執筆者: Tia, Techub News

昨日、タイのDevconのメインステージで、ETH研究者のJustin Drakeが講演形式でBeam Chain提案を初めて行いました。Beam ChainはJustinによるETHの合意層の再設計提案であり、これによりBeacon Chainのさらなるアップグレードが行われ、ETHの最終ビジョンに向けてさらなる進展が行われます。本文では、Beam Chain提案の改善目標とその関連技術の概要を紹介します。

共識層を再設計しても、Beam Chainは引き続きETHトークンを使用し、新しいトークンを発行することはなく、新しいネットワークを発行することもありません。

なぜBeam Chainを提案するのですか？

ETH坊には3つのレベルがあります：実行レベル、blob データレイヤー、および共有レベル。実行レベルはETH坊で取引を処理し、スマートコントラクトを実行する部分であり、アプリケーションの状態とロジックを直接管理します。blob データレイヤーは大量のデータを保存し、アプリケーションが必要とする長期データの保存に関わります。これらの2つのレベルは直接アプリケーションと対話するレベルであり、いかなる変更もこれらのレベルの互換性に直接影響を与えます。

コンセンサスレイヤーは、主にネットワーク全体のノード間でデータのコンセンサスを確保する役割を担っており、アプリケーションの状態やデータを直接処理することはありません。 この間接性により、アプリケーションに直接影響を与えることなく、イノベーションやアップグレードを比較的簡単に導入できます。 その結果、Beam Chainの提案のようなコンセンサスレイヤーの改善は、フロントエンドアプリケーションレイヤーの互換性を損なうことなく、イノベーションの余地を提供することができます。

さらに、Beacon Chain は5年前の設計であり、非常に古くなっています。5年間で、市場はBeacon Chainのいくつかの誤りについて充分に認識し、MEVに対する理解もさらに深まっています。ちょうどSNARK技術も進歩し、それに乗じてETHのビーコン共識レイヤーを一連の修復を行っています。

Beam Chain プロジェクトの目標

目標は3つのパートに分けることができます：ブロック生産、ステーク、暗号学。

ブロック生産の目標は3つありますが、主にMEVに関連しています：1つは、インクルージョンリストなどを使用して検閲耐性を高める計画です。2つは、アテスタープロポーザーセパレーションやオークションの実行などを採用して、バリデータをブロック生産から分離する方法です。3つは、より速いスロットを実現し、スロット時間を4秒まで短縮することです。

ステーク部分の目標は、現在の発行曲線を改善し、ステークの閾値を32 ETHから1 ETHに引き下げて、高速な最終性を実現することです。

暗号学の目標は、zkVMなどを使用してチェーンをsnarkificationすること；ETHブロックチェーンのセキュリティを維持し、数十年または数百年にわたって続くようにすること；およびMinRoot VDFなどを使用して強力なランダム性を維持することです。

これらの目標の達成方法について、Justin はこれらの目標を2つのカテゴリに分類しました。緑色の部分は段階的にフォークの形で完了し、赤色の部分は一括して同時に完了すべきです。

snarkifacation（zk-SNARKs技術を使用してデータまたは計算を証明すること）を例にとると、リアルタイムな証明を実現するには、ハッシュ関数、署名方法、およびシリアライゼーションとMerkle化などのシステム全体の構造的な調整が必要です。署名方法は高速に生成し、検証を完了する必要があり、複雑なデータ構造をノード間で転送および保存するためにシリアライゼーションが必要であり、シリアライゼーション後のデータをMerkle Tree処理する必要があります。これにより、ゼロ知識証明がデータを検証可能な形式にフォーマットし、状態を効率的に検証するための要件が満たされます。

ZK化ビームチェーン

これまでイーサリアムのコンセンサスはPOWからPOSに変更されていましたが、Beam Chainの仕組みでは、コンセンサスがさらにアップデートされ、フルZK、つまりコンセンサスレイヤー全体にSNARKが適用されます。

チェーンスナーキフィケーション

強調すべきは、snarkifiedされた部分は状態遷移に存在するだけであり、一部の基本的な計算（トランザクションや状態遷移の前に行われるコンセンサスメカニズムの論理計算）、ネットワークレイヤー（ノード間の通信とデータ転送）、キャッシュ管理、パフォーマンス最適化はZKの影響を受けずに変わらず維持されます。

Beam Chainの実装コード（たとえば、GoまたはRustで書かれたBeam Chainのコアロジックとコンセンサスアルゴリズムコード）の主な作業は、コードをzkVMが理解できる形式に変換することです。Beam Chainの実装コードがzkVMのコード形式にコンパイルされると、zkVMはこれらのコードを実行し、ブロックチェーンの外部入力を読み取り、状態の変換プロセスの正当性を検証し、ゼロ知識証明を生成することができます。

zkVM はzk-SNARKsを実行する仮想マシンの環境であり、特定形式のコードを理解し、ゼロ知識証明を検証するためにコードをzkVM実行可能形式にコンパイルするプロセスには、高水準言語（例：GoやRust）を低レベルまたは中間形式（例：RISC-V命令セット）に変換し、zkVMで実行することが含まれるかもしれません。

現在、RISC-VはzkVMの業界標準となっています。現在、7社がRISC-V zkVMを提供しています。

アテステーション****スナーク化

snarkを使用する別の部分は、アグリゲータブルな署名（aggregatable signatures）であり、複数のバリデータとattestersの署名を圧縮して、多くの署名を1つの単一の検証可能な証明にまとめるプロセスです。

私たちはポスト量子融合署名のセキュリティ（量子攻撃に耐えること）を望んでいますので、ハッシュ関数を使用することが予想されます。ハッシュ関数はポスト量子セキュリティレベルを持ち、暗号システムの基本コンポーネントや基本モジュールとして使用することができます。ハッシュベースのsnarksを使用すると、数千の署名を1つの証明に圧縮することができます。これがポスト量子融合署名です。さらに、このポスト量子融合署名は無限に再帰的であり、複数の融合署名をさらに融合することで、より高い圧縮効率を達成することができます。これは従来のBLS署名の融合に比べて大幅に向上しています。

数ヶ月の間に、snark化されたハッシュ関数技術は大幅に向上し、ノートパソコンで証明を迅速に生成し、秒間約200万回のハッシュ操作の証明を完了できます。このパフォーマンスの向上により、後で量子セキュリティの聚合署名スキームが現実的なものとなり、効率的で量子耐性のある暗号化が可能になりました。

さらに、snark化されたBeam Chainによって、元々複雑だった検証、ストレージ、計算プロセスが圧縮され、これにより、libp2p、ssz、pyspec、protocolguildなどのBeacon Chainに直接使用できなかった基盤設備が実現されるようになりました。

タイムラインプランニング

時間軸の計画では、Justin は 2025 年に仕様を策定し、2026 年に構築し、2027 年にテストを行う予定です。現在、2つのチームが BEAM Chain コンセンサスクライアントを開発する意向があります。1つはインドの Zeam lambda で、もう1つは南アメリカに拠点を置く Lambda です。