バッチ処理

暗号資産におけるバッチ処理とは？

バッチ処理とは、複数の暗号資産のトランザクション、支払い、メッセージ、操作、データ項目などをまとめ、より効率的に処理、送信、決済、検証できるようにする方法です。

暗号資産分野では、手数料の削減、ブロックスペースの節約、処理能力の向上、決済の簡素化、ブロックチェーンアプリケーションのスケーラビリティ向上を目的にバッチ処理が利用されます。

1つのトランザクションに複数ユーザーへの支払いを含める方法、1回のロールアップ送信に複数のLayer 2トランザクションをまとめる方法、1つのオンチェーントランザクションに複数のスマートウォレット操作を含める方法、1回のプロトコル操作に複数の決済指示をまとめる方法などがあります。

基本的な考え方はシンプルです。

操作ごとに個別のトランザクションを送信するのではなく、関連する操作をまとめて送信します。

Bitcoinの支払いバッチ処理は、最も古く、分かりやすい例の1つです。

Bitcoin Optechの支払いバッチ処理ガイドでは、支払いバッチ処理を、1つのオンチェーントランザクションに複数の支払いを含めることと定義しています。

Ethereumのロールアップもバッチ処理に大きく依存しています。ロールアップの運営者が複数のオフチェーントランザクションをまとめ、圧縮データをEthereumに送信するためです。

EthereumのOptimistic Rollupに関するドキュメントでは、Optimistic Rollupの運営者が多数のオフチェーントランザクションを大きなバッチにまとめてからEthereumに送信すると説明されています。

つまり、バッチ処理は単一の機能を指すものではありません。

ウォレット、ブロックチェーン、ロールアップ、ブリッジ、DeFiプロトコル、スマートアカウント、インフラシステムなどで使われる、幅広いスケーリングの手法です。

バッチ処理が重要な理由

ブロックチェーンのブロックスペースには限りがあり、需要が高まるとコストが上昇する可能性があるため、バッチ処理は重要です。

支払いや操作を個別に送信すると、各操作にそれぞれのトランザクション処理コストがかかります。

このコストには、署名、入力、出力、calldata、実行時のガス代、固定トランザクションフィールド、ネットワークへの伝播、決済コストなどが含まれる場合があります。

バッチ処理では、こうしたコストの一部を複数の操作に分散できます。

その結果、支払いや操作1件あたりの平均コストを下げられる可能性があります。

また、オンチェーンに含める必要のあるトップレベルのトランザクションが減るため、混雑の緩和にもつながります。

Ethereumのデータ可用性に関するドキュメントでは、ロールアップのバッチが1つのEthereumトランザクションで数千件のオフチェーントランザクションを表現し、ベースレイヤーの混雑とユーザー手数料を抑えられると説明されています。

これが、ロールアップ中心のスケーリングロードマップでバッチ処理が中核となっている理由の1つです。

バッチ処理はユーザー体験の面でも重要です。

ウォレットでは、複数の操作を1つの承認フローにまとめられます。

プロトコルでは、複数のアカウントをまとめて決済できます。

支払いを行う側は、ユーザーが複数の個別確認を待つことなく、1つのトランザクションで複数の受取人に送金できます。

暗号資産システムでは、バッチ処理が、小規模な利用にしか対応できないプロダクトと、実際の大規模利用に対応できるプロダクトを分ける要因となることがよくあります。

バッチ処理の仕組み

バッチ処理では、複数の操作を集めて、1つの大きな操作にまとめます。

その後、ブロックチェーン、スマートコントラクト、ロールアップコントラクト、ブリッジコントラクト、決済レイヤー、またはオフチェーンネットワークに送信します。

バッチ内では、個々の項目を明確に識別できる必要があります。

たとえば、Bitcoinの支払いバッチには、各受取人に対応する正しい出力を含める必要があります。

ロールアップのバッチには、検証者が結果を確認できるよう、十分なトランザクションデータまたは状態情報が必要です。

ERC-4337のバンドルには複数のUserOperationを含め、送信前に検証ルールに従う必要があります。

ERC-4337仕様では、バンドラーが複数のUserOperationを集め、オンチェーンに送信する1つのトランザクションを作成するプロセスとして、バンドリングを定義しています。

したがって、バッチ処理には2つの側面があります。

1つ目は、圧縮または集約です。

2つ目は、バッチ内の各項目を正しく記録・管理することです。

バッチに含まれる各操作を正しく証明、実行、返金、または決済できる場合にのみ、バッチ処理は有効です。

支払いのバッチ処理

支払いのバッチ処理とは、1つのブロックチェーントランザクションで複数の支払いを送ることです。

1つのトランザクションに複数の出力を含められるため、UTXOベースのシステムでよく使われます。

Bitcoin開発者向けトランザクションガイドでは、各Bitcoinトランザクションには入力と出力があり、出力は後で使用できる金額を表すと説明されています。

送信者は、複数の個別トランザクションを作成する代わりに、複数の受取人への出力を含む1つのトランザクションを作成できます。

共有トランザクションデータのコストを1回だけ支払えばよいため、支払い1件あたりの平均手数料を抑えられる可能性があります。

支払いのバッチ処理は、サービス、給与支払いシステム、マイニング報酬の支払い、エアドロップ形式の配布、トレジャリー運用、大量出金システムなどで特に役立ちます。

たとえば、100人のユーザーに支払う必要がある企業は、100件の個別トランザクションではなく、100個の出力を含む1つのトランザクションを作成できます。

このトランザクションは、1件の支払いだけを行うトランザクションより大きくなる場合があります。

しかし通常は、100件の個別支払いを合計したサイズより小さくなります。

そのため、バッチ処理によってブロックスペースと手数料を節約できます。

Bitcoinにおけるバッチ処理

Bitcoinのバッチ処理は、主にトランザクション構造を効率的に利用する方法です。

Bitcoinトランザクションリファレンスによると、1つのトランザクションには複数の入力と出力を含めることができます。

この構造により、1つのトランザクションで選択した入力を使用し、複数の受取人に向けた出力を作成できます。

Bitcoin Optechは、バッチ処理ではトランザクションの作成、入力の使用、釣銭出力の作成にかかるコストを複数の支払いで分担できると説明しています。

そのため、バッチ処理は頻繁にBitcoinを送金するユーザーにとって、実用的な手数料削減手段の1つとなります。

ただし、バッチ処理には計画上のトレードオフもあります。

効率的なバッチを作成するために、十分な数の支払いがそろうまで送信者が待つ必要がある場合があります。

その待ち時間により、支払いが遅れる可能性があります。

また、受取人には、同じトランザクション内の他の出力とまとめられた形で支払いが表示される場合があります。

出力が同じ送信者によって作成されたと第三者に推測される可能性があるため、プライバシー上の懸念が生じることもあります。

Bitcoinのバッチ処理は有用ですが、手数料戦略、タイミング、プライバシーを考慮して利用する必要があります。

Ethereumロールアップにおけるバッチ処理

Ethereumロールアップがユーザーのコストを削減できる主な理由の1つが、バッチ処理です。

ロールアップはEthereumの外部でトランザクションを処理し、圧縮データ、状態ルート、証明、またはコミットメントをEthereumに送信します。

EthereumのOptimistic Rollupに関するドキュメントでは、ロールアップの運営者が多数のオフチェーントランザクションをまとめてからEthereumに送信すると説明されています。

Ethereumのゼロ知識ロールアップに関するドキュメントでは、ZKロールアップはオフチェーンで実行するトランザクションをバッチにまとめ、その要約と有効性証明をEthereumに送信すると説明されています。