イーサリアムのレイヤ2技術で利用されるRollupを教えて！
こういった悩みにお答えします．
本記事の信頼性
- リアルタイムシステムの研究歴12年．
- 東大教員の時に，英語でOS（Linuxカーネル）の授業．
- 2012年9月～2013年8月にアメリカのノースカロライナ大学チャペルヒル校（UNC）コンピュータサイエンス学部で客員研究員として勤務．C言語でリアルタイムLinuxの研究開発．
- プログラミング歴15年以上，習得している言語: C/C++，Python，Solidity/Vyper，Java，Ruby，Go，Rust，D，HTML/CSS/JS/PHP，MATLAB，Verse（UEFN）, Assembler (x64，ARM)．
- 東大教員の時に，C++言語で開発した「LLVMコンパイラの拡張」，C言語で開発した独自のリアルタイムOS「Mcube Kernel」をGitHubにオープンソースとして公開．
- 2020年1月～現在はアメリカのノースカロライナ州チャペルヒルにあるGuarantee Happiness LLCのCTOとしてECサイト開発やWeb/SNSマーケティングの業務．2022年6月～現在はアメリカのノースカロライナ州チャペルヒルにあるJapanese Tar Heel, Inc.のCEO兼CTO．
- 最近は自然言語処理AIとイーサリアムに関する有益な情報発信に従事．
- （AI全般を含む）自然言語処理AIの論文の日本語訳や，AIチャットボット（ChatGPT，Auto-GPT，Gemini（旧Bard）など）の記事を50本以上執筆．アメリカのサンフランシスコ（広義のシリコンバレー）の会社でプロンプトエンジニア・マネージャー・Quality Assurance（QA）の業務委託の経験あり．
- （スマートコントラクトのプログラミングを含む）イーサリアムや仮想通貨全般の記事を200本以上執筆．イギリスのロンドンの会社で仮想通貨の英語の記事を日本語に翻訳する業務委託の経験あり．
こういった私から学べます．
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目次
Rollup
イーサリアムのレイヤ2技術で利用されるRollupとは，ブロックチェーン上のスペースと処理能力を節約するために，大量のトランザクションを1つのデータに「巻き取る」方法です．
現在，2つの主要なRollupとして，Optimistic RollupとZero-Knowledge Rollupがあります．
Optimistic Rollup
Optimistic Rollupは，レイヤ2のメインイーサリアムチェーンと並列に配置されています．
デフォルトでは計算を行わないため，スケーラビリティを向上させることができます．
その代わり，トランザクションの後，新しい状態をメインネットに提案するか，トランザクションを「公証」します．
Optimisticロールアップでは，トランザクションはcalldataとしてメインイーサリアムチェーンに書き込まれ，ガスコストを削減することによってさらに最適化されます．
イーサリアムの利用において，計算は遅くて高価な部分であるため，Optimistic Rollupはトランザクションに依存してスケーラビリティを最大10～100倍向上させることができます．
この数値はシャードチェーンの導入により，トランザクションが争われた場合に利用可能なデータが増えるため，さらに増加します．
Optimistic Rollupの長所は以下になります．
- イーサリアムのレイヤ1でできることは，EVMとSolidityの互換性があるので，Optimistic Rollupでできること
- すべての取引データはレイヤ1チェーンに保存され，安全かつ分散化されていること
Optimistic Rollupの短所は以下になります．
- 不正の可能性があるため，オンチェーン取引の待ち時間が長いこと
- オペレータは，トランザクションの順序に影響を与えることができること
Zero-Knowledge Rollup
Zero-Knowledge Rollupは，数百のオフチェーン転送を束ねて（または「ロールアップ」して），暗号的な証明を生成するものです．
これらの証明は，zk-SNARKまたはzk-STARKというゼロ知識証明の形式で提供されます．
zk-SNARKとzk-STARKは有効性証明として知られています．
ゼロ知識証明を知りたいあなたはこちらからどうぞ．
Zero-Knowledge Rollupのスマートコントラクトは，レイヤ2上のすべての転送の状態を維持し，この状態は有効性証明によってのみ更新することができます．
つまり，Zero-Knowledge Rollupはすべての取引データではなく，有効性証明のみを必要とするのです．
Zero-Knowledge Rollupでは，含まれるデータが少ないため，ブロックの検証はより迅速かつ安価に行えます．
Zero-Knowledge Rollupでは，レイヤ2からレイヤ1への資金移動の際，Zero-Knowledge Rollup契約によって受け入れられた有効性証明が既に資金を検証しているので，遅延はないです．
Zero-Knowledge Rollupはレイヤ2にあるため，取引サイズをさらに小さくするために最適化することができます．
例えば，アカウントはアドレスではなくインデックスで表現されるため，1つの取引は32バイトからわずか4バイトに縮小されます．
また，取引はカルデータとしてイーサリアムに書き込まれるため，ガス代も削減されます．
Zero-Knowledge Rollupの長所は以下になります．
- メインチェーンに証明が送られると即座に状態が検証されるため，ファイナリティ時間（トランザクション完了までの時間）が短いこと
- Optimistic Rollupが受ける可能性のある経済的な攻撃に対して脆弱でないこと
- 状態を回復するために必要なデータはレイヤ1のチェーンに保存されるため，安全かつ分散化されていること
Zero-Knowledge Rollupの短所は以下になります．
- EVMをサポートしていないものがあること
- 有効性の証明は計算が大変で，オンチェーン活動が少ないアプリケーションでは価値がないこと
- オペレータは取引の順序に影響を与えることができること
Optimistic RollupとZero-Knowledge Rollupの違い
Optimistic RollupとZero-Knowledge Rollupの両方とも，何百ものトランザクションをレイヤ1上の1つのトランザクションに束ねます（または「ロールアップ」します）．
ロールアップトランザクションはレイヤ1の外で実行されますが，トランザクションデータはレイヤ1に投稿されます．
Optimistic RollupとZero-Knowledge Rollupの主な違いは，どのデータがレイヤ1に投稿されるか，そしてそのデータがどのように検証されるかです．
有効性証明（Zero-Knowledge Rollupで使用）は，オフチェーンで計算を実行し，証明を投稿します．
一方，障害証明（Optimistic Rollupで使用）は，障害が疑われ確認する必要がある場合にのみオンチェーンで計算を実行します．
現時点では，ほとんどのZero-Knowledge Rollupはアプリケーションに特化しており，Optimistic Rollupが概ね一般化されているのとは対照的です．
Optimistic RollupとZero-Knowledge Rollupの違いは以下の動画やスライドがわかりやすいです．
まとめ
イーサリアムのレイヤ2技術で利用されるRollupを紹介しました．
具体的には，RollupとしてOptimistic RollupとZero-Knowledge Rollupを解説しました．
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