ダンクシャーディング：イーサリアムのスケーリング

• プロト・ダンクシャーディングは、ダンクシャーディングにおける最初のアップグレードです。

• L2がBLOBを利用できるようになることで、レイヤー2の取引手数料は10分の1に削減されます。BLOBには実行済みの取引データが含まれており、ブロックに添付されます。

• イーサリアムは、従来のシャーディングをロードマップから削除した。ロールアップを、イーサリアムの将来の成功の鍵と位置づけている。

• イーサリアムはデータ可用性レイヤーとなり、完全なダンクシャーディングによって数百のロールアップがスケーリングできるようになります。

• バリデーターはもはやブロックを作成できなくなりますが、MEV利益の取り分は増加します。

「プロト・ダンクシャーディング」の解説：イーサリアムのスケーラビリティ

イーサリアムのスケーラビリティやそれに伴う取引手数料の変動をめぐる懸念は、当然のことながらますます注目を集めています。イーサリアムでの高額な取引手数料に不満を抱く一般ユーザーは、手数料が安い代替ブロックチェーンを模索しています。しかし、レイヤー2（L2）ブロックチェーンなどの革新的なスケーリングソリューションや ロールアップ イーサリアムの高額な手数料の緩和に役立つ。ダンクシャーディングにより、イーサリアムは数百万人のユーザーに対応できるようになる。

ロールアップの重要性

レイヤー2として知られるロールアップは、イーサリアムネットワーク上で動作するオフチェーンのスケーリングソリューションです。 ロールアップでは、その名の通り、トランザクションがまとめて（ロールアップ）され、トランザクションの集合体となります。ロールアップは、郵便サービスを利用して手紙を送ることに例えることができます。1つの宛先に複数の手紙を個別に送ると郵便料金がかさむのと同様に、イーサリアム上で個々のトランザクションを送信すると、ネットワークへの負荷が増大します。しかし、1つのパッケージ、つまり「ロールアップ・プルーフ」に手紙（トランザクション）をまとめて送ることで、手数料を大幅に削減することができます。

ロールアップは、集約されたトランザクションを対応するレイヤー1に送信します。ロールアップは、データの投稿に制限のないあらゆるブロックチェーンと統合する機能を備えています。 本稿では、イーサリアムがロールアップを通じてスケーリングを図る計画であるため、イーサリアムのロールアップに焦点を当てます。イーサリアムをデータ可用性レイヤーとして利用することで、実行処理をイーサリアムからロールアップに移行させることができます。誰でも状態を再構築し、その有効性を確認することで、状態を検証することができます。コンセンサスと決済をレイヤー1に依存することで、ロールアップはイーサリアムブロックチェーンが本来備えるセキュリティ保証の恩恵を受けることができます。一般的なロールアップのアーキテクチャには、 楽観的な そして ゼロ知識 (ZK)ロールアップ。

この処理はバックグラウンドで行われ、ユーザーには見えないようになっています。

ロールアップ技術はすでに大幅なコスト削減を実現しています。スケーリングソリューションとしては、例えば 楽観主義 そして Arbitrum データが有効であると仮定して、すべてのトランザクションを楽観的に実行する。 ユーザーは、悪意のある活動から身を守るために不正検知プルーフを提出することができ、ロールアップ内で改ざんや無効な状態遷移が発生したことを確実に証明できます。不正検知プルーフを提出すると、ユーザーはバリデーターのデポジットの一部を受け取ることができます。ロールアップの数が増えるにつれ、イーサリアムへバンドルを送信する際、L1ユーザーとブロックスペースを奪い合うことになります。この問題に対処し、L2ソリューションのスケーラビリティを確保するため、イーサリアムはまもなく最初のアップグレードをリリースする予定です。 ダンクシャーディング.

拡張性

ヴィタリック・ブテリンによって提唱された「ブロックチェーンのトリレンマ」は、ブロックチェーン設計における根本的なトレードオフです。ブロックチェーンには、スケーラビリティ、セキュリティ、分散化という3つの主要な特性がありますが、このうち2つしか選択できません。イーサリアムの場合、分散化とセキュリティを選択したため、スケーラビリティが制限されました。イーサリアムが分散化とセキュリティを重視していることは、一般消費者向けのハードウェアでも参加できる点や、バリデータープールが 900,000しかし、その代償としてスケーラビリティが犠牲になります。ハードウェア要件やアーキテクチャ設計が簡素化されているため、多数のノードが相互に通信しなければならないことが、スループットを著しく制限してしまいます。

スケーラビリティとは、コストが法外に高くなったり、システムが使用不能になったりすることなく、追加のリクエストを処理する能力のことです。スマートコントラクトとのやり取りには、単なるイーサリアムのネイティブトークンの送金よりもはるかに高い計算負荷がかかります。イーサリアムは、基本的なネイティブ送金のみの場合、理論上の最大処理能力として1秒あたり119.04トランザクション（TPS）を達成できる可能性があります。 スマートコントラクトとのやり取りは、10回以上のネイティブイーサリアム送金に相当する場合があるため、イーサリアムの平均TPSは13です。しかし、EIP-1559がブロック利用率50%を目標としているため、理論上の110という数値は実際には不可能です。現状において、イーサリアムはSolanaのような競合他社よりも優れたスケーラビリティを実現する必要があります。L2（レイヤー2）ソリューションは高いスループットを達成し、ダンクシャーディングの構築を進める中で、イーサリアムのスケーラビリティ向上に貢献できます。

一方、より高性能なハードウェアとノード数を制限して構築されたブロックチェーンは、一般的にスケーリングが容易です。ダンクシャーディングの導入と、手頃な価格のハードウェアへのこだわりを維持することで、イーサリアムは最終的にはロールアップを通じてスケーリングを実現できるでしょう。トラフィックの増加に伴いブロックチェーンが利用不能になってしまえば普及は望めないため、スケーラビリティは重大な課題となっています。

シャーディングとは何ですか？

レイテンシの低い環境とスループットの高いチェーンを構築するための解決策の一つが、シャーディングです。シャーディングとは、ネットワークの負荷を分散させることでパフォーマンスを向上させる、ブロックチェーンで用いられるスケーリング手法です。その仕組みは、複数のシャーディング（チェーン）がトランザクションを実行し、それぞれがネットワークの特定の部分を処理するというものです。各シャーディング内では、バリデーターが担当するチェーンの部分を実行する役割を担います。

ネットワークは、トランザクションを並行して実行することで、1秒あたりの処理件数を増やすことができます。さらに、各シャードが担当するデータのみを扱うため、データの取得速度も大幅に向上します。シャード化は、耐障害性の向上を通じてネットワークにさらなる利点をもたらします。たとえ1つのシャードがオフラインになっても、ネットワーク全体が停止することはなく、他のシャード上で引き続き動作し続けることができます。

しかし、シャーディングでは、ネットワークを分散させることでセキュリティを維持する上で課題が生じます。例えば、100人のバリデーターが10のシャーダに分割された場合、バリデーターが分散しているため、各シャーダが悪意のある攻撃に対して脆弱になる可能性があります。シャーディングに関するその他の懸念事項としては、シャーダ間のデータ移動やシャーダの再バランス調整があり、これらはダウンタイムや不整合を引き起こす可能性があります。

DankShardingとは何ですか？

イーサリアムのスケーラビリティ解決策としてシャーディングには当初大きな期待が寄せられていたものの、セキュリティやシャーディング間の通信、複雑性に関する懸念が大きな障壁となっており、イーサリアムのアーキテクチャに大規模な見直しが必要となっている。複雑さが増すにつれ、イーサリアム財団はロードマップからシャーディングを削除し、代わりにダンクシャーディングを採用した。ダンクシャーディングでは、BLOB（バイナリデータ）を活用することで、ロールアップを介してイーサリアムのスケーリングを実現する。

Blobは、ロールアップから実行されたトランザクションデータを含む新しいトランザクションタイプです。Blobを含むブロックはより多くのデータを格納するため、ノードのストレージ要件が増加します。イーサリアム財団は最適な容量を検討中ですが、現在の仕様ではBlobトランザクションの最大サイズは768KBとなっています。各Blobの最大サイズは128KBであるため、これは1ブロックあたり6つのBlobに相当します。Blob用のメンプールは、 EIP-1559, ブロックあたりの平均ブロブ数は3つとなります。データ可用性サンプリングを活用した長期的なアップグレードにより、ノードはブロブの一部のみをダウンロードしても、すべてのデータが正しいことを検証できるようになります。完全なダンクシャーディングが実現すれば、イーサリアムはスケーラビリティを向上させ、数百のロールアップを処理し、毎秒数百万件のトランザクションを処理できるようになります。

プロト・ダンクシャーディングとは何ですか？

プロト・ダンクシャーディング、 EIP-4844は、イーサリアムの研究者たちにちなんで名付けられた プロトラムダ そして ダンクラッド・フィエスト。 ダンクシャーディングの実現にはまだ数年を要しますが、プロト・ダンクシャーディングは、現時点でイーサリアムのスケーラビリティ向上に寄与することができます。今後さらに数回のテストネットアップグレードを経て、プロト・ダンクシャーディングは2024年第1四半期前半にリリースされる予定です。

プロト・ダンクシャーディングは、レイヤー2（L2）におけるユーザー体験を大幅に向上させるでしょう。例えば： 取引 メインネットでは実行に20～25ドルかかるトランザクションが、ロールアップ上では40セントで済む可能性があります。ネットワークのアップグレード後は、L2データの保存にCALLDATAが使用されなくなるため、手数料はさらに10分の1に削減される見込みです。 これにより、ロールアップは、より高いスループットを持つ他のレイヤー1とようやく競合できるようになるでしょう。プロト・ダンクシャーディングによってL2の手数料が削減され、利用が促進されるとしても、イーサリアムのTPSは向上しないでしょう。

プロト・ダンクシャーディングの仕組み

Proto-dankshardingでは、実行されたトランザクションのデータを含む「ブロブ」が導入されています。これらのブロブは、投稿された暗号的コミットメントと共にブロックに添付されます。このコミットメントは、特定の時点におけるデータへの多項式適合によって導出されるものであり、これらのデータポイントはKZGセレモニーからランダムに生成されます。

イーサリアム財団 説明する KZG式典を次のように：

1. 参加者1は乱数（例：5）を選び、それを使って計算を行う。

2. その計算の結果は参加者2に渡され、参加者2は自身の秘密の入力（例：3）を用いてステップ1を繰り返した後、その結果を参加者1からの出力（例：5x3＝15）と混ぜ合わせます。

3. 参加者が十分集まるまでこの処理が繰り返され、その時点でシーケンスの最後の出力が最終出力となります。

データを検証したい人は誰でも、トランザクションを再実行して結果を比較することで、コミットメントを再計算することができます。その結果が計算結果と一致すれば、そのデータは有効です。KZGセレモニーで生成される数値はランダムでなければなりません。そうでなければ、誰かが特定の点で新しい多項式を生成してデータを変更しても、結果は依然として有効になってしまうからです。

出典：YouTube

Blobの主な用途は、L2を活用してデータストレージのコストを削減し、手数料を低く抑えることです。 独立した手数料市場。しかし、ほとんどのロールアップは、イーサリアム上にデータを一時的に保存するだけで済みます。オプティミスティック・ロールアップは、不正が発生していないことを確認するために最大7日間を要します。一時的な保存により、 システムの肥大化 この問題は生じず、すべての履歴データを保存するサードパーティ製のBlobが利用可能になります。Blobは4096エポック（約18日）経過後はアクセスできなくなりますが、KZGコミットメントは引き続き閲覧可能であり、Blobの検証に利用できる痕跡が残されます。

イーサリアム財団 説明する プロト・ダンクシャーディングとして

現在、ロールアップはトランザクションをCALLDATAに投稿するという仕組みのため、ユーザートランザクションのコスト削減には限界があります。 ロールアップはデータを短期間しか必要としないにもかかわらず、すべてのイーサリアムノードがCALLDATAを処理し、データがオンチェーンに永久に残るため、CALLDATAの使用にはコストがかかります。Proto-Dankshardingでは、ブロックに送信・添付可能なデータブロブが導入されます。これらのブロブ内のデータはEVMからはアクセスできず、一定期間（1～3ヶ月）経過後に自動的に削除されます。

CALLDATAを使用しないことで、ロールアップは、ゼロバイトに対して4ガス、またはゼロ以外のバイト1バイトあたり16ガスを支払う必要がなくなります。BLOBは1バイトあたり1ガスのコストとなるため、ガス代を大幅に削減できます。こうしたコスト削減こそが、ロールアップの主な利点であり、最大のメリットです。

プロト・ダンクシャーディングが稼働すると、すべてのノードが各ブロブをダウンロードする必要があります。真のロールアップのスケーラビリティを実現するため、フル・ダンクシャーディングでは、ノードがブロブデータの一部のみをダウンロードしても、ブロブ全体を検証できるようになります。 データ可用性サンプリングは、フル・ダンクシャーディングの段階で導入される予定ですが、バリデーターが大量のブロブを効率的かつ確実に検証するための重要なメカニズムです。バリデーターがランダムにデータポイントをサンプリングして証明を作成することで、ブロブ全体をチェックする必要がなくなります。もしデータに欠落があれば、そのブロブのコミットメントは異なるものとなります。

消去符号化 データサンプリング時のあらゆる攻撃ベクトルに対処するため、この手法が導入されています。消去符号化は、ブロブの半分がブロードキャストされた場合でも、ネットワーク上の誰もがそれを復元できるようにブロブを符号化します。多項式コミットメントを使用することで、誰もがデータの有効性を容易に証明できます。これにより、悪意のあるシーケンサーがブロブデータの1～49％を隠蔽しようとしても、ネットワークは保護されます。

提案者とビルダーの分離

現在、レイヤー2ソリューションは 10.5% ブロックスペースの。ブロブをメンプールから切り離すことで、ネットワークへの負荷はさらに軽減されます。ブロブは別のメンプールを使用することになり、ブロックビルダーにとっては新たな障壁となります。現在、ブロックビルダーは、トランザクションの選択や順序付けの戦略を活用してブロックの構成を最適化し、可能な限り高い経済的価値を獲得しようと競い合っています。proto-dankシャーディングが稼働した後は、ブロックビルダーは2つのプールを管理し、それぞれでガス制限を調整する必要があります。

Dankshardingには、プロポーザーとビルダーの分離（PBS）も含まれます。 現在、イーサリアムのバリデーターはブロックを構築し、ネットワークにブロードキャストしています。バリデーターはパブリック・メンプールから手数料が最も高いトランザクションを選択することもできますが、MEV-boostに参加して、チップが追加された既成のブロックを受け取ることも可能です。MEV（最大抽出可能価値）を受け入れることで、バリデーターはパブリック・メンプールを使用する場合に比べて2.83倍のブロック報酬を得ることができます。

PBSはこれをさらに発展させ、検閲を緩和し、MEVの分配比率を高めることでバリデーターの収益を増加させます。PBSが稼働開始すると、バリデーターはブロックを作成できなくなります。バリデーターはブロックビルダーからブロックを受け取るのみとなります。また、バリデーターはブロックの中身を確認できず、手数料が最も高いブロックのみを確認できます。このため、MEV提供者は、自分のブロックが選ばれるよう、バリデーターへのMEV分配比率を高めるインセンティブが働くことになります。

今後の展望

ダンクシャーディングの実現にはまだ数年を要しますが、イーサリアムは現在、プロト・ダンクシャーディングによってスケーラビリティを向上させることができます。CALLDATAが使用されなくなるため、ロールアップのデータ保存コストは大幅に低下するでしょう。BLOB形式の一時ストレージを活用することで、イーサリアムの取引手数料は少なくとも10分の1に削減されます。エンドユーザーはレイヤー2（L2）上で手数料の削減という大きな恩恵を受けることになりますが、イーサリアム本体の取引にはほとんど、あるいは全く影響を与えない可能性があります。

ロールアップからの実行済みトランザクションデータを含むBLOBは、各ブロックに添付することができます。EVMはこれらのBLOBにアクセスできず、これらは4096エポックごとに削除されます。イーサリアムのドキュメントによると、BLOBは1ブロックあたり1つから始まり、完全なダンクシャーディングが実現すれば最大64個まで拡張される予定です。しかし、最近の テスト コア開発者たちの議論によると、1ブロックあたりのブロブ数は最大4～6個に設定される見込みだ。ブロブに添付された暗号学的「コミットメント」により、データを解析することなくシームレスに検証が可能となる。また、これらのコミットメントは、ブロブがネットワークから削除された後も残存する。バリデーターが独自にブロックを作成できなくなるため、ブロック生成者はより専門化が進むだろう。バリデーターは個々のブロックの中身を直接確認できなくなるため、最も価値の高いブロックを選択することになり、間接的にMEVのシェアが増加することになる。

待望の「Proto-DankSharding」アップグレードは、2024年第1四半期にイーサリアムメインネットへの導入が予定されています。2024年1月17日にはGoerliテストネットへの展開が成功しており、他のテストネットへの展開も間もなく行われる予定です。シャード化はロードマップから削除されましたが、Proto-DankShardingは、低コストのL1チェーンとの競争力を維持するために、イーサリアムL2チェーンにとって不可欠なアップグレードです。

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