知るべきこと: |
– 時価総額で世界第 XNUMX 位のブロックチェーンである Ethereum は最近、The Merge と呼ばれる大幅なソフトウェア アップグレードを受け、Proof-of-Work から Proof-of-Stake コンセンサスに移行しました。
– 移行は成功しましたが、イーサリアムのスケーラビリティと Web3 の開発の次の段階への準備については疑問が残ります。 – この記事では、イーサリアムのスケーリングの課題を掘り下げ、主流の採用ニーズを満たす能力を評価します。 完璧なスケーリング ソリューションはまだ存在しませんが、楽観的ロールアップと有効性ロールアップを含むレイヤー 2 は、「ブロックチェーンのトリレンマ」を犠牲にすることなく、スケーラビリティを向上させる可能性が最も高いと主張しています。 – より正確には、ZKP テクノロジーを使用した楽観的で有効性のロールアップは、トラストレスで複雑でパーミッションレスなトランザクションを大規模に可能にすることで、イーサリアムの未来を形作る鍵となります。 |
イーサリアムのスケーリング: ソリューションの探求
多くのブロックチェーンと同様に、イーサリアムは現在、限られたトランザクション処理能力に直面しています。 ETH 転送と数千の DApps をサポートしているにもかかわらず、使用量の増加により、トランザクションが遅くなり、より高価になりました。
高額な手数料を軽減するために、この状況は、NFT マーケットプレイス向けのオフチェーン集中型サービスなど、安全でない設計決定を促しました。 EIP 1559 の導入により、料金の見積もりとインセンティブが改善されましたが、スケーラビリティは大幅に改善されていません。 … スケーラビリティの課題は、スケーラビリティ、分散化、およびセキュリティの一般的なブロックチェーン トリレンマの中でよく理解されています。
ブロックチェーンのトリレンマは、分散化、セキュリティ、スケーラビリティの 2 つの特性を同時に達成することは不可能であると主張しています。 WebXNUMX がすでに証明しているように、分散化を犠牲にして、スケーラブルで安全なシステムを構築する方がはるかに簡単です。 コンセンサスメカニズムを犠牲にしてスケーラビリティを優先すると、無意味で安全でない分散型ブロックチェーンができあがります。 ブロックチェーンのトリレンマを解決することは非常に複雑であり、過去 XNUMX 年間、継続的な課題となっています。
スループットの向上: 複数のアプローチ
長年にわたり、イーサリアム ブロックチェーンのトリレンマを解決するために多くのソリューションが検討されてきました。 一般的な提案は、より大きなブロックまたは XNUMX 秒あたりのブロックを構築することです。 良いアイデアのように思えるかもしれませんが、ブロックチェーン ノードとバリデーター/マイナーに対するコンセンサスの要求が強まり、中央集権化が進んでいます。 また、再編成が遅くなり、セキュリティ リスクが増大します。
代替手段は、Polygon ネットワークで見られるように、メイン チェーンの負荷を軽減するためにサイド チェーンを作成することです。 このシステムは、イーサリアムよりも弱いコンセンサス (時価総額が少ない) に依存しているため、セキュリティのトレードオフが伴います。 特定のユースケースには適しているかもしれませんが、集中化につながることが多く、イーサリアムのスケーラビリティの問題に完全には対応していません。 とにかく、Visa のようなシステムを実行するために必要な数万のリクエストにはまだほど遠い.
レイヤ 2 とシャーディング: イーサリアムのスケーラビリティの課題に対する解決策?
シャーディングとレイヤー 2 ブロックチェーンのトリレンマを維持しながら、イーサリアムがスケーリングするための最良のオプションとして広く見られています。
一方では、 ブロックチェーンのシャーディング は、ブロックチェーンの世界におけるスケーラビリティの鍵と長い間考えられてきました。 これは、BLS 署名スキーム、PoS コンセンサス メカニズム、および eWASM の実装への移行により、2.0 年の Eth2019 の主な機能でした。 一方で、 レイヤー2 ロールアップメカニズムの継続的な研究を通じて、急速な進歩が見られました。 これら XNUMX つの競合するアプローチの現在の状態と、それらの将来がどうなるかを調べてみましょう。
ブロックチェーンのシャーディングはどのように機能しますか?
シャーディングという用語は、データベースをシャードと呼ばれる小さくて管理しやすい部分に水平に分割するデータベース科学に由来します。 各シャードは、データ サブセットを含む個別のデータベースです。 シャーディングは、データとクエリを複数のサーバーに分散することでデータベースをスケーリングするために使用され、単一の強力なサーバーを必要とせずにデータベースが大量のデータを処理できるようにします。
ブロックチェーンでシャーディングを活用するというこのアイデアは、すぐに開発者の間で人気を博しました。 ブロックチェーンのシャーディングは、ネットワークをシャードと呼ばれる小さなサブネットワークに分割し、シャードによってトランザクションを並行して処理できるようにします。 シャード ブロックチェーンでは、各シャードは独立して動作する個別のチェーンです。 これは、各ノード、マイナー/バリデーターが特定のシャードに集中してローカルコンセンサスを作成できることを意味します。 まず、トランザクションを並行して処理できます。 次に、各シャードで管理するトランザクションが少なくなります。 完璧に聞こえますが、キャッチは何ですか?
シャーディングの課題: コンセンサス、クロスシャード通信、およびセキュリティ
ブロックチェーンのシャーディングでは、全体的なコンセンサスを定義することは容易ではありません。 ネットワークのグローバルコンセンサスは何ですか? それは各地域のコンセンサスの結合ですか? 誰もが信頼できるグローバルなコンセンサスを作成するために、これらのローカルなコンセンサスをどこでどのように固定しますか? このような質問に答えるのは簡単ではありません。
シャーディングの実装におけるもう XNUMX つの重要な課題は、クロス シャード通信です。 データベースに関しては、データが異なるシャードに分割されているため、この問題はありません。これにより、実際の問題なしに個別に読み取りまたは書き込みを行うことができます。 コードを実行するブロックチェーン シャードに関しては、これははるかに複雑です。 各シャードは、独自のコードを実行し、別のシャードの状態を参照し、別のシャードでコードを実行できる必要があります。 これは簡単なことではありません。
このシャーディングの難しさは、次の問題にも関連しています。 セキュリティ. この問題は専門家によって研究されており、さまざまなシャーディング スキームが起こりやすいと考えられています。 多くの新しい攻撃形態. まず第一に、それはコンセンサスメカニズムに疑問を投げかけるだけです。 10 個のシャードがあり、マイナーがシャードごとに分散されている場合、10 つのシャードを引き継ぐコストは、ブロックチェーン全体を引き継ぐコストの 51 分の 5.1 になります。 概略的には、XNUMX% 攻撃は XNUMX% に変換されます。 これに対する XNUMX つの解決策は、コンセンサス メカニズムをプルーフ オブ ワークからプルーフ オブ ステークに変更することです。 これが、イーサリアムがプルーフ オブ ステークに移行した主な動機でした。
ソフトウェア設定ページで、下図のように セキュリティ フロント、の効果 マージ 大きく議論されてきました。 上で 地方分権化 前線では、更新された Ethereum コンセンサスは、トークンの所有権がネットワーク制御を決定することを考えると、集中化を支持しました。
イーサリアムの新しいコンセンサスに関して、いくつかのパラメータが中央集権化を促進しました。
- イーサリアム ノードの実行は簡単ではなく、リソースとアップタイムが必要です。 ウォレットがそれを実装してラップトップやモバイルで実行することを単に妨げます.
- 32 ETH のしきい値と、不明な日付までステーキングを解除できないという事実により、Lido と取引所が市場の大部分を占めるプーリングと流動的なステーキングが作成されました。 現在、4 人のアクターが Ethereum ブロックチェーンに賭けられているコインの 55% 以上を管理しています (Lido 29.2%、Coinbase 13.1%、Kraken 7.6%、Binance 6.2%)。
全体として、ブロックチェーン シャーディングはスケーラビリティを向上させるための興味深いアイデアですが、特に全体的なコンセンサスを定義し、効率的なクロス シャード プロトコルを実装する場合は、複雑なアーキテクチャが必要になります。 これらの目標に向けて多くの作業が行われてきましたが、それらを実装してブロックチェーンのトリレンマへの影響を把握するにはまだほど遠い.
救助へのロールアップ
ロールアップは、イーサリアムが実行する複数のトランザクションを XNUMX つのトランザクションに圧縮し、イーサリアムの決済セキュリティを使用して多くのトランザクションをオフチェーンで実行できるようにします。 このアイデアには、主に XNUMX つの実装があります。
- 論争の際にユーザーが詐欺証明を発行できる楽観的なロールアップ
- L2 ネットワークが有効性の証明を発行する ZK ロールアップ。
楽観的なロールアップとファイナリティの問題:
楽観的なロールアップは、最も EVM に見えるロールアップとして設計されています。 ユーザーが不正なトランザクションを送信しておらず、ブロックチェーンへの直接書き込みを許可していると想定しているため、楽観的です。
L2 バリデーターが初期化して、数日以内 (Optimism では 7 日) 以内に行われたオフチェーン トランザクションをチェックできる不正証明を使用するメカニズムがあります。 有効な不正防止は、トランザクション プロセスの不正なステップを特定し、トランザクションの取り消しと承認バリデータへのペナルティにつながります。 これにより、イーサリアムのメインチェーンのセキュリティを維持しながら、トランザクションのスループットが向上します。
ただし、楽観的ロールアップは新たな課題をもたらします。 最終. ブロックチェーンでは、確認されたトランザクションは永続的で元に戻せないと見なされますが、これはコンセンサス メカニズムに依存します。 たとえば、再編成の可能性が低い場合、PoW チェーンはトランザクションを最終と見なし、Bitcoin トランザクションは 6 回の確認後に最終となります。 楽観的なロールアップでは、数日後にトランザクションが取り消される可能性があり、ファイナリティの課題と別のトレードオフが生じます。
別の種類のロールアップ: ZK-Rollups
SNARK や STARK などの Zero-Knowledge Proof (ZKP) テクノロジの使用にちなんで名付けられた ZK-Rollups は、別の種類のロールアップです。 ゼロ知識プロパティは実際には役に立たないため、有効性ロールアップと呼ぶ方が正確な場合があります。
ロールアップはトランザクションのバッチを実行し、トランザクションの最終結果を確認する Ethereum ブロックチェーンのスマート コントラクトによって検証された有効性の証明を生成します。 暗号証明は、ゼロ ナレッジ暗号プリミティブを使用して生成されます。
より広義には、ゼロ知識証明により、一方の当事者 (証明者) が、実際の情報を明らかにすることなく、別の当事者 (検証者) に特定の情報の所有を示すことができます。 証明者は、その内容を知ることなく、証明者のステートメントが真実であることに自信を持つことができます。
もともと機密性のために設計された ZKRollups は、圧縮とトラステッド コンピューティングというまったく異なる目的でゼロ知識証明を使用します。 XNUMX つの主要なゼロ知識テクノロジは、zk-STARK (ゼロ知識のスケーラブルで透過的な知識の議論を表す) と zk-SNARK (ゼロ知識の簡潔で非対話的な知識の議論を表す) です。
L2 のデータ可用性の問題:
これまで見てきたように、ZKP テクノロジは L2 状態の有効性を保証しますが、証明だけでは状態へのアクセスは提供されません。 スループットを向上させるために、実行はオフチェーンに移動されますが、再構築のためにデータに容易にアクセスできる必要があります。 これを実現するために、トランザクション データは Ethereum の呼び出しデータとして送信され、データが将来の再構築に利用できるようになります。 このデータは、IPFS や Arweave などの信頼できる分散ストレージに保存することもでき、誰でも L2 を再構築し、分散ストレージの内部インセンティブを活用できます。
このデータをオンチェーンに保存する機能があればさらに良いでしょうが、データは L2 の状態/真実を再構築するためだけに機能し、実行されないため、ブロックチェーン容量の非効率的で高価な使用になります.
このハードルに対処するために、イーサリアムの開発者は、EIP4488 と EIP4844 の 2 つの EIP を提案しました (混乱を避けるために頑張ってください)。 XNUMX つ目はコール データのガス コストを削減し、XNUMX つ目は LXNUMX データ ストレージの新しいトランザクション タイプを作成します。 このデータは不変で読み取り専用であり、EVM からアクセスできないため、実行できません。
これらの EIP は、まさに ZKRollup ロードマップが実行シャーディング ロードマップと一致する場所であり、どちらも異なる目的のために同じ概念を提案しています。 EIP4488 は重要な L2 データを格納することを目的としていますが、Proto-Danksharding としても知られる EIP-4844 は、Danksharding と実行シャーディングの実装に向けた一歩です。
ダンクシャーディング:
ダンクシャーディングでは、大規模なデータセットを小さな部分に分割して分離と処理を行います。多くの場合は並行して行われます。 この方法は、トレーニング セットが非常に大きくなる可能性があるビッグ データおよび AI 分野で使用されます。
Proto-danksharding (EIP-4844) はシャーディングを実装していませんが、シャーディング可能な安価な通話データ ストレージを提供します。 この安価な通話データ ストレージにより、L2 上の Ethereum のスケーラビリティが大幅に向上し、シャーディングが冗長になる可能性があります。
プロト・ダンクシャーディング:
Proto-danksharding により、Ethereum ブロックチェーンはスケーラブルでない計算とスケーラブルなデータを持つことになります。 そして、ZkRollups は基本的に、このスケーラブルなデータと、スケーラブルではないが信頼できる計算をスケーラブルな計算に変換します。
ブロックチェーンのトリレンマにおける ZKRollups:
ZKRollups には、基盤となるブロックチェーン プロパティを変更することなく、強力なスケーラビリティの利点があります。 オンチェーンでゼロ知識証明を検証することが主な要件ですが、データの可用性はオフチェーンで実装できます。 長期的には、レイヤー 1 がシンプルで安全になり、できれば分散化され、レイヤー 2 がスケーラビリティを提供することが期待できます。
キャッチはどこですか?
L2 は確かに大幅に拡張できます。 それにもかかわらず、オンチェーン (L1 上) で決済するには、L2 の全体的な状態の有効性の証明を作成する必要があり、集中化の問題が発生します。 現在、L2 設計には証明者が 1 つしかないため、トランザクションを検閲できます。 ネイティブ ブリッジが構築されているため、LXNUMX アセットを実際にフリーズすることはできませんでした。 この課題に取り組むための研究が進行中であり、他の当事者が証明を発行できるようにしていますが、これらの証明間の仲裁にはいくつかの難しい問題が残っています. いずれにせよ、これは今後解決すべき重要な問題です。
Starknet はこれを ロードマップ上の重要なトピック、アービトラムは責任を シーケンサー受信箱と遅延受信箱 検閲の場合に資金を回収できるようにするため。
閉じた思考
これまで見てきたように、スケーラビリティはセキュリティと分散化を犠牲にする可能性がありますが、レイヤー 2 ソリューションは、ブロックチェーンのトリレンマの他の側面を損なうことなくスケーラビリティを向上させる最も有望な方法と見なされています。
ZKP テクノロジーを使用した楽観的で妥当性のロールアップは、トラストレスで複雑でパーミッションレスなトランザクションを大規模に可能にすることで、イーサリアムの未来を形作る上で不可欠です。 妥当性ロールアップには、楽観的ロールアップよりも大きな利点があります: 短いファイナリティです。 Ethereum のロードマップは最近、ブロックチェーン レベルでこれらのロールアップをサポートするように変更されました。
ブロックチェーンのスケーラビリティの未来には、レイヤー 2 (または再帰ロールアップ) で実行される複雑な DApps が含まれ、分散型で安全なレイヤー 1 が提供され、事実上無限のスケーラビリティが可能になります。 長期的には、レイヤー 1 が決済レイヤーになり、DApps の複雑さがレイヤー 2 に移行する可能性があります。
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- 情報源: https://www.ledger.com/blog/on-the-future-of-ethereum-charles-guillemet
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