原題: L2 重視の Ethereum でも L1 ガス制限を高くする理由

原著者: Vitalik Buterin

原訳: Daisy、MarsBit

Ethereum ロードマップにおける重要な短期的な議論は、L1 ガス制限をどれだけ増やすべきかということです。最近、L1 ガス制限が 3,000 万から 3,600 万に増加し、ネットワーク容量が 20% 増加しました。近い将来、この制限をさらに大幅に引き上げることを支持する人は多い。これらの改善は、Ethereum クライアントの効率性の向上、履歴データを保存する必要性を減らす EIP-4444 提案 (詳細についてはロードマップを参照)、将来のステートレス クライアント テクノロジーなど、最近および今後の技術的改善によって可能になります。

しかし、このステップを踏む前に、重要な質問について考える必要があります。ロールアップを中心とした開発ルートにおいて、L1 ガス制限を引き上げるということは、長期的に見て正しい選択なのでしょうか?ガス制限は引き上げるのは簡単ですが、引き下げるのは困難です。また、将来的に引き下げられたとしても、分散化への影響は永続的なものになる可能性があります。 L1 が過度に使用され、集中化のリスクが生じ、そのような使用が十分な利益をもたらすかどうか確信が持てない場合、それは望ましくない結果となります。

この記事では、ほとんどのユーザーとアプリケーションが L2 で実行される世界でも、アプリケーション開発モデルがよりシンプルで安全になるため、L1 を大幅に拡張することには依然として価値があると主張します。

この記事では、より多くのアプリケーションを L1 で永続的に実行する必要があるかどうかを議論するつもりはありません。むしろ、この論文の目的は、この議論の結果にかかわらず、L1 容量が約 10 倍に増加することは長期的には大きな価値を持つだろうと主張することです。

検閲防止

目標は検閲に抵抗することです
Mars Finance 注: 画像内のテキストは小説「1984年」からの引用です。「戦争は平和、自由は奴隷、無知は強さ」

ブロックチェーンのコアバリュープロポジションの1つは検閲防止です。トランザクションが有効であり、ユーザーが市場レートでガス料金を支払うことができる場合、トランザクションは確実かつ迅速にチェーンに含めることができるはずです。

場合によっては、検閲耐性を極めて短い時間スケールで効果を発揮させる必要があります。たとえば、DeFi プロトコルでポジションを保有しているユーザーは、オンチェーン取引の遅延がわずか 5 分であっても、市場価格が急激に変動すると、ポジションが清算される可能性があります。

L1 の高度に分散化されたステーカー セットにより、トランザクションの長期的な検閲を行うことが極めて困難になり、通常は最大で数ブロック (スロット) 分のトランザクションの遅延が発生します。また、ブロック構築プロセスが高度に集中化され、アウトソーシングされている場合でも、トランザクションがチェーンに正常に組み込まれることを保証するために、イーサリアムの検閲耐性をさらに強化するという提案もあります。

対照的に、L2 は、比較的集中化されたブロック プロデューサーまたは集中化されたシーケンサーに依存しており、これらのエンティティは特定のユーザーのトランザクションを簡単に検閲することができます。一部の L2 (Optimism や Arbitrum など、詳細については公式ドキュメントを参照) は、ユーザーが L1 を介して直接トランザクションを送信できる強制包含メカニズムを提供します。ただし、このメカニズムの実際の実現可能性は、次の 2 つの重要な要素に依存します。1. L1 トランザクション手数料が十分に低く、ユーザーが L1 で直接トランザクションを送信するコストを負担できること。2. L1 に十分なブロック スペースがあるため、L2 がユーザー トランザクションを大規模に検閲した場合でも、L1 は L2 をバイパスしてユーザーが直接送信したトランザクションに対応できます。

したがって、L1 の容量を増やすと、手数料が削減されるだけでなく、L2 ユーザーの検閲への対応能力も強化され、ブロックチェーンのコア価値である検閲耐性が維持されます。

基本的な数学的仮定

強制包含メカニズムを使用する実際のコストは、いくつかの数学的計算を行うことで見積もることができます。まず、他のセクションで再利用するいくつかの仮定をリストしましょう:

1. L1 → L2 デポジット取引の現在の手数料は約 120,000 L1 ガスです。たとえば、楽観主義の場合を考えてみましょう。

2. ストレージ スロットの値を変更するなどの最小限の L1 操作には、7500 L1 ガス (コールド SSTORE とアドレスの calldata コスト、およびいくつかの計算コスト) がかかります。

3.ETHの価格は2500ドルです。

4. ガス価格は 15 gwei で、これは妥当な長期平均近似値です。

5. 需要弾力性は 1 に近くなります (つまり、ガス制限が 2 倍になると、価格は半分になります)。この点は以前のデータ分析である程度裏付けられていますが、実際には、実際の弾力性は両方向に変化する可能性があることに注意する必要があります。

6. 攻撃への対応コストを 1 ドル未満に抑えたいと考えています。 「通常」の操作の手数料は、取引ごとに 0.05 ドルを超えてはなりません。中間の異常な操作（キーの変更など）は 0.25 ドル未満になるはずです。これは明らかに直感的な価値判断です。

これらの仮定に基づくと、現在検閲を回避するコストは次のようになります: 120000 * 15 * 10**-9 * 2500 = 4.5 ドル

このコストを目標以下にするには、L1 を 4.5 倍に拡大する必要があります (ただし、弾力性を推定するのは難しく、絶対的な使用レベルを予測するのも難しいため、これは非常に大まかな推定値であることに注意してください)。

L2 間で資産を転送する必要がある

ユーザーは、多くの場合、ある L2 から別の L2 に資産を転送する必要があります。一般的な大量の資産の場合、最も実用的なアプローチは、インテント プロトコル (ERC-7683 など) を使用することです。実際には、2 つの L2 間で資産を直接転送する必要があるマーケット メーカーは少数で、他のユーザーはマーケット メーカーと取引するだけです。ただし、このアプローチは低量の資産や NFT には適していないため、これらの資産を 1 つの L2 から別の L2 に転送するには、個々のユーザーが L1 を介してトランザクションを送信する必要があります。

現在、L2 からの引き出しコストは約 250,000 L1 ガス、入金コストは 120,000 L1 ガスです。理論的には、このプロセスは大幅に最適化される可能性があります。たとえば、NFT を Ink から Arbitrum に転送するには、NFT の基礎となる所有権を Ink ブリッジから Arbitrum ブリッジに転送する必要があり、これは L1 で発生します。これは保管操作であり、約 5000 ガスの費用がかかります。その他の操作は基本的に呼び出しと証明であり、適切なロジックがある限り、コストを非常に低く抑えることができます。合計コストが 7500 GAS であると仮定します。

これら 2 つの状況のコストを計算してみましょう。

現在の状況: 370000 * 15 * 10**-9 * 2500 = $13.87

理想的な設計: 7500 * 15 * 10**-9 * 2500 = $0.28

理想的な目標は $0.05 なので、L1 を約 5.5 倍に拡張する必要があることを意味します。

あるいは、容量に基づいてより直接的に分析することもできます。各ユーザーは平均して月に 1 回、L2 経由で NFT (または希少な ERC20) を転送する必要があると想定します。イーサリアムの月間総ガス容量は、18,000,000×(1286,400×30​)=3.88兆ガスであり、これは5億1800万件の転送をサポートするのに十分です。したがって、Ethereum が世界中のユーザー ベース (Facebook のユーザー数が 31 億人と仮定) にサービスを提供したい場合、容量を約 6 倍に拡張する必要がありますが、これは L1 の目的のためだけです。

L2 大量終了

L2 の重要な機能は、L2 が失敗したときにユーザーが L1 に終了できることです。これは、「代替 L1」にはない機能です。では、すべてのユーザーが 1 週間以内に正常にログアウトできなかった場合はどうなるでしょうか?楽観的なロールアップの場合、これは大きな問題ではない可能性があります。正直な参加者が 1 人いる限り、悪意のある状態ルートは確認できません。ただし、Plasma システムでは、データが利用できなくなった場合、通常は 1 週間以内に終了を完了する必要があります。楽観的なロールアップであっても、敵対的なガバナンスのアップグレードが発生した場合、ユーザーには資産を引き出すための 30 日間の猶予が与えられます (フェーズ 2 の定義を参照)。

これはどういう意味ですか?プラズマ チェーンが失敗し、終了コストが 120,000 ガスであると仮定します。では、1 週間以内に終了を完了できるユーザーは何人いるでしょうか?計算すると、86400 * 7 / 12 * 18000000 / 120000 = 756 万人のユーザーになります。

楽観的なロールアップと敵対的な 30 日間のガバナンス アップグレードの遅延の場合、その数は 3,240 万人のユーザーに増加します。多数のユーザーが同時に退出できる大量退出プロトコルを作成できると仮定します。効率を限界まで押し上げ、ユーザーごとに 1 つの SSTORE 操作と少しの追加計算 (つまり 7500 GAS) のみを必要とする場合、両方の数値はそれぞれ 1 億 2,100 万ユーザーと 5 億 1,800 万ユーザーに増加します。

現在、ソニーはイーサリアム上に L2 を持っており、プレイステーションには月間アクティブ ユーザー数が約 1 億 1,600 万人います。これらのユーザー全員が Soneium ユーザーになった場合、現時点での Ethereum は大規模な Exit イベントをサポートできるほど十分に拡張できなくなります。しかし、より賢明な大量撤退協定が成立すれば、なんとか対処可能となるだろう。

技術的に複雑なハッシュ送信プロトコルを回避したい場合は、資産ごとに 7500 ガスを予約する必要があるかもしれません。私のメインの Arbitrum ウォレットには、重要な価値のある資産が 9 つあります。これが推定値である場合、L1 は約 9 倍にスケーリングする必要がある可能性があります。

ユーザーにとってのもう 1 つの懸念は、L1 が十分に安全にスケーリングされたとしても、ガス コストが非常に高くなるため、多額の損失が発生することです。

現在のエグジット コストと「理想的な」エグジット コストを比較して、エグジットのガス コストを分析してみましょう。

現在の状況:120000 * 15 * 10**-9 * 2500 = $4.5

理想的な状況:7500 * 15 * 10*-9 * 2500 = $0.28

ただし、これらの見積もりの問題は、大量エグジットの場合、全員が同時にエグジットしようとするため、ガス コストが大幅に増加することです。 L1 の 1 日あたりの平均ガスコストが 100 gwei を超える日もありました。 100 gwei を基準とすると、引き出しコストは 1.88 ドルになります。つまり、出口を手頃な価格 (つまり 1 ドル未満) に保つには、L1 を 1.9 倍に拡大する必要があることになります。あるいは、技術的に複雑なハッシュコミットプロトコルを使用せずに、ユーザーが一度にすべての資産を引き出せるようにしたい場合、資産ごとに 7500 ガスが必要になる可能性があり、パラメータと、引き出しコストを手頃な価格に抑えるために L1 がスケーリングする必要がある比率に応じて、引き出しコストがそれぞれ 2.50 ドルまたは 16.80 ドルに増加します。

L1 での ERC20 トークンの発行

現在、多くのトークンが L2 で発行されています。しかし、これは過小評価されているセキュリティの問題を引き起こします。L2 が敵対的なガバナンス アップグレードを受けると、その L2 で発行された ERC20 トークンが新しいトークンを無期限に発行し始める可能性があり、これらの新しいトークンがエコシステム全体に浸透するのを防ぐ方法はありません。トークンが L1 で発行される場合、1 つの L2 が誤った動作をした場合の影響は、主にその L2 自体に限定されます。

現在までに、L1 では 200,000 を超える ERC20 トークンが発行されています。発行トークン数の100倍にも対応可能です。しかし、L1 上で ERC20 トークンを発行することが一般的な選択肢となるためには、コストが十分に低くなければなりません。たとえば、主要なプライバシー プロトコルである Railgun トークンを例に挙げてみましょう。デプロイメントのトランザクションコストは 16.47K ガスで、これは当社の想定に基づくと約 61.76 ドルになります。会社にとって、このコストは許容範囲内です。原則として、このコストは最適化によって大幅に削減できます。特に、同じロジックで大量のトークンを発行するプロジェクトではその傾向が顕著です。ただし、コストを 120,000 ガスに削減しても、コストは依然として 4.5 ドルです。

Polymarket を L1 に引き上げ (少なくとも資産の発行。取引は L2 でも可能)、多数のマイクロマーケットを実現したい場合、上記の 0.25 ドルの目標では、L1 を約 18 倍に拡大する必要があります。

キーストア ウォレットの操作

キーストア ウォレットは、変更可能な検証ロジック (キーの変更、署名アルゴリズムなど) を持つウォレットの一種であり、これらの変更はすべての L2 に自動的に伝播されます。検証ロジックは L1 上に配置され、同期読み取り (L1SLOAD、REMOTESTATICCALL など) を使用して L2 によって読み取られます。キーストア ウォレットは検証ロジックを L2 に配置できますが、これにより複雑さが大幅に増加します。

各ユーザーは 1 年に 1 回キーの変更またはアカウントのアップグレードを実行する必要があり、ユーザー数は 31 億人であると仮定します。各操作に 50,000 ガスかかる場合、スロットあたりのガス消費量は 50000 * 3100000000 / (31556926 / 12) ~= 5900 万となり、これは現在の目標の約 3.3 倍になります。

L2 でキー変更操作を開始し、データを L1 に保存するなど、大幅な最適化を行うことでコストを削減できます (このアイデアを提供してくれた Scroll チームに感謝します)。これにより、ガス消費量がストレージ書き込み操作と少しの追加計算（7500 ガスを想定）のみに削減され、キーストアの更新に Ethereum の現在のガス容量の約半分を使用できるようになります。

キーストア操作のコストも見積もることができます: 7500 * 15 * 10**-9 * 2500 = $0.28。この観点からすると、1.1 倍の L1 スケーリングでキーストア ウォレットを手頃な価格にするのに十分です。

L2 証明の提出

L2 間のクロスチェーン相互運用性を高速、普遍的、かつ信頼不要にするには、L2 が L1 に頻繁に提出して、互いの状態を直接理解できるようにする必要があります。最適な低レイテンシを実現するには、L2 はすべてのブロックで L1 に送信する必要があります。

現在のテクノロジー（ZK-SNARK など）では、各 L2 送信に約 500,000 ガスのコストがかかるため、Ethereum は最大 36 個の L2 しかサポートできません（比較すると、L2beat は、バリディウムとオプティミウムを含めて約 150 個の L2 を追跡します）。しかし、もっと重要なのは、このアプローチが経済的にほとんど実行可能ではないことです。長期平均ガス価格が 15 グウェイ、ETH 価格が 2,500 ドルであると仮定すると、コミットの年間コストは次のようになります。500,000 * 15 * 10**-9 * (31556926 / 12) * 2500 = 4,900 万ドル/年。

集約プロトコルを使用すると、集約メカニズムが単一のスロットを更新するだけよりも複雑になるため、コストはさらに削減され、最終的にはコミットあたり約 10,000 ガスまで下がる可能性があります。これにより、L2 あたりの年間コミット コストは約 100 万ドルになります。

理想的には、すべてのブロックが L1 に送信されることが望ましく、これは当然のことです。これを実現するには、L1 容量を大幅に増加する必要があります。 L2 チームにとって、年間 10 万ドルのコストは比較的小さいですが、年間 100 万ドルのコストは無視できません。

結論

上記のユースケースを次の表に整理できます。

最初の列と 2 番目の列が追加されていることに注意してください。たとえば、キーストア ウォレット操作が現在のガス消費量の半分を占める場合、L2 大量終了操作を実行するための十分なスペースが必要です。

また、コストベースの見積もりは非常に大まかなものであることに再度留意してください。需要の弾力性（特に長期的にガス制限の変更に対してガス料金がどのように反応するか）を予測することは非常に難しく、使用量が固定レベルであっても、料金市場がどのように進化するかについては依然として多くの不確実性が残っています。

全体的に、この分析は、L2 が支配的な世界であっても、L1 ガスの 10 倍のスケーリングは価値があることを示しています。これは、長期的な見通しに関係なく、今後 1 ～ 2 年で達成できる短期的な L1 拡張が依然として価値があることを意味します。

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