イーサリアムプロトコル技術アップグレード展望：The Merge篇

2022年10月以来、イーサリアムの共同創設者は、イーサリアムの未来の発展に関する一連の構想を提案し、6つの主要な側面を含んでいます：The Merge、The Surge、The Scourge、The Verge、The Purge、そしてThe Splurge。本稿では、第一部であるThe Mergeに焦点を当て、ステークプルーフメカニズムの潜在的な技術改善とその実現経路について探ります。

! 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

The Mergeはイーサリアムの歴史において最も重要なマイルストーンの一つと見なされており、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象徴しています。約2年の運用を経て、プルーフ・オブ・ステークシステムは安定性、パフォーマンス、分散化の面で優れた成果を示しています。しかし、まだいくつかの重要な分野でさらなる最適化が必要です。

2023年のイーサリアムの技術ロードマップ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、パフォーマンス、そして小型バリデーターのアクセス可能性の向上です。もう一つは、経済メカニズムの調整を通じて中央集権化リスクに対処することです。

The Mergeの主な目的

1. 単一タイムスロット確定性（SSF）の実現：ブロックの最終確定時間を約15分から単一タイムスロット内に短縮します。

2. 中央集権化を維持しながら、取引を最速で確認し、完了する。

3. ステーキングのハードルを下げ、独立したステーキング者の参加の実現可能性を高める。

4. システム全体の堅牢性を向上させる。

5. イーサリアムの51%攻撃に対する抵抗力と回復力の強化、最終性の逆転の防止、ブロックと検閲の阻止。

単一タイム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の最終確定には2〜3エポック（約15分）が必要で、最低ステーキングのハードルは32 ETHです。これは、バリデーターの数を最大化し、最終確定時間を最小化し、ノードの運用コストを削減するという3つの目標の間でバランスを求めるためです。

理想的には、イーサリアムは経済的最終性を維持しながら2つの改善を実現することを望んでいます：

1. ブロックの最終確定時間を単一のスロット（12秒以内）に短縮します。
2. 最低ステーキングのハードルを32 ETHから1 ETHに引き下げる。

これらの改善により、より多くのユーザーがより高いレベルのセキュリティ保護の恩恵を受けることができ、独立したステーキングの実現可能性が大幅に向上します。しかし、これらの2つの目標を達成することは、ノードの運営コストを増加させるため、イーサリアムが当初単一スロット決定性を採用しなかった理由でもあります。

! 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

単一スロット決定論的スキーム

多数のバリデーターがいる場合の単一タイムスロットの決定性の問題を解決し、ノードの運用コストが高くなりすぎないようにするために、現在いくつかの主要なソリューションがあります:

1. サインアグリゲーションプロトコルの最適化：ZK-SNARKs技術を利用して、単一のスロット内で数百万のバリデーターのサインを処理することが可能です。

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択してチェーンの最終決定を担当させ、高い攻撃コストを維持しつつノードの負担を軽減します。

3. ダブルステーキングメカニズム：高レベルと低レベルの2種類のステーキング者を設定し、高レベルのステーキング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、非中央集権、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。

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予測可能であり、これがターゲット型DoS攻撃を引き起こす可能性があります。単一秘密リーダー選挙プロトコルは、暗号技術を使用して各バリデーターに"ブラインド"バリデーターIDを作成し、複数の提案者がIDプールを再構成および再ブラインド化できるようにして、この問題を解決します。

しかし、シンプルで効果的な単一秘密リーダー選挙プロトコルを実現することは、特にプロトコルの簡潔さと量子耐性を維持する点で挑戦を伴います。

! 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

より速い取引確認

取引確認時間をさらに短縮（例：12秒から4秒に短縮）することで、ユーザー体験が大幅に改善され、DeFiプロトコルの効率が向上します。主に2つの技術的アプローチがあります：

1. 時間間隔を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公開することを許可します。

しかし、隙間時間を短縮することは、バリデーターの集中化リスクを高める可能性があり、事前確認方法は平均確認時間を改善できるものの、最悪の状況でのパフォーマンスを最適化することはできません。

! 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

潜在的な量子コンピューティングの脅威に直面して、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、ハッシュまたは他の量子耐性ソリューションに基づいた代替案を開発する必要があります。これは、ステークプルーフ設計において保守的な性能仮定を採用する合理性を強調しています。

まとめ

イーサリアムのステーク証明システムの技術進化は多くの課題に直面しています。単一時隙の最終確定性、ステーキングの民主化、単一秘密指導者の選挙、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、すぐに解決が必要な重要な問題です。

イーサリアムチームは、さまざまな技術的解決策を検討し、最適な発展の道を見つけるために積極的に探求し、革新しています。これにより、より高い安全性、性能、そして分散化の程度を実現します。このプロセスは、イーサリアムエコシステムの発展と改善を引き続き推進します。

! 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