ある記事ではイーサリアムの新しいロードマップを分析しています

著者: アレック・チェン

出典:ボルト・キャピタル

出典: @milesdeutscher

序文

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「ザ・マージ」は、9月末までにメインネット上で稼働する予定です。その目標は、ブロックチェーンへのアクセシビリティを大規模に解放することです。この合併の中核として、イーサリアムは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・システムに変わりました。シャーディングの実装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。モジュラー アーキテクチャでの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。この記事では、合併の技術的な詳細 (イーサリアムの新しいロードマップ) と、こ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しく説明します。

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 (現在は非推奨となっている用語) の計画は、メインネットを 64 のシャードに分割し、それぞれに個別のマイナー/バリデーターを配置することでスケーラビリティを実現することでした。次に、ユーザーは、輻輳、使用率、およびスループットに基づいて、特定のシャードにルーティングされるトランザクションを送信します。ロールアップの増加と採用、およびシャーディングの実装の複雑さのため、当初シャーディングを中心としたスケーラビリティのロードマップは放棄され、データ シャーディングが優先されています。イーサリアムチームは現在、イーサリアムはロールアップを通じて世界のニーズを満たすためにスケールアップし、統合されたイーサリアム計画はロールアップのセキュリティを引き出す強力な決済層とデータ可用性層になると信じている。

出典: ETH2ブック

ビーコンチェーン (マージ)

一般に信じられていることに反して、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ための強力な基盤となるインフラストラクチャ層に変えることです。この目標に向けた最初の核となるステップは、ビーコン チェーンです。これにより、イーサリアムは以前のプルーフ・オブ・ワーク・システムからプルーフ・オブ・ステーク・システムに変わり、利害関係者はブロックを生成するために担保を提出する必要があり、不誠実な参加者は担保を削減された。コンセンサス システムをプルーフ オブ ステークに移行すると、基盤として検証委員会が導入され、ネットワークのコンセンサスが強化され、プロトコル内の効率的なデータ可用性層への道が開かれます。ビーコン チェーンは、今日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することなく、関係者のネットワークを導き、調整します。より具体的には、合併によって行われるのは、古いイーサリアム実行層とビーコン チェーンによって提供される新しいコンセンサス エンジンを合併することです。これにより、調整されたプルーフ オブ ステーク ネットワークと引き換えに、現在のプルーフ オブ ワーク マイナーのアルゴリズムが利用されます。バリデーター。コンセンサス アルゴリズムの切り替えにより、シャーディングの基礎も築かれます。以前は、プルーフ オブ ワーク マイニングにはマイナー レジストリがなく、マイナーが任意に業務を停止してネットワークから離脱する可能性がありました。プルーフ・オブ・ステークの下では、ビーコン チェーンはすべての承認されたブロック プロデューサーのレジストリを持ち、バリデーターの投票を調整して並列化できるようになりました。

出典: ETH2ブック

バリデーターのグループ、つまり委員会は、ビーコン チェーンが提供する重要な革新です。ビーコン チェーンは、コンセンサスを形成するためにブロックに投票する委員会をランダムに割り当てます。委員会の組み合わせた投票は「認証」と呼ばれ、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、単一のバリデータによる検証と比較してブロック サイズとデータの増加を最小限に抑えることができます。このモデルではフォークを共同作成するために比較的多数のバリデーターが必要となるため、認証委員会もコンセンサスを強化します。さらに、バリデーターのセットは定期的に変更されるため、悪意のあるバリデーターが時間内に共謀して攻撃を実行することが困難になります。

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の分離を実装します。 Vitalik 氏は、すべてのブロックチェーンの最終目標は、集中的なブロック生成と分散的なブロック検証であると信じています。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、ブロック生成の集中化が必要です。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分散型バリデーターのセットを維持する方法が必要です。

新しいビルダー 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、プロポーザー (バリデータ セットのランダムに選択されたサブセット) からの入札とともにそれらを送信します。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、バリデータによるフロントランニング トランザクションの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、建築業者は抽出された MEV の全額を入札するよう促され、分散型バリデーターのセットが MEV 報酬の大部分を受け取ることができるようになります。この設定により、マイナー間の潜在的に不安定なコンセンサスが防止され、イーサリアムをエミュレートする場合と比較して有害な MEV が軽減されます。

ダンクシャルディング (ザ サージ)

プロポーザルとビルダーの分離はもともと、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 シャーディングの目的にも役立つ可能性があることに気づきました。

Danksharding は、中心的な貢献者である Dankrad Feist にちなんで命名されており、その主な革新は、統合された手数料市場です。異なるブロックと提案者を持つ固定数のシャードの代わりに、1 人の提案者がすべてのトランザクションとデータを選択します。プロポーザーは、ランダムに選択されたバリデーターの委員会であり、その後、ブロックチェーン データに対してデータ可用性のサンプリングを実行します。これにより、マージされたブロックは大きすぎて単一の検証ポイントで検証できないため、ライト クライアントのデータ可用性を維持するための分散型の方法が保証されます。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します。

‍統合決済層とデータ可用性層 有効性証明の利用により、ロールアップのエキサイティングな機能が解放されます。ZK ロールアップは、イーサリアム上の実行層と同期呼び出しを行うことができるようになります。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 ロールアップで革新的な次世代 DAPP 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イーサリアムの将来にとって良い前兆ではありますが、合併直後には完全に利用可能になるわけではありません。プロトダンク シャーディング (EIP-4844) は、完全に実装される前にリリースが計画されているダンクシャーディングのオリジナル バージョンです。この提案では、キャリー BLOB 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、BLOB を使用した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 のデータ標準です。BLOB は 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るため calldata 形式よりも効率的です。現在、ロールアップはコール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送り返すため、ガスコストが高くなります。将来のシャーディングでは、ロールアップで BLOB が使用され、EVM の実行に関連するユーザーのガスコストが節約されます。プロトダンクシャーディングの目標は、この先進的なデータ形式を開発者に提供すると同時に、シャーディングされるデータに別の形式と料金市場を導入することで、高価なコールデータのロールアップから一時的に解放されることです。 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化された仕様を導入することは、効率的なネイティブ データ可用性レイヤーを構築するための最初のステップです。

歴史と現状 (ザ・バージとザ・パージ)

イーサリアムの状態とそのストレージも考慮事項です。バリデーターは消費者向けハードウェア上でタスクを実行できる必要があるため、増え続ける状態は分散化に影響を与える可能性があります。プロトダンクシャーディング BLOB は EVM 実行レイヤーから切り離されており、約 1 か月後に削除されます。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上の履歴データを削除し、提供を停止することができます。シャーディングでは年間約 40 TB の履歴 BLOB データが追加されるため、プロトコル レベルで何らかの強制的な履歴の有効期限を強制することがとにかく必要です。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。ただし、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。履歴ストレージは正直な少数派 (1/N) 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ありません。 Danksharding 仕様では、バリデーターが数か月にわたって合意に達したデータの可用性を保存し、保証することを保証します。これらの刈り取られた履歴は、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、個人のアマチュア、またはインデックス作成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。ブロックを構築するブロックプロデューサーは、ブロックに含まれるトランザクションを実行するために必要な関連データからなる証拠である証人を利用します。したがって、クライアントはこの監視を使用して、ブロックの実行によって生成された状態ルートを検証し、状態全体ではなく、影響を受ける状態の一部を実行するだけで済みます。この設計に対する 2 つの大きな障害は、証人の規模と証人の可用性です。最初の問題は、イーサリアムの状態データ構造をマークル パトリシア トライズからバークル トライズに変更することで解決できます。これは、イーサリアムの合併後に使用される多項式コミットメントにとってより効率的なデータ構造です。 2 番目の問題は、ブロック監視をプロトコル レベルの仕様にすることで解決できます。 Endgame での Vitalik の結論に従って、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ことが、イーサリアムをスケーリングするための重要な設計フレームワークです。

まとめ

Danksharding は、イーサリアムから継承したセキュリティでロールアップを強化します。データの可用性をコンセンサスおよび決済層と密接に結合することによって基盤となるインフラストラクチャをアップグレードすると、ロールアップでネイティブのデータ可用性ソリューションを活用できるようになり、検証と意志によるセキュリティの前提が放棄されます。これにより、ロールアップ全体をプロトコル内で展開できるようにすることで、ガバナンスとスマート コントラクトのリスクを排除する、組み込まれたロールアップのようなアーキテクチャへの道が開かれます。プロトコル内同期呼び出しに SNARK を使用したロールアップは、将来のブロックチェーン拡張にとって有望な設計となっています。プロトコル内ロールアップには多くの利点があります。スマート コントラクト ロールアップが直面していたブロックごとの固定ガスコストが排除され、計算とコンセンサスが切り離されると、検証者はブロックを検証するためにトランザクションを再実行する必要があり、国家クライアントはもう存在しません。有効性証明のプロパティを通じて州の違いが保証されるため、証人をダウンロードする必要があります。これらの利点には、決済レイテンシーの短縮、同期の向上、バリデーター帯域幅の拡大 (したがって EVM ガス制限の拡大)、より安全なクロスチェーンブリッジングが含まれます。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直接実装することに取り組んでおり、EVM を SNARK 互換の組み込みロールアップにアップグレードする予定です。

イーサリアムのロードマップの主な目標は、ネイティブ ソリューションを実装することで信頼の前提を最小限に抑え、プロトコル内の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と、このアプリケーションレイヤーも昇格し、これらのユースケースをグローバルに拡張するための非常に安全で堅牢なインフラストラクチャを提供することで、ユーザーと開発者に利益をもたらします。イーサリアムのビジョンは、世界規模でのデジタルの未来です。イーサリアムのネットワーク効果、分散化、セキュリティとともに、信頼できる中立性の原則を遵守することで、将来の分散型ウェブにおけるその役割を確固たるものとします。この合併はイーサリアムのこのビジョン実現に向けた第一歩です。