Orbisは、分散型金融（DeFi）アプリケーションと繁栄するブロックチェーンエコシステムをサポートするために構築されたCardano用の最初のZKロールアップレイヤー2ソリューションで、これによりブロックチェーンが真にグローバルな金融システムになるという目標を実現するために必要なレベルのスケーラビリティとトランザクションスループットを提供します。

カルダノ・ブロックチェーンは、Hydraのアップグレードによる拡張とスケーラビリティの実現を目指しているが、Orbisによると、Hydraはカルダノのスケーラビリティ問題のすべてを解決するものではないと説明しています。

以下はOrbisブログに掲載された記事「Enter Orbis : Cardano’s Scaling Solution」を翻訳したものです。

Orbis：カルダノのスケーリングソリューション

by Orbis 2月25日

ビットコインの登場以来、分散化、セキュリティ、スケーラビリティの三位一体で妥協しない分散台帳を作ろうと、「スケーラビリティの三重苦」問題が業界を悩ませてきました。ブロックチェーンの古い設計パラダイムは、データの可用性、スマートコントラクトの実行、コンセンサスがすべて同じレイヤーとネットワーク参加者（マイナーとノード）によって処理されるモノリシックなものでした。このアプローチの問題点は、すべてのネットワーク参加者がブロックチェーンのプロダクション＆メンテナンスの全レベルに貢献することを要求することで、専門化による最適化のプロセスを妨げていることです。

ブロックチェーン設計における現在のシフトは、産業革命時に導入された分業の概念になぞらえることができ、生産におけるタスクが高度に専門化した作業者と設備の間で分離されました。そのような新しいモデルが、モジュール式ブロックチェーンです。モジュラー型ブロックチェーンがモノリシック型ブロックチェーンと異なる点は、ネットワーク参加者全員にスマートコントラクトの実行、データの可用性、コンセンサスへの貢献を求める代わりに、ネットワーク参加者が自分のニッチに特化し、個々のニッチすべて、ひいてはブロックチェーン全体を最適化＆改善できる点です。

ブロックチェーンそのものがコンセンサスのゲームであり、互いに独立した異質なアクターが、一連の取引とシステムの現在の状態について合意に達するという共通の目的に向かって協力するのである。ナカモトコンセンサスからウロボロスまで、完全に分散化された方法で合意に達するための実用的かつ効率的な方法を見つけるために、多くの思考と実験が行われました。セキュリティは、バグや攻撃に対する耐性を確保するために、コンピュータサイエンス、ソフトウェア開発、経済学、ゲーム理論の中核的な側面が相互に作用しているのである。ブロックチェーンのデータとノード数が増加すると、ネットワーク通信の実用的な限界が生じ、任意の状態に対してどれだけ早くコンセンサスに到達できるかが問題となります。同時に処理できるトランザクションの数がボトルネックとなり、分散化とセキュリティを妥協することでしか乗り越えられないのです。

ブロックチェーンが真の大量導入に至り、アプリケーションやサービスのグローバルな金融システムをサポートするためには、スループットを拡張するためのソリューションが必要です。特化したネットワークが主にスマートコントラクトの実行に集中できるようにすれば、より大きなネットワークの分散化とセキュリティに妥協する必要がなくなります。これは、ロールアップが取っているアプローチです。

「zkSNARKロールアップ」とは何ですか？

ZK（Zero Knowledge）ロールアップとは、取引をオフチェーンで処理し、その結果（証明）を束ねて（ロールアップ）オンチェーンに提出する仕組みのことです。レイヤー1のブロックチェーンでは、すべてのトランザクション、スマートコントラクト、状態データがブロックチェーン上に保存されています。ZKロールアップでは、このコードとデータはオフチェーンに格納され、チェーンはこの情報が存在することの証明を格納します。チェーン上に保存されたzkSNARKは、ある入力のセットとある出力のセットに対して、関連する当事者によって署名され、関連するスマートコントラクトのルールに従ったトランザクションのセットが存在することを証明するものである。これらの取引はチェーン上に記録する必要はなく、入力、出力、およびそれらの出力が入力から（ブロックチェーンの規則に従って）合法的に生じたという証明のみを記録すればよい。

zkSNARKとは、Zero Knowledge Succinct Non-interactive ARgument of Knowledge（ゼロ知識簡潔非対話的知識論）のことです。この定義では、「知識の論証」は「証明」を意味します。ゼロ知識（証明されるべき文以上のものは証明しない）、簡潔（証明は少ないバイト数で表現できる）、非対話（証明は証明主体と証明確認主体の間の多段階の相互作用とは対照的に、単一のメッセージとして表現できる）の特徴を持つ。

ゼロ知識ロールアップは、ロールアップの生成時間や入出金時間の速さ、スケーラビリティ（ZKRは再帰的証明により線形に拡張可能）、ロールアップを生成するネットワークの分散化を可能にする数学的保証の点で他のロールアップソリューションより優れています。

Orbisの紹介

Orbisは、分散型金融（DeFi）アプリケーションと繁栄するブロックチェーンエコシステムをサポートするために構築されたCardano用の最初のZKロールアップレイヤー2ソリューションです。Orbisは、ブロックチェーンが真にグローバルな金融システムになるという目標を実現するために必要なレベルのスケーラビリティとトランザクションスループットを提供します。取引はOrbisレイヤー2上のオフチェーンで発生し、単一のZK（ゼロ知識）証明にまとめられ、オンチェーンでCardanoレイヤー1に提出され検証されます。この証明は、取引がOrbis上で行われたことを数学的に証明するものであり、改ざん不可能です。

Orbisには、証明者と検証者という2つの主要な構成要素があります。

Proverはオフチェーンシステムであり、その目的は取引の発生を検証するzkSNARK証明を構築することです。Proverはブロックチェーンノードに似たAPIを持ち、ユーザーはロールアップの状態を検査したり、トランザクションをポストしたりすることができます。検証者は、オンチェーン・スマートコントラクトである。その機能は、Cardanoのロールアップで発生したトランザクションを決済することである。Verifierはオンチェーンアセットの入力を受け付け、それをコントラクトにロックすることで、二重に使われるリスクなしにロールアップで使用できるようにする。Verifier契約はさらに、ロールアップからの出力を含むProverによって作成されたトランザクションを検証し、これらのトランザクションがVerifier契約に提供された入力に基づいて有効なトランザクションのセットから生じたものであることを証明する。

Orbisは、スマートコントラクト検証者コードが実行できるオフチェーンコンテキストを提供する。このコンテキストでは、Cardanoレイヤー1上の取引を作成するために実行されるのではなく、レイヤー2のロールアップ上の取引を作成するためにバリデータコードが実行される。OrbisはPlutusTxスマートコントラクトを簡単に移植することを可能にする。さらに、OrbisはPlutoとPlutarchと呼ばれる新しいプログラミング言語をサポートする予定です。PlutoとPlutarchは、オンチェーンスクリプトを記述するためのPlutusTxの代替となるものです。Plutus Coreをゼロコストで抽象化することにより、効率的なオンチェーンデプロイメントに最適化されています。Plutoはシンプルで習得しやすい。PlutarchはHaskellに組み込まれたドメイン固有言語であり，Haskellの全ての機能がPlutarchのプログラム作成に利用できることを意味します．

Halo 2

Orbisは、株式会社エレクトリックコイン（Zcash）が開発したZK証明システム「Halo 2」を利用して構築されています。このシステムは高度にマルチスレッド化されており、高速な検証・証明時間を実現することで、より効率的なシステムを作ることができます。また、完全にトラストレスで、証明の時間的複雑さが通常の実行の時間的複雑さと同じになるように、Plutusスマートコントラクトの実行を些細に証明できる再帰的証明に対応しています。再帰的であるため、証明の集約が可能であることを意味し、より分散化されたシステムを持つことができるのです。

レイヤー3

ハロ2再帰的ZKプルーフを活用し、オルビスはDeFi、NFT、サプライチェーン、マイクロペイメントなどの特定のユースケースに対応したアプリケーション固有のロールアップの開発をサポートします。カルダノの一般ユーザーと開発者のコミュニティは、Orbisレイヤー2で使い慣れた環境を見つけることができ、よりニッチなアプリケーションは、他のロールアップや基盤となるOrbisレイヤーと互換性を保つ独自のロールアップソリューションを構築することができるだろうと予想しています。Orbis上に構築された活発なDeFiエコシステムは、様々なロールアップとメインチェーン間でシームレスに相互運用することができます。

今後の展望

当初、OrbisはOrbis Labsが運営する1つのプローバでローンチされます。Orbisは、完全に分散化された分散型スタックに移行し、ネットワーク参加者は、オープンで許可不要のネットワークに存在するようになります。証明書の完全な分散化とは、単一障害点となるコンピューター、個人、信頼できる団体が存在しないことを意味します。証明書の完全な分散化は最初のリリースの範囲ではありませんが、プロジェクトの最終的な目標でありコミットメントです。

Cardanoは、最大の結果を得るために最小限の妥協をするスケーリングソリューションを必要としており、Hydraはすべてのスケーリング問題を解決できるわけではありません。Orbisは、Cardanoブロックチェーンの中核的な設計原理をすべて維持しながら、RealFiおよびDeFiアプリケーションを大規模に安全にホストできるところまでネットワークを拡張する能力を備えているため、可能な限り最高のスケーリングソリューションとして提案するものです。ZKテクノロジーは、一般的な世界とブロックチェーンに変革をもたらす可能性があり、その可能性は計り知れないものがあります。Orbisは、カルダノ上のすべてのdAppsが真の大量採用を達成することを可能にします。

概要

ZKロールアップは、取引やスマートコントラクトの計算・検証機能を、専用のオフチェーンネットワークで実行できるようにするものです。

Orbisは、Cardanoのレイヤー1のセキュリティ保証に妥協することなく、dAppsがより大きなスループットを享受することを可能にします。

OrbisはCardanoブロックチェーンと同様に分散型であるため、分散型システムの検閲耐性や耐障害性を維持することができます。