将来のイーサリアムの5つの主要な段階の解釈、イーサリアムの最終形態は何ですか

導入

「マージ」、つまりイーサリアムのプルーフ・オブ・ステーク・ネットワークへの変換は、今年9月末までにメインネット上で完了する予定だ。このアップグレードは、ブロックチェーンのアクセシビリティを体系的に改善し、イーサリアムをビットコインスタイルのプルーフ・オブ・ワーク・コンセンサス・メカニズムからプルーフ・オブ・ステーク・システムに移行することを目的としています。シャーディングの実行からロールアップ中心へのイーサリアムのロードマップは、次の 10 億人のユーザーに向けてブロックチェーンを拡張する上で重要なステップです。前回の記事「モジュラー ブロックチェーンの探索」で述べたように、モジュラー アーキテクチャにおけるデータの可用性とシャーディングにより、ブロックチェーンは分散化を犠牲にすることなくスループットを拡張できます。同時に、この記事ではデータの可用性、ロールアップ、失敗/有効性の証明について徹底的に議論し、合併の背景と目標をさらに理解するための基礎を築きます。この記事では、合併の技術的詳細、イーサリアムの新しいロードマップ、およびその変更がユーザーと開発者にとって何を意味するかについて、詳細な分析を提供します。

出典: @ptrwtts

ロールアップ中心のロードマップ

当初、イーサリアム 2.0 (この用語は現在は廃止されています) の計画は、メインネットを 64 のシャードに分割し、それぞれに独立したマイナー/バリデーターを持たせることでスケーラビリティを実現することでした。ユーザーは、輻輳、使用率、スループットに基づいてトランザクションを特定のシャードに送信します。ロールアップの継続的な開発とシャーディングの実行の複雑さにより、シャーディングの実行を中心とした元のスケーラビリティ ロードマップは適用できなくなったため、人々はデータ シャーディングを採用し始めました。イーサリアムチームの見解では、ロールアップはイーサリアム拡張の重要な要素となり、アップグレードされたイーサリアムを強力な決済およびデータ可用性レイヤーにし、ロールアップにセキュリティを確保させることを計画しています。

出典: ETH2ブック

ビーコンチェーン

一般的な見解に反して、合併の目的は取引コストを削減することではなく、イーサリアムをロールアップのインフラストラクチャ層に変換することであり、ビーコンチェーンの構築はこの目標を達成するための最初の重要なステップです。イーサリアムは、これまでの「プルーフ・オブ・ワーク」方式から「プルーフ・オブ・ステーク」方式に変更され、不正行為を防ぐため、質権者はブロックを生成するために担保を提供する必要がある。コンセンサスシステムがプルーフ・オブ・ステークに移行した後、検証委員会がプリミティブとして導入され、それによってネットワークのコンセンサスが強化され、効率的なプロトコル内データ可用性層の形成への道が開かれます。ビーコンチェーンはステーカーを調整する責任を負い、現在のイーサリアムのようにトランザクションを処理または実行しません。より具体的には、この合併は実際にイーサリアムの古い実行層をビーコンチェーンによって提供される新しいコンセンサスエンジンと合併し、プルーフ・オブ・ワーク・システムの下でマイナーを利用する既存のアルゴリズムを、プルーフ・オブ・ワーク・システムの下で調整されたバリデーターのネットワークに変換します。ステークシステム。同時に、この変革はシャーディングの基礎も築きました。以前は、プルーフ・オブ・ワーク・システムの下ではマイナーの作業は記録されなかったため、マイナーは作業を停止して自由にネットワークを離れることができました。オブステーク システムでは、ビーコン チェーンはすべての承認されたブロック プロデューサーが登録されており、バリデーターの投票を調整して並列化できます。

出典: ETH2ブック

バリデータ委員会の形成はビーコン チェーンの重要な革新であり、バリデータ委員会はビーコン チェーンによってランダムに割り当てられ、ブロックに対する投票と合意形成を担当します。委員会の結合された投票は証人メッセージと呼ばれ、人々は委員会の投票をチェックすることでビーコン チェーンの状態を簡単に検証でき、単一のバリデーターの増加による検証と比較してブロック サイズとデータが最小限に抑えられます。同時に、このモードではフォークの作成に多数のバリデーターの参加が必要となるため、構成証明メッセージによってコンセンサスも強化されます。さらに、悪意のあるバリデーターが共謀して攻撃を開始することを防ぐために、バリデーターは定期的に交換されます。

出典:フラッシュボット

コンセンサスとMEV（散財）

合併後、イーサリアムはコンセンサス層の提案者と構築者を分離することになります。 Vitalik 氏は、すべてのブロックチェーンは最終的には集中的なブロック生成と分散的なブロック検証を備えるべきだと考えています。断片化されたイーサリアムのブロック データは非常に高密度であるため、データの可用性に対する高い要件により、ブロックの生成を一元化する必要があります。同時に、ブロックを検証し、データの可用性サンプリングを実行するために、分散型のバリデーターのセットもセットアップする必要があります。

ビルダー ロールは、ユーザー トランザクションを使用してイーサリアム実行ペイロードのブロックを構築し、提案者 (バリデータ セットのランダムに選択されたサブセット) による受け入れを求める入札とともに送信します。プロポーザーがペイロードを受け入れると、ブロックに署名し、ネットワークを通じてそれを伝播します。この構造により、プロポーザーに送信されるペイロードからトランザクションの内容が削除されるため、バリデーターが追いつく可能性が排除されます。効率的な市場では、ブロック スペース マーケットの導入により、建設業者が MEV 入札に参加する動機も生まれ、分散型バリデーターが MEV 報酬のほとんどを獲得できるようになります。イーサリアムをシミュレートする場合と比較して、この設定はマイナーがコンセンサスを不安定にすることを効果的に防ぎ、有害な MEV の生成を減らすことができます。

ソース

ダンクシャルディング (ザ サージ)

提案者と構築者の分離はもともと、MEV の有害な外部性と集中化の力に対抗するために設計されましたが、イーサリアムのコア チームは、それがデータ シャーディングにも役立つことに気づきました。

Danksharding は、コア コントリビューターである Dankrad Feist にちなんで名付けられました。その主な革新は、元のシャードを固定数の異なるブロックと提案者に置き換える統合された手数料市場です。特定の時間内のすべてのトランザクションとデータは、提案者によって選択されます。この提案者の背後には、ブロックチェーン データの可用性をサンプリングするランダムに生成されたバリデータ委員会があります。このようにして、マージされたブロック内の大量のデータに応じて、ライト クライアントのデータ可用性を分散型の方法で維持できますが、これは単一の検証ポイントでは不可能です。コンセンサスノードもデータ可用性サンプリングを実行するため、このモデルは決済層、コンセンサス層、データ可用性層を統合できます。

統合された決済およびデータ可用性レイヤーにより、有効性証明を利用したロールアップの新たな扉が開かれます。ZK ロールアップは、イーサリアム上の実行レイヤーと同期呼び出しを行うことができるようになりました。これにより、分散流動性やフラクタル スケーリングなどの新しい L2 プリミティブが強化され、ZK ロールアップで次世代の革新的な Dapps を構築するための基盤が築かれます。

プロトダンクシャーディング

ダンクシャーディングは今後のイーサリアムにとって有益ではありますが、合併直後にはその役割を完全に果たせるわけではありません。 Proto-danksharding (EIP-4844) は、darksharding のオリジナル バージョンであり、darksharding の完全実装前にリリースされる予定です。この提案では、Blob を運ぶトランザクションと呼ばれるプリミティブが作成されます。名前が示すように、このタイプのトランザクションは、BLOB と呼ばれるデータ ペイロードを運ぶトランザクションです。 BLOB は、シャーディング後の Ethereum のデータ標準として機能します。BLOB は KZG 多項式コミットメント ( KZG 多項式コミットメント) にバンドルされており、EVM 実行から切り離されているため、BLOB は calldata よりも効率的な形式でもあります。現時点では、Rollup は依然として通話データを使用してトランザクション データをイーサリアムに転送しているため、ガスコストが高くなります。将来のシャーディングでは、Rollup は BLOB を使用して、EVM の実行に関連するガスコストをユーザーに節約します。同時に、プロトダンクシャーディングの目標は、開発者にこの最先端のデータ形式を提供すると同時に、シャーディングされるデータに別の形式と課金市場を導入することで、ロールアップのデータコストを一時的に削減することです。 。 proto-danksharding 自体は実際にはシャーディングを実装しませんが、シャーディング後のデータ形式の標準を提供します。これは、効率的なネイティブ データ可用性レイヤーを構築する最初のステップでもあります。

歴史と現状 (ザ・バージとザ・パージ)

同時に、イーサリアムとそのストレージの状態についても考慮する必要があります。バリデーターは消費者向けハードウェア製品でタスクを完了する必要があるため、状態の増加は分散化に影響を与える可能性があります。 Proto-danksharding BLOB は EVM 実行層から切り離され、約 1 か月後に削除されました。さらに、EIP-4444 により、クライアントは約 1 年後にピアツーピア層での履歴データの提供を停止する可能性があります。いずれにせよ、シャーディングにより年間約 40 TB の履歴 BLOB データが追加されるため、プロトコル レイヤーで何らかの強制的な履歴の有効期限を強制する必要がありました。ブロックチェーンの状態はRAMまたはSSDに保存する必要がありますが、イーサリアムが合意に達したデータである履歴ストレージは安価なHDDに保存できます。履歴ストアは正直な少数派 (1-of-N) の信頼モデルで動作するため、リアルタイムのコンセンサスを実行するノードに履歴データを保存する必要はまったくありません。 Danksharding 仕様では、バリデーターがコンセンサスに達したデータの可用性を数か月間保存し、保証することを保証します。その後、これらの切り捨てられた履歴データは、アプリケーション固有のプロトコル、BitTorrent、ポータル ネットワーク、ブロック エクスプローラー、個人の愛好家、インデックス プロトコルなどのサードパーティによって保存されます。

出典: コンセンシス

ステートレス イーサリアムはロードマップ上のもう 1 つの目標です。ブロックの作成者は、ブロック内のトランザクションを実行するために必要な関連データで構成される証明である証人情報を使用します。その後、クライアントはこの証明を使用して、ブロックの結果の状態ルートを実行するには、状態全体ではなく、影響を受ける状態の一部のみを実行する必要があることを検証できます。この設計では、証明の規模と使いやすさが 2 つの中心的な問題です。最初の問題は、イーサリアムの状態データ構造をプロトコル レベルの仕様から変換することで解決できます )。 Vitalik 氏によると、イーサリアムをスケーリングする際には、分散型検証を維持しながら、特殊なハードウェアを備えた集中型ブロックプロデューサーに依存する必要があります。

要約する

Danksharding はイーサリアムのセキュリティを継承し、ロールアップに対してより高い要件も提示しています。データの可用性をコンセンサスおよび決済層と緊密に結合した後、基盤となるインフラストラクチャをアップグレードして、ロールアップがネイティブのデータ可用性ソリューションを活用し、有効性と自主性というセキュリティの前提を取り除くことができます。これは、将来的にガバナンスとスマート コントラクトのリスクを除去するために構築される Enshrined Rollups の基礎を築きます。同時に、SNARK を使用してプロトコル内で同期呼び出しを行う Enshrined Rollup も、将来のブロックチェーン拡張の重要な設計となっています。プロトコルにおけるロールアップの利点は、スマート コントラクト ロールアップの 1 日あたりの固定ガス費用が不要になり、ブロック数で測定されることです。また、計算がコンセンサスから切り離されているため、検証者が再計算する必要がなくなりました。トランザクションを実行してブロックを検証するだけでなく、有効性証明によって状態の違いを保証できるため、ステートレス クライアントは証人証明をダウンロードする必要がなくなりました。これらの利点により、決済レイテンシが改善され、同期とバリデータの帯域幅が改善され、クロスチェーンブリッジのセキュリティがより確実になります。イーサリアム財団は現在、この設計をイーサリアムのロードマップに実装することに取り組んでおり、EVM を SNARK 互換の Enshrined Rollup にアップグレードする予定です。

前回の投稿では、モジュール式オフチェーン アーキテクチャの利点と、サードパーティ プロトコルが開発しているデータの可用性、決済、実行のためのソリューションについて説明しました。イーサリアムのロードマップの主な目標は、信頼の前提を最小限に抑え、ネイティブ ソリューションを通じてプロトコル内でスケーラビリティを提供することです。イーサリアムのベースレイヤーは、分散型アプリケーションのエコシステム全体をホストしており、デジタル時代におけるアイデンティティ、ストレージ、検索、評判、プライバシーについての考え方を根本的に変えることを約束しています。 Ethereum をベースレイヤーにアップグレードする際に、このアプリケーションレイヤーも最適化し、ユーザーと開発者が安全で堅牢なグローバルインフラストラクチャ上でより多くのユースケースを拡張できるようにします。イーサリアムのビジョンは、全世界にデジタルの未来を構築することです。同時に、信頼された中立性の原則を堅持し、イーサリアムのネットワーク効果、分散化、セキュリティの開発を継続し、それによって将来の分散化ネットワークにおける地位を強化します。このように、合併はイーサリアムがこのビジョンを実現するために取った最初の一歩となります。