イーサリアムの取引確認時間を最適化する方案についての検討

ブロックチェーンユーザーエクスペリエンスの重要な側面の一つは、迅速な取引確認時間です。近年、イーサリアムはこの分野で顕著な進展を遂げました。EIP-1559とPoSへの移行による安定したブロック生成時間のおかげで、L1で送信された取引は通常5〜20秒以内に確認され、基本的にクレジットカード決済の体験に匹敵します。しかし、ユーザーエクスペリエンスをさらに改善することには依然として価値があり、特定のアプリケーションではサブ秒レベルの遅延が必要です。本稿では、イーサリアムが取引確認時間を改善するためのいくつかの実行可能なオプションについて探ります。

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先行技術の概要

単スロット最終性

現在、イーサリアムのGasperコンセンサスは単一のスロットとエポックのアーキテクチャを採用しています。12秒ごとに1つのスロットがあり、一部のバリデーターがチェインヘッドに投票します。32のスロット内ですべてのバリデーターが1回投票する機会があります。これらの投票は、PBFTコンセンサスアルゴリズムに似たメッセージとして再解釈され、2つのエポック後に強い経済的保証のある最終性を提供します。

近年、この方法に対する不満が高まっており、主に2つの理由があります。1つ目は複雑性が高く、スロット間の投票メカニズムとエポック間の最終性メカニズムの間に多くの相互作用の問題が存在することです。2つ目は、12.8分の最終性時間が長すぎることです。

単槽最終性（SSF）は、Tendermintに似たメカニズムによってこのアーキテクチャを置き換え、ブロックNはブロックN+1が生成される前に最終的に確定します。Tendermintとの主な違いは、「非アクティブ漏洩」メカニズムを保持しており、1/3以上の検証者がオフラインの時でもチェーンが継続して動作し、復旧することを許可します。

SSFの主な課題は、各ステーキング者が12秒ごとに2つのメッセージを発信する必要があり、チェーンに巨大な負荷をかけることです。最近のOrbit SSF提案のような緩和策もありますが、ユーザーが5〜20秒待たなければならないという事実は変わりません。

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ロールアップ事前確認

イーサリアムは近年、rollupを中心としたロードマップに従い、L1をデータの可用性や他の機能をサポートする基盤層として設計し、L2プロトコルが利用できるようにしています。これにより、エコシステム内での関心の分離が生じています：L1は検閲抵抗、信頼性、コア機能の改善に焦点を当てているのに対し、L2はより直接的にユーザーのニーズに応えています。

理論的には、分散型ソートネットワークの構築はL2の責任です。小さな検証者のグループは数百ミリ秒ごとにブロックに署名し、これらのブロックのヘッダーをL1に公開する可能性があります。しかし、すべてのL2に分散型ソートを要求するのは公平ではないように思われます。なぜなら、これは新しいL1を作成することに相当するからです。

基本事前確認

基礎の前提として、イーサリアムの提案者は高度に複雑なMEV参加者である。 この方法は、これらの提案者が事前確認サービスを提供する責任を受け入れるように奨励することで、その複雑性を利用する。

その基本的な考え方は、標準化されたプロトコルを作成することです。ユーザーは、取引が次のブロックに即座に含まれる保証を得るために追加料金を支払うことができ、実行結果に対する声明も受け取ります。提案者が約束に違反した場合、没収されます。

このメカニズムはL1取引にのみ適用されるのではなく、"ベース"のロールアップにも事前確認を提供することができます。

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今後の展望

単一スロットの最終性が実現され、Orbitのような技術を使用して各スロットの検証者数が減少したと仮定します。スロットの長さは16秒に増加する可能性があり、その後、ユーザーにより迅速な確認を提供するためにロールアップの事前確認または基礎的な事前確認を使用します。最終的に、エポック-スロットアーキテクチャが得られるかもしれません。

epoch-slotアーキテクチャは避けられないように思えます。なぜなら、何かについて大まかな合意を得るのに必要な時間は、最大限の「経済的最終性」合意を得るのに必要な時間よりも少ないからです。理由には、ノードの数とノードの「質」が含まれます。

現在のイーサリアムでは、12秒のスロットが3つのサブスロットに分割されています。検証者の数を大幅に減らすと、2つのサブスロットに減少し、8秒のスロット時間を使用する可能性があります。専門化されたノードのサブセットに依存して近似合意を達成する場合、約2秒までさらに短縮される可能性があります。

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L2ポリシーの推奨事項

L2には現在、3つの合理的な戦略があります:

1. 技術的にも精神的にも"イーサリアム"を"基に"し、その基盤技術属性と価値観を最適化する。
2. "ブロックチェーンの足場を持つサーバー"となり、サーバーの効率を最大限に活用しつつ、オンチェーンの利点を得る。
3. 妥協案：約100のノードを持つ高速チェーン、イーサリアムは追加の相互運用性とセキュリティを提供します。

特定のアプリケーションに対して、12秒のブロック生成時間は十分です。他のアプリケーションに対しては、唯一の解決策はエポック-スロットアーキテクチャです。重要な問題は、イーサリアムのネイティブなエポック-スロットアーキテクチャがどれだけ優れているかであり、これが他のソリューションの意義に影響します。

現在、これらの問題の最終的な答えにはまだ遠いです。ブロック提案者の複雑さには依然として大きな不確実性が存在します。Orbit SSFのような新しい設計はさらなる探求に値します。私たちが持つ選択肢が多ければ多いほど、L1およびL2のユーザーにより良いサービスを提供し、L2開発者の作業を簡素化することができます。

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