イーサリアム認証システムの未来の発展方向

イーサリアム共同創設者のヴィタリック・ブテリンは最近、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ました。これらの記事は、イーサリアムの発展ロードマップの6つの主要な部分をカバーしており、合併、拡張、クリーンアップ、認証、簡素化、そして改善が含まれています。本記事では、ロードマップの第一部である合併に焦点を当て、認証メカニズムにおいてどのような改善点があるか、そしてそれらの改善をどのように実現するかを探ります。

ヴィタリックは、「マージ」がイーサリアムの歴史の中で最も重要な出来事の一つであり、プルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行を示していると考えています。現在、イーサリアムはプルーフ・オブ・ステーク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、プルーフ・オブ・ステーク機構にはまだ重要な分野でのさらなる改善が必要です。

! 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

2023年のイーサリアムのロードマップは、改善を2つの側面に分けています: 1つは技術的な特性の改善、例えば安定性、性能、そして小型バリデーターのアクセス可能性の向上; もう1つは、集中化リスクに対処するための経済メカニズムの変革です。ヴィタリックは、このロードマップは完全に網羅的なものではなく、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と指摘しています。

マージの主な目的

1. 単一タイムスロットの決定性を実現する: ブロックの最終確定時間を15分から1タイムスロット内に短縮する。

2. 中央集権を維持しながら、できるだけ迅速に取引を確認し、完了させる。

3. 独立したステーキング者の実現可能性を高める。

4. システムの堅牢性を向上させる。

5. イーサリアムの51%攻撃に対する抵抗能力と回復能力を強化する。

! 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、イーサリアムのブロックは最終的に確定するのに約15分かかり、ステーキングを行うには32 ETHが必要です。これは、ステーキングの参加率を最大化し、最終確定時間を最小化し、ノードの運用コストを最小化するという3つの目標の間でバランスを取るためです。

理想的には、イーサリアムは経済的な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内(理想的には12秒以内またはそれより短い)でブロックの最終確定を完了します。

2. ステーキングの閾値を32 ETHから1 ETHに引き下げます。

この2つの点を実現することで、より多くのユーザーがより高度なセキュリティ保護の恩恵を受け、さらに多くの独立したステーキング者の参加をサポートします。

しかし、これらの二つの目標はコストを最小化する目標と対立しています。最近の研究では、いくつかの可能な解決策が提案されています:

1. 改善された署名集約プロトコル、例えばZK-SNARKs技術を使用すること。

2. オービット委員会メカニズム: ランダムに選ばれた中規模委員会がチェーンの最終決定を担当します。

3. ダブルステーキングメカニズム: 高低2つのレベルのステーキング者を設定し、それぞれ異なる責任を負う。

各方案にはそれぞれの長所と短所があり、安全性や非中央集権の程度などの観点から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ることができ、これにはセキュリティ上のリスクがあります。解決策は、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、その後、複数回のシャッフルと再ブラインド化を通じて提案者の情報を隠すことです。

しかし、シンプルで効果的な単一の秘密リーダー選挙プロトコルを実現することは簡単ではありません。この目標を達成するために、プロトコルの複雑さを過度に増加させることなく、どのように実現するかは、まださらなる研究が必要です。

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、ユーザー体験が大幅に向上し、DeFiプロトコルの効率が向上し、L2の非中央集権化に寄与します。実現方法には主に2つの方法があります:

1. インターバル時間を8秒または4秒に短縮します。

2. 提案者が単一のタイムスロット内で事前確認を発表することを許可します。

しかし、タイムスロットを短縮することは、バリデーターの集中化を引き起こす可能性があります。一方、事前確認の方法は平均的な包含時間を改善することができるものの、最悪のケースを改善することはできず、事前確認をどのように促進するかは依然として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分析(1):マージ

量子攻撃に対する耐性

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案の積極的な開発が必要です。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案が必要です。これが、イーサリアムが認証設計において保守的な性能仮定を採用している理由の一つでもあります。

まとめ

イーサリアム認証システムの技術進化は多くの課題に直面しています。単一スロットの最終確定性、ステーキングの民主化、単一の秘密リーダー選挙、より速い取引確認、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る必要がある重要な問題です。

ヴィタリックは「合併」アップグレードについて包括的に考察し、さまざまな技術ソリューションの組み合わせを提案し、認証技術の設計の可能性と実行可能な技術のアップグレードパスを探求しました。技術のアップグレードプロセスでは、イーサリアムは革新を探求し続け、異なるソリューションの間でトレードオフを行い、より高い安全性、パフォーマンス、分散化のレベルを実現するための最良の発展パスを見つけ出します。

! 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