イントロダクション

データ可用性（DA）レイヤーの出現は、ブロックチェーン技術におけるスケーラビリティとデータの利用可能性の需要の増加に起因しています。DAレイヤーの開発は、ブロックチェーン技術の進化における重要な段階であり、人間社会における労働の専門化に類似しています。現在、モジュラーなパブリックチェーンが標準モードとなり、DAレイヤーが最も激しく競争する分野の1つとなっています。

モジュラリティはDAの基盤です

モジュラリティは、DA分野の開発を推進し、その実装の基盤を築きます。イーサリアムエコシステムでは、水平的なモジュラリティがシャーディング技術で見られます。ロールアップが取引を管理し、メインネットがDAとコンセンサスメカニズムを監視する層構造で垂直的なモジュラリティが見られます。

モジュラリティの中心コンセプトは、システムの機能を異なるレベルに分割し、それらを交換可能にすることです。これにより、特定のユースケースや垂直ドメインをカスタマイズすることが可能となり、柔軟性と拡張性が向上します。

Rollupは、トランザクションをオフチェーンでバッチ処理し、定期的にチェーン上で検証することで効率的なトランザクション処理を実現します。

ソース: セレスティア

Rollupの設計は、状態検証メカニズムと状態データの公開場所によって異なります。イーサリアムエコシステムの観点からは、

• 有効性ロールアップ：データと検証ステータスはL1（有効性証明）で取得されます。
• オプティミスティックロールアップ：データと検証ステータスはL1でも実施されます（不正証明）。
• Validiums: データはオフチェーンで処理され、検証状況はL1で行われます（有効性の証明）。
• Optimiums: データはオフチェーンで処理され、検証ステータスはL1（不正証明）で実行されます。

異なるデザインの選択肢は、さまざまなシナリオやニーズに柔軟な解決策を提供し、DA分野の成長にさらなる可能性を開く。

DAとは何ですか？

データ可用性（DA）とは、レイヤー2が状態データ（トランザクションを含む）をレイヤー1メインネットにパックするプロセスを指し、検証とコンセンサスの後、それがL1メインネット上で公開され、各L2の検証をサポートします。

データの整合性と可用性は、モジュラーブロックチェーンやRollupネットワークにとって重要です。データが利用可能であり、使用可能なときにのみ、ネットワークはその分散化とセキュリティを保証することができます。したがって、データの可用性は、ブロックチェーンネットワークの正常な運用とセキュリティを確保する上で重要な役割を果たします。

DAメソッドとコスト分析

データ可用性方法の分析

データ可用性（DA）は、Rollup のコストの主要な構成要素です。現在、Ethereum の Layer2 のデータ可用性は、主に Calldata、DAC（データ可用性委員会）、および「Blob」の 3 つの方法を使用しています。

Calldataメソッドでは、ArbitrumやOptimismのようなLayer2ソリューションが、トランザクションデータをcalldataとして直接Ethereumのブロックにリリースすることで、高い検閲耐性を実現しています。 EthereumはGasの下でデータコール、計算、およびストレージを一元的に価格設定しており、これはEthereum上のRollupによって発生する主要なコストの1つでもあります。

効率を向上させるために、EIP-4844のアップグレードでは、新しいトランザクションタイプ「Blob」が導入され、Layer2トランザクションのデータコンテンツを新しい一時的な「Blob」に移動して保存します。「Blob」は外部の一時的なストレージであり、Layer1にLayer2トランザクションのデータを保存しないため、ストレージコストを大幅に削減します。このアプローチにより、Layer2のストレージコストが低下し、速度が向上します。

一方、DAC方式ははるかに高いスループットを提供します。ただし、悪意のあるデータの保留を防ぐために、ユーザーは小さなノードまたは検証者のグループに信頼する必要があります。DACはL2に重要な信頼の前提を導入し、再ステーキングソリューションを含む。これにより、DACはデータの非公開行動を抑止するために評判、ガバナンスメカニズム、またはトークン投票に依存する必要があります。したがって、外部DAを使用する場合、DACへの依存が必要になるかもしれません。

データの利用可能性のコスト分析

データの可用性（DA）は、しばしば全体のブロックチェーンシステムの設計において重要な要素となります。特に、ブロックスペースの利用率が高いEthereumのようなモノリシックブロックチェーンの場合、ブロックサイズはその開発におけるキーとなる制限要因となります。これらの年月を経て、Ethereumはスケーラビリティの問題に積極的に取り組み、さまざまなレイヤー2のスケーリングソリューションを探索してきました。

データ可用性（DA）レイヤーは、ブロックチェーンのコストを削減し、機能を拡張するために使用されるモジュラーアーキテクチャの中核コンポーネントです。その主な役割は、オンチェーンのデータがすべてのネットワーク参加者にアクセス可能であることを確認することです。従来、各ノードはデータ可用性を検証するためにすべてのトランザクションデータをダウンロードする必要がありましたが、これは非効率でコストがかかりました。この状況は、ブロックサイズが増加すると、検証に必要なデータ量も線形に増加するため、ブロックチェーンの拡張性が制限されます。その結果、エンドユーザーはRollupで取引の90%を消費する高いデータ可用性コストを負担する可能性があります。モジュラーデータ可用性レイヤーは、DAコストを削減する可能性のある解決策と見なされており、コストを最大99%削減できるとされています。

過去5ヶ月間、Ethereum上のRollupsはデータの利用可能性に月に約10,000ETHを費やしてきました。

1ヶ月あたりのETHが平均10,000で、それぞれ3,000ドルで価格設定されていると仮定すると、これは3,000万ドルのDAコストに相当します。

ソース: 砂丘

Core DAレイヤーソリューションの比較

Avail、EigenDA、およびCelestiaはDAエコシステムの主要なプレイヤーですが、インフラストラクチャスタック、コンセンサスメカニズム、セキュリティ、およびブランディングに関してわずかに異なるアプローチを採用しています。

テクニカルアーキテクチャ

CelestiaやAvailとは異なり、EigenDAは単にEthereumに依存するスマートコントラクトのセットです。Avail、Ethereum、およびEigenDAはKZGコミットメントを使用していますが、Celestiaはブロックエンコーディングの正当性を確認するために不正の証拠を使用しています。 KZGコミットメントはデータの利用可能性に対する厳格な方法を提供しますが、マイナーに対する計算オーバーヘッドを増加させます。一方、Celestiaの不正の証拠は、データが暗黙的に取得できると仮定していますが、ノードがブロックが正確にエンコードされたことを確認する前に不正の証拠の紛争の待機期間があります。 KZGプルーフと不正の証拠の両方が急速な技術的進歩を遂げています。

コンセンサスメカニズム

Celestiaは、ピアツーピアネットワークの通信を必要とするTendermintコンセンサスメカニズムを使用しています。一方、EigenDAは、DAをコンセンサスから切り離し、直接ブロードキャストします。これにより、データブロックの伝播がコンセンサスプロトコルやP2Pネットワークのスループットに制限されず、より高速なネットワーク通信とより短い確認時間が実現されます。

ただし、EigenDAは、EthereumメインネットのEigenDA契約に依存して検証を結論付けます。最終ブロック確認時間に関して、CelestiaはEigenDAの12分に比べてわずか15秒であるため、大幅に高速です。

Availは、PolkadotのSDKから継承されたBABE + GRANDPAコンセンサスメカニズムを利用しています。次のブロックを決定するために指名されたステークとBABEルールを使用します。Tendermintよりもブロック確認時間が遅いものの、KZGコミットメントを使用することで、Celestiaよりもトランザクションの正確さをより速く検証します。

データの可用性保証

Celestiaは、データの可用性を確保するために不正証明を採用しています。一方、EigenDAは有効性証明にKZGコミットメントを利用し、高速化を実現していますが、追加の計算オーバーヘッドが必要です。Celestiaのアクティブな検証者セットは、データセット全体を保存していますが、EigenDAは各ノードにおいてデータの一部を最適化して保存し、データ再構築を確実にしています。Availは、メモリ、帯域幅、ストレージ要件を削減するためにKZG多項式コミットメントを活用し、効率的な検証プロセスを促進しています。

データ可用性サンプリング（DAS）

データ可用性サンプリングは、ライトノードがデータの可用性を検証するためにブロックデータの一部のみをダウンロードすることを可能にする技術です。この技術は、ライトノードのセキュリティを提供し、無効なブロックを検証することができるようにします（データの可用性とコンセンサスの側面に限定されます）、また、ノードの要件を対応する必要なしにデータの可用性を拡張することができます。

CelestiaとAvailは、リリース時にともにデータ可用性サンプリングライトノードをサポートします。これは、より多くのライトノードを収容しながら、チェーンを検証するためのユーザー要件を低く保ちつつ、安全にブロックサイズを拡大できることを意味します。

EigenLayerがDASに関して公式の計画を発表していないものの、DASが代替案となる可能性が示唆されています。

セキュリティ

従来の完全ノードと比較すると、従来の軽量クライアントはブロックヘッダーのみを検証するためセキュリティが弱いです。軽量クライアントは不正な多数のマイナーが無効なブロックを生成しているかどうかを検出することができません。ただし、データ可用性サンプリング機能を持つ軽量ノードは改善されたセキュリティを持っています。なぜなら、無効なブロックが生成されているかどうかを検証することができるからです。

セレスティアは、データの可用性サンプリングを実施することでセキュリティを強化し、そのセキュリティはネットワークの価値によって保証されています。セレスティアのネットワーク価値が高いほど、攻撃者が負担しなければならないコストが高くなり、成功率が低くなります。

一方、EigenDAはデータ可用性サンプリングを実行せず、正直な重量級ノードの大多数に依存し、そのセキュリティはEthereumのセキュリティの一部です。 EigenDAのセキュリティは、EigenDAネットワーク内の再ステークされた資産の価値と、Ethereumメインネットのノードオペレータの割合に影響を受けています。

Availは、データの可用性サンプリングを組み込み、効率的かつ信頼性の高いバックアップメカニズムを備え、データの可用性を障害発生時でも維持します。さらに、AvailはPolkadotのNominated Proof of Stake（NPoS）を使用し、最大1000のバリデータノードを収容します。NPoSには効果的な報酬分配メカニズムもあり、ステークの中央集権化のリスクを減らすのに役立ちます。

ブランドと目標

ブランディングの観点から、EigenDAはEthereumに密接に連動する製品です。 EigenDAのブランドの目標は、他のDAとは異なり、ETHを中心としたデータ可用性レイヤーとなることであり、Ethereumエコシステムに奉仕することを目指しています。一方、Availは、すべてのチェーンから順番に整理されたトランザクションデータを集約し、すべてのweb3の調整センターとなることを約束しています。Celestiaのエコシステムには、RaaSプロバイダー、共有シーケンサー、クロスチェーンインフラなどが含まれ、Ethereum、Ethereumロールアップ、Cosmos、Osmosisなどのエコシステムをカバーしています。

サマリー

Celestiaは、低いデータ利用可能性（DA）コストと高いスループット性能で認識されています。これにより、小規模および中規模のレイヤー2（L2）およびアプリケーションチェーンにとって魅力的になり、高いDAコストを節約することができます。節約された資産は、収益利益を配布し、生態系と流動性の成長を促進するために使用することができます。

一方、EigenDAの競争力は、Ethereumのセキュリティと正統性との密接な関係に根ざしています。短中期的には、大規模なL2がEthereumの高いDAコストのため、EigenDAをより合理的な選択と見なすかもしれません。

Availは、軽量クライアントがブロックチェーン全体をダウンロードする必要なく、データの整合性を検証するための先進技術を利用しています。これにより、ブロックチェーン技術がユーザーにとってよりアクセスしやすくなります。Polygonから分離して以来、Availはさまざまなエンティティとの新しいパートナーシップを模索し、複数のアプリケーションシナリオでの多様性を示しています。

以下の画像は、Availを使った様々なDAレイヤーの比較を示しています。

ソース: 利用可能なブログ2024.4.20

結論

現在、RollupsはEthereumの将来の主要な道筋として浮上しており、これはEthereumがLayer2の定義を市場に委ねたことを意味します。この見かけ上の発展トレンドには様々な形態の競争が含まれています。一般的に、Celestiaなどの関連するDAソリューションの継続的な出現は、確かにEthereumのDA分野における競争力をある程度弱体化させています。

モジュラリティの魅力は、そのコンポーネント間の切り離しにあります。これにより、革新の各レイヤーが互いに積み重なることが可能となり、各モジュールの最適化が他のモジュールのパフォーマンスを向上させることができます。将来、モジュラリティの開発プロセスは、開発者とユーザーの両方にとって競争力のある選択肢を豊富に提供するかもしれません。