イーサリアム認証システムの未来発展方向

イーサリアムの共同創設者Vitalik Buterinは最近、イーサリアムプロトコルの将来の発展に関する一連の記事を発表し、イーサリアムのロードマップの6つの重要な段階をカバーしました。本記事では、ロードマップの第一部「The Merge」に焦点を当て、認証(PoS)メカニズムの潜在的な技術的改善およびその実現方法について探ります。

イーサリアムが作業証明(PoW)から認証(PoS)への移行を完了してから約2年が経ち、PoSシステムは安定性、性能、そして分散化の面で優れた成果を示しています。しかし、まださらなる最適化が必要な重要な領域がいくつかあります。

イーサリアム2023年の発展計画は主に二つの側面に焦点を当てています。一つは技術的特性の改善、例えば安定性、性能、そして小型検証者のアクセス可能性の向上です。二つ目は経済モデルの調整を通じて中心化リスクに対応することです。

! 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

"ザ・マージ"の主要な目的

1. 単一スロットの決定性(SSF)を実現：ブロックの最終確認時間を15分から1スロット内に短縮します。

2. 中央集権化を維持しながら、取引の確認と完了の速度を最大化する。

3. 単独ステーキングのハードルを下げ、小規模ステーキング参加者の参加可能性を高める。

4. システム全体の堅牢性を強化する。

5. イーサリアムの51%攻撃に対する耐性を向上させること、最終性の逆転を防ぎ、阻止し、検閲を行うこと。

単一タイムスロットの確定性とステーキングの民主化

現在、イーサリアムのブロック確認には約15分かかり、ステーキングの敷居は32 ETHです。これは3つの目標間のトレードオフの結果です：

• ステーキング参加者数を最大化する
• 最終確認時間の最小化
• ノードの運用コストを最小化する

理想的には、イーサリアムは経済的最終性を維持しつつ、2つの改善を実現したいと考えています。

1. ブロック確認時間を1つのタイムスロット（12秒以内）に短縮する
2. ステーキングの敷居を32 ETHから1 ETHに引き下げる

これらの改善は、ユーザーにより高いセキュリティとより便利な参加機会をもたらします。しかし、これらの目標を達成するには、ノードのコスト増加という課題に直面しています。

! 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の決定論的スキーム

大規模なバリデーターの参加におけるノードのコスト問題を解決するために、現在いくつかの代替案があります：

1. ZK-SNARKs技術を使用するなど、署名集約プロトコルを最適化します。

2. Orbit委員会メカニズム：中規模の委員会をランダムに選択してチェーンの最終確定を担当させ、高い攻撃コストを維持します。

3. デュアルステーキングメカニズム：高いステーキング閾値と低いステーキング閾値を設定し、高い閾値のステーキング参加者のみが経済の最終性プロセスに直接参加します。

各プランにはそれぞれ利点と欠点があり、安全性、分散化、技術的実現可能性の間でバランスを取る必要があります。

! 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

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られる可能性があり、これにはセキュリティのリスクがあります。単一秘密リーダー選挙(SSLE)プロトコルは、暗号技術を通じて提案者の情報を隠し、ブロック生成時にのみ明らかにすることを目的としています。しかし、十分にシンプルで効果的なSSLEプロトコルを実現することは依然として課題です。

より速い取引確認

取引確認時間を12秒から4秒に短縮することで、ユーザーエクスペリエンスとDeFiプロトコルの効率が大幅に向上します。主に2つの技術ルートがあります：

1. 隙間時間を8秒または4秒に短縮する
2. 提案者が単一のタイムスロット内でプレ確認を発表することを許可する

しかし、隙間時間を短縮することは、検証者の集中化リスクをもたらす可能性があり、事前確認方法は最悪の状況下での性能を改善することが難しい。

! 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

量子コンピューティングの脅威に対する耐性

潜在的な量子コンピュータの脅威に直面して、イーサリアムは現在の楕円曲線に依存するプロトコル部分のために、ハッシュやその他の量子耐性の代替案を開発する必要があります。これもイーサリアムが認証設計において保守的である理由の一つです。

まとめ

イーサリアム認証システムの技術的進化は多くの課題に直面しています。これらの課題に対処するために、単一スロットの最終的な確定性、ステーキングの民主化、単一の秘密リーダーの選出、より迅速な取引確認、そして量子攻撃に対する代替策の開発は、イーサリアムが解決すべき重要な問題です。

技術のアップグレードの過程で、イーサリアムチームは異なる技術ソリューションを検討し、最適な発展経路を見つけるために探求と革新を続けており、より高いセキュリティ、性能、そして非中央集権の程度を実現しています。

! 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