イーサリアム認証システム:未来の発展方向

作業証明から認証への移行は、イーサリアムの歴史の中で最も重要なマイルストーンとなりました。近2年間の運用を経て、認証システムは安定性、性能、及び分散化の面で素晴らしい成果を示しています。しかし、依然としてさらなる改善が必要な重要な分野がいくつか存在します。本稿では、イーサリアムの認証システムにおける今後の技術的改善の方向性について探討します。

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シングルスロット最終性とステーキングの民主化

現在、イーサリアムは約15分で1つのブロックを最終確認する必要があり、最低ステーキングスロットは32 ETHです。これは、バリデーターの数、完了時間、ノードのコストをバランスさせるための妥協です。理想的には、私たちは以下の2つの目標を達成したいと考えています:

• 1つのタイムスロット内で(12秒以内またはそれより短く)ブロックの最終確認を完了する
• 最低ステーキングのハードルを1 ETHに引き下げる

これらの目標を達成する上での主な課題は、経済的最終性を維持しながら、大量の検証者がもたらすコストの増加にどのように対処するかということです。現在、いくつかの可能な解決策があります:

1. 改善された署名集約プロトコル、例えばZK-SNARKsなどの技術を利用する。

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、最終確認を担当し、同時に経済的最終性を保持する。

3. 二層のステーキングメカニズム: ステーキング者を高低の二つのレベルに分け、高いレベルの者のみが経済的最終性に直接参加する。

4. 現状を維持する。

各種のソリューションにはそれぞれ利点と欠点があり、安全性、分散化、効率の間でバランスを取る必要があります。可能な解決策には、上記のソリューションの組み合わせも含まれます。

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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ており、これにはセキュリティ上のリスクがあります。攻撃者はターゲットとなる検証者に対してDoS攻撃を仕掛けることができます。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、暗号技術を通じて次のブロック提案者の身元を隠します。

SSLEは理論的には可能ですが、実際の実施にはいくつかの課題があります:

• プロトコルの複雑さを過度に増加させることなくSSLEを実現するにはどうすればよいか
• どのように十分に効率的な量子耐性SSLEソリューションを設計しますか

もう一つの選択肢は、他の方法(、例えばP2Pレベルの対策)を通じてDoSリスクを軽減することであり、SSLEを実施しないことです。

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取引確認の迅速化

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が大幅に改善されるでしょう。主に2つの技術的アプローチがあります:

1. インターバル時間を8秒または4秒に短縮する。
2. 提案者がタイムスロット内で事前確認を発表することを許可する。

この二つの方法にはそれぞれ利点と欠点があります。スロット時間を短縮することは中央集権的なリスクを増加させる可能性がありますが、プレ確認方式は平均確認時間を改善できるものの、最悪のケースを改善することはできません。さらに、プレ確認をどのように奨励するかも解決すべき問題です。

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その他の研究の方向性

1. 51%攻撃の回復: ソーシャルレイヤーへの依存を減らし、回復プロセスをできるだけ自動化する。

2. 法定人数の閾値を引き上げる: 最終確認に必要な支持率を67%から80%に引き上げ、安全性を強化する。

3. 量子耐性:量子コンピュータ技術の進展に伴い、楕円曲線に依存するプロトコル部分のために、ハッシュまたは他の量子耐性の代替案を開発する必要があります。

これらの改善方向は、イーサリアムの認証システムの安全性、効率、及び分散化の程度をさらに強化することを目的としています。しかし、各改善は複数の目標との間でのバランスを取る必要があり、最終的に決定するためにはコミュニティにおいて深い議論と研究が必要です。

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