イーサリアム認証システムの技術進化の道

イーサリアムの共同創設者Vitalik Buterinは最近、一連の記事を発表し、イーサリアムプロトコルの将来の発展方向について探討しました。これらの記事は、イーサリアムのロードマップの六つの主要部分をカバーしており、この記事ではその第一部 - "The Merge"(合併)に焦点を当て、認証(PoS)メカニズムの改善点と、それをどのように実現するかについて探討します。

Vitalikは、「合併」がイーサリアムの歴史における最も重要なマイルストーンであり、作業証明(PoW)から認証(PoS)への移行を示すと考えています。現在、イーサリアムはPoSシステムとしてほぼ2年間安定して稼働しており、安定性、性能、分散化の面で優れた成果を示しています。しかし、PoSメカニズムには依然としてさらなる最適化が必要な重要な分野があります。

イーサリアム2023年のロードマップは、これらの最適化を2つの大きなカテゴリに分けています: 技術的特性の改善(、例えば安定性、パフォーマンス、そして小規模なバリデーターのアクセスiblity)、そして中央集権リスクに対処するための経済的変革。Vitalikは、このリストが完全ではなく、現在積極的に検討されているいくつかのアイデアであることを強調しました。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通しの分析(1):マージ

マージの主な目的

1. 単一タイムスロットの決定性(SSF): 現在、イーサリアムのブロックは最終的に確定するのに約15分かかります。コンセンサス機構の効率を向上させることで、この時間を大幅に短縮し、ブロックを同一タイムスロット内で提案し、最終的に確定できるようにします。

2. 中央集権化を維持しながら、できるだけ迅速に取引を確認し、完了させる。

3. 単独ステーキングの実行可能性を高め、参加のハードルを下げる。

4. システムの堅牢性をさらに強化する。

5. エーテルの51%攻撃に対する抵抗力と回復能力を強化し、最終性の逆転、防止、検閲を含む。

単一時間スロットの決定性とステーキングの民主化

現在、イーサリアムは2-3のエポック(約15分)でブロックを完了する必要があり、32 ETHを必要とします。これは、ステーキングに参加する検証者の数を最大化し、最終性の時間を最小化し、ノードの運用コストを最小化するという3つの目標の間のトレードオフの結果です。

理想的には、イーサリアムは経済的最終性を保持しながら2つの改善を実現したいと考えています:

1. 1つのタイムスロット(slot)内でブロックの確定を完了し、理想的には現在の12秒の時間を維持または短縮する。

2. ステーキングの敷居を32 ETHから1 ETHに引き下げる。

これらの2つの改善により、より多くのユーザーがより高いレベルのセキュリティ保護の恩恵を受け、単独のステーキングのハードルが大幅に低くなります。しかし、これらの目標はコストの最小化という目標と相反するものであり、これがイーサリアムが最初に単一スロット確定性を採用しなかった理由でもあります。しかし、最新の研究は、いくつかの可能な解決策を提案しています。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通しの分析(1):マージ

単一タイムスロット確定的提案

検証者の数が非常に多い中で、単一の時間スロットの決定論を実現し、ノードの運営コストを大幅に増加させないために、現在いくつかの主要な解決策があります:

1. 改善された署名集約プロトコルは、単一のタイムスロット内で数百万の検証者の署名を処理するためにZK-SNARKs技術を使用する可能性があります。

2. オービット委員会メカニズム: 中規模の委員会をランダムに選出し、チェーンの最終確定を担当させ、高い攻撃コスト特性を保持します。

3. ダブルステーキングメカニズム: 2種類のステーキング参加者を設定し、一方は高い預金要件、もう一方は低い。高レベルのステーキング参加者のみが経済の最終的なプロセスに直接参加します。

各方案にはそれぞれの利点と欠点があり、安全性、分散化、技術的複雑さの間でバランスを取る必要があります。

シングルシークレットリーダー選挙

現在、次のブロックの提案者は事前に知ることができ、これがセキュリティの脆弱性を引き起こす可能性があります。単一秘密リーダー選挙(SSLE)プロトコルは、この問題を解決することを目的としており、暗号技術を使用して各検証者に「ブラインド」検証者IDを作成し、複数の提案者がブラインドIDプールを再構成および再混乱させる機会を持つことを可能にします。

しかし、シンプルで効率的なSSLEプロトコルを実現することは容易ではありません。プロトコルの複雑さを大幅に増加させることなくSSLEを実現する方法や、量子耐性のあるSSLEを設計する方法は、解決すべき課題です。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通しの分析(1):マージ

より速い取引確認

さらにイーサリアムの取引確認時間(を12秒から4秒に短縮する)は、ユーザーエクスペリエンスを大幅に改善し、DeFiプロトコルの効率を高め、L2の分散化に貢献します。主に2つの技術的なアプローチがあります: タイムスロットの時間を短縮するか、提案者が単一のタイムスロット内で事前確認を出すことを許可することです。

しかし、時間間隔を短縮することは、バリデーターの集中化のリスクを高める可能性があります。プレ確認方法は平均確認時間を改善できますが、最悪のシナリオを改善することはできず、プレ確認をどのように奨励するかは依然として解決されていない問題です。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通し分析(1):マージ

量子コンピュータの脅威に対抗する

未来の量子コンピュータの脅威に対処するために、イーサリアムは量子攻撃に対抗する代替ソリューションの開発を積極的に進める必要があります。現在、楕円曲線に依存している各プロトコル部分は、ハッシュまたは他の量子耐性技術に基づく代替ソリューションが必要です。これは、認証設計において保守的な仮定を維持する重要性を浮き彫りにしています。

まとめ

イーサリアムの認証システムの技術進化の道は多くの挑戦に満ちています。これらの挑戦に対処するために、単一タイムスロットの最終的な確実性、ステーク民主化、単一の秘密指導者選挙、より迅速な取引確認、そして量子攻撃に対する代替案の開発は、イーサリアムが解決すべき重要な問題です。

ヴィタリックは「ザ・マージ」アップグレードについて包括的に考察し、さまざまな技術的解決策の組み合わせを提案し、イーサリアムのPoS技術の設計可能性と現在実行可能な技術アップグレードの道筋を探りました。

技術アップグレードの過程において、イーサリアムは継続的に革新を探求し、さまざまな提案の間でバランスを取りながら、最適な発展経路を見つけ、高い安全性、パフォーマンス、そして分散化の程度を実現しています。このプロセスは、イーサリアムコミュニティが技術の進歩を追求する一方で、システムの安定性と安全性を非常に重視していることを示しています。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通し分析(1):マージ