2022年5月20日に開催されたETH上海Web 3.0開発者サミットで、イーサリアムの創設者であるヴィタリック氏は、イーサリアムの合併後の最初の主要なイベントは、プロトダンクシャーディングとして知られるEIP-4844の実装であり、プロトダンクシャーディングは別の一連のアップグレードであり、ダンクシャーディングの別の一連のアップグレードの最初のステップであると述べました。 9月15日に合併が成功裏に完了した後、EIP-4844を含むその後のアップグレードがついに議題になっています。

上海のアップグレードは、イーサリアムの合併後の最初で最も重要なアップグレードであり、おそらく2023年中に正式化される予定のステークETHのロック解除などの重要な項目が含まれます。 2022年11月24日、イーサリアムの開発者はコミュニティミーティングで、EIP-4844を含む8つのEIPが上海のアップグレードの検討に含まれていると述べました。 同時に、Vitalikは再びツイートし、EIP-4844の実装はイーサリアムのレイヤー2料金の大幅な削減の重要なスタートであり、ユーザーが他のCeFi仲介者に依存することなく、オンチェーンアプリケーションを直接使用できるようになります。

では、EIP-4844とは正確には何であり、イーサリアムエコシステム全体にとって何を意味するのでしょうか。 この記事では、これらの質問について詳しく説明します。

シャーディングおよびロールアップベースのスケーリングソリューション

2022年9月に完了したマージは、PoSメカニズムに移行することでイーサリアムのエネルギー消費問題を解決しただけで、イーサリアムネットワークの処理能力不足の問題は解決しませんでした。イーサリアムに真に高い処理パフォーマンスを提供できるのはシャーディングであり、これは後でネットワークに展開されます。 マージフェーズを完了した後、イーサリアムはサージフェーズに入り、シャーディングテクノロジーを利用することでスケーラビリティが大幅に向上します。

出典:ヴィタリックのツイッター

ブロックチェーンの不可能な三位一体によって引き起こされた矛盾を最終的に解決するために、イーサリアムはシャーディングとロールアップ技術を中心とした拡張計画を計画しており、拡張が完了した後、イーサリアムのトランザクション処理能力が大幅に向上し、現在の高額な手数料の問題が解決されます。 シャーディングテクノロジーはレイヤー1スケーリングソリューションですが、ビーコンチェーンはすべての主要なシャーディングチェーンと通信する役割を果たします。 イーサリアムシャーディングチェーンは同型であり、「ビーコンチェーン+シャーディングチェーン」構造全体に加えて、さまざまな構成レイヤー2に接続されています。

この将来のシステムでは、ビーコンチェーンが中核であり、イーサリアム全体にプルーフオブステークを提供し、コンセンサスレイヤーを形成し、他のシャードクロスリンクと同期します。 ビーコンチェーンはネットワークの中心として機能します, 12秒のスロットと32のタイムスロットのエポックを介してネットワーク全体を調整します. さらに、Beacon Chainは、乱数を生成して検証者をシャーディングチェーンに割り当てることにより、すべての主要なシャーディングチェーンに統一されたセキュリティを提供します。 Beacon Chainは、タイムスロットごとに、検証機からブロック提案者となるノードをランダムに選択し、シャーディングチェーンについては、各タイムスロットもブロック提案者を生成します。 タイムスロットごとに、ビーコンチェーンは検証機をタイムスロット間で均等に分配し、タイムスロット検証者の各グループから少なくとも128ノードをランダムに選択して、ブロックを目撃し、ビーコンチェーンブロックとシャードブロックを検証する委員会になります。

シャーディングテクノロジーとは

シャーディング テクノロジは、現在データ シャーディングを指すデータベース シャーディング テクノロジから派生しています。

イーサネットビーコンチェーンは最初に接続するように計画されています 64 フラクショナルチェーン, 控えめに見積もって, イーサネットの64倍の処理能力を持つでしょう 1.0, 最初の計画では, フラクショナルチェーンの数は最大になる可能性があります 1024.

その中で、各大きなシャーディングチェーンは比較的独立しており、イーサリアムアドレスは開始文字に従って複数のクラスに分割されます。 各シャーディングは、同じクラスのアドレスからのトランザクションを処理します。 したがって、各ノードは、イーサリアムネットワーク上のすべてのトランザクションの一部を保存し、責任がある部分のみを検証するだけで済みます。

図:イーサリアムシャーディングの概略図

ノードが他のノードに保存されているデータを使用する必要がある場合、主に他のシャーディングのルートハッシュを取得するためにビーコンチェーンを介して通信および調整できますが、ビーコンチェーンへの大きな負担を避けるために、この通信は6分ごとに実行されます。 同時に、ビーコンチェーンは乱数を生成することによってバリデータをシャーディングチェーンに割り当てるため、ビーコンチェーンは大きなシャーディングチェーンごとに均一なセキュリティを提供します。

シャーディングテクノロジーは、セキュリティを犠牲にすることなくパフォーマンスを大幅に向上させることができます。

シャーディングはロールアップのデータ容量を提供します

データベースシャーディングは、イーサリアムで使用されている現在のシャーディングテクノロジーであり、各シャーディングチェーンはデータ容量のみを提供し、トランザクションの処理やスマートコントラクトの実行には責任を負いません。 レイヤー 2 は、後者の 2 つ、特に主要なロールアップ プロジェクトを処理します。

ロールアップは、トランザクション情報のバッチをトランザクションデータ呼び出しに集約し、定期的にブロックにパッケージ化して、各主要なシャーディングチェーン(レイヤー1)に送信してレコードを完成させます。 現在の計画によると、各シャーディングはロールアップに約 250kB の専用データ容量を提供でき、64 シャーディングは 16 MB の容量を達成できます。 今後使用されるシャーディングが多いほど、ロールアップで使用できるデータ容量が増え、運用コストが低くなります。

ダンクシャーディングとは

2016年にイーサリアムのシャーディングスケーリングソリューションが導入されて以来、関連するシャーディングテクノロジーソリューションは進化しており、最も注目すべき変更の1つは、完全実行シャーディングからより単純なデータシャーディングへの移行です。 Dankshardingは、以前にイーサリアム開発グループによって推進されたスケーリングソリューションであり、グループメンバーであるDankrad Feistにちなんで名付けられ、分散化とセキュリティのバランスをとることを目的としています。

Vitalikらは、将来的には、単一のロールアップ技術が市場全体を占有できず、複数のロールアップが共存する場合、クロスドメインマイナーの抽出可能な価値の機会が存在するため、複数のロールアップの複雑な取引と裁定取引の機会があり、最終的には、MEVを求める少数の人々がブロックチェーン全体の生産ブロックを制御します。

集中型ブロック生産は避けられないため、唯一の解決策は、ブロックビルダーと提案者の役割を分離することであり、これは提案者-ビルダー分離(PBS)ブロックビルダーとして知られており、最大の利益を得るために、ガス料金の観点からトランザクションプールを高から低に分類します。 ブロックビルダーは、利益を最大化するために、トランザクションプール内のブロックビルダーブロックの内容を最高ガス料金から最低ガス料金に注文し、提案者(つまりバリデーター)に入札し、提案者はブロックを作成するために最高入札者のみを選択できます。 ただし、以前のシャーディング設計では、主要なシャーディングとビーコンチェーンがそれぞれ独立して検証されていたため、PBSの実装が妨げられていました。

Dankshardingは、MEVによって引き起こされる中央集権化の傾向に対抗するために、クロスドメインMEV問題を中心にシステムを再設計しました。 ダンクシャーディングでは、ビーコンチェーンにすべてのブロックが含まれ、データは委員会によって統合および認証されます。 この新しい設計により、シャーディングシステムが大幅に簡素化され、レイヤー1とロールアップを直接同期でき、処理のためにシャーディングによってロールアップに提供されるデータ容量が増加し、遅延確認の問題が回避されます。

「応急措置」:プロトダンクシャーディング

ダンクシャーディングはイーサリアムをスケーリングするための「最適なソリューション」になると期待されていますが、実際の実装には多くの技術的および商業的課題があります。 したがって、早期に稼働することでパフォーマンスの問題を一時的に軽減できる一時的な計画が重要です。

イーサリアムの創設者であるヴィタリック・ブテリンは、2022年3月19日にTwitterでEIP-4844、またはプロトダンクシャーディングに関するよくある質問への回答を共有しました。 Vitalikらは、初期のイーサリアムシャーディング設計としてプロトダンクシャーディングを使用して、将来のデータシャーディングへの道を開きながら、ロールアッププロジェクトのデータスペースを増やすことを提案しています。 この提案は、ストレージとメモリに関するイーサリアムネットワークのパフォーマンス要件を減らし、すべてのロールアップ料金を今日のレベルの1%に引き下げる可能性があることが期待されています。

ソース: Twitter@Vitalik.eth

本質的に、プロトダンクシャーディングを含むEIP-4844は一時的な解決策です。 イーサリアムビーコンチェーンのブロックあたりのデータ可用性スペースを16MBに増やすフルデータベースシャーディングの導入前は、EIP-4844はブロックあたりの利用可能なスペースを最大2MBに増やすことができます。 接頭辞「Proto-」は「オリジナル」と「プリミティブ」を示し、Proto-dankshardingはDankshardingが稼働する前の「初期バージョン」を示します。 ダンクシャーディングは技術的な難しさから正式に展開されるまでに数年かかる場合がありますが、できるだけ早く稼働できるプロトダンクシャーディングは、シャーディングの正式な展開前にイーサリアムネットワークのスケーラビリティが不十分であるという緊急の問題を解決できます。 ダンクシャーディングの実装により、イーサリアムのスケーラビリティが新たな高みに引き上げられることが期待されています。

新しい BLOB を運ぶトランザクション

EVMはイーサリアム仮想マシンの略で、その役割はすべてのイーサリアムアカウントのランタイム環境であり、スマートコントラクトはイーサリアムチェーン上にあります。 ガス料金の消費を通じてネットワークに貴重なコンピューティングリソースを展開します。 EVM では、Call データは重要なストレージ リソースであり、Call Data の使用コストは、レイヤ 2 トランザクションで発生するコストのかなりの部分を占めています。 EIP-4844以降、レイヤー2データは高価なコール日付に保存する必要がなくなり、ブロブキャリングトランザクションと呼ばれる一意の形式のブロブデータで保存する必要がなくなりました。

BLOB を運ぶトランザクションは、Vitalik によって以前に提案された新しい形式のトランザクションであり、呼び出しデータの消費量とロールアップの消費量を大幅に削減できます。 BLOB を運ぶトランザクションは、EVM 実行レイヤーからはアクセスできず、検査のみが可能ですが、ユーザーとバリデーターは BLOB データをダウンロードできます。 このため、EIP-4844 はシャード BLOB トランザクションとも呼ばれ、ロールアップはこれらの BLOB 内の領域を使用して圧縮されたトランザクション データを格納します。

ただし、Proto-dankshardingは、将来のデータシャーディング(つまり、 ダンクシャーディング)、そしてプロトダンクシャーディングの更新後でも、イーサリアムネットワークは実際に実行中のシャーディングに接続しません。 Proto-dankshardingでは、すべてのバリデータとユーザーは、完全なデータの可用性を直接検証する必要があります。 その結果、コンセンサスノードの負担を軽減するために、イーサリアムはBLOBデータの保存時間制限(おそらく30〜90日)を設定し、この履歴データは将来BitTorrentまたはIPFSに保存される可能性があります。

結論

出典:eip4844.com

ウェブサイト eip4844.com によると、 EIP-4844には6つの主な利点があります:ロールアップフレンドリー、低ガス料金、前方互換性、ビーコンノードに存在する、ハードディスク使用量の削減、およびBlobデータストレージ時間の短縮。 2023年には、上海のハードフォークのアップグレード後、EIP-4844がETHシステムに正式に配備される予定です。 アップグレードが完了すると、アービトラムやオプティミズムなどのレイヤー2プロジェクトが恩恵を受けることが期待されます。

その時点で、EIP-4844はイーサリアム開発の歴史の中で別の主要なノードになる可能性があり、将来的には完全なシャーディングへの道を開くでしょう。