと GRANDPA ファイナリティ アルゴリズムから生まれています。複雑な検証情報を処理する場合でも、システムは高い効率を維持し、セキュリティとパフォーマンスの要件のバランスをとることができます。
XCM: シームレスな相互接続のためのクロスチェーン標準
効率的な最終確認メカニズムに加えて、Polkadot はネイティブのクロスチェーン通信機能も提供します。 XCM プロトコルを通じて、Polkadot エコシステム内のアプリケーションはシームレスに相互運用できるため、開発者はマルチチェーン環境の豊富な機能を活用できます。
XCM プロトコルは、真に分散化されたアプリケーションの開発を促進し、複雑なクロスチェーン相互作用シナリオをサポートします。リレーチェーンによって提供される共有セキュリティ モデルのおかげで、Polkadot のクロスチェーン通信は高速 (約 12 秒、継続的に最適化されています) であるだけでなく、高いレベルのセキュリティも維持されます。対照的に、オプティミスティック ロールアップ間の安全な通信には、紛争期間全体 (約 7 日間) を待つ必要があり、効率が大幅に低下します。
結論
包括的な分析により、Polkadot はプロトコル レベルからネイティブ Rollup 機能を実装し、同時に革新的な多層検証、高速確認メカニズム、効率的なデータ処理を通じて、より高度なスケーリング アーキテクチャを構築していることがわかりました。
Polkadotのパラチェーンシステムは、「懐疑的なロールアップ」の革新的なモデルを表しています。ZKロールアップの事前検証の利点と楽観的なロールアップの柔軟性を巧みに組み合わせています。独自の検証アーキテクチャとロール設計により、パフォーマンス、セキュリティ、相互運用性の包括的な改善を実現し、ブロックチェーン拡張テクノロジーの新たな開発方向を切り開きます。
🔍 Polkadot の Rollup アーキテクチャについて詳しく知りたい場合、または他の Rollup と比較したい場合は、Polkadot 公式 Wiki を参照してください。
https://wiki.polkadot.network/docs/learn-comparisons#ロールアップ比較テーブル
