イーサリアム認証メカニズムの未来の発展方向

最近、イーサリアムの共同創設者ビタリック・ブテリンは、イーサリアムプロトコルの未来の発展についての一連の記事を発表しました。これらの記事は、イーサリアムのロードマップの6つの重要な段階、すなわち合併、急増、浄化、エッジ、クリーンアップ、そして拡張をカバーしています。本稿では、第一段階「合併」に焦点を当て、認証メカニズムの潜在的な改善方向と実現方法を分析します。

ヴィタリックは、プルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行がイーサリアムの歴史における最も重要なマイルストーンであると考えています。現在のプルーフ・オブ・ステークシステムは安定して運用されており、性能と分散化の面で優れた成果を示していますが、改善の余地があります。2023年のロードマップは、中央集権的リスクに対処するために、主に技術的特性の最適化と経済メカニズムの調整に焦点を当てています。

! 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

マージフェーズの主な目標

1. 単一タイムスロットの決定性（SSF）を実現する：ブロックの最終確認時間を15分から1つのタイムスロット内に短縮する。

2. 中央集権化を維持しながら、取引の確認と完了の速度を加速する。

3. 単独ステーキングのハードルを下げ、小規模ステーキング者の参加可能性を高める。

4. システムの安定性を強化する。

5. イーサリアムの51%攻撃に対する抵抗能力と回復能力を向上させる。

単一タイムスロットの決定論とステーキングの民主化

現在、イーサリアムのブロック確認には約15分かかり、ステーキングの敷居は32 ETHです。これは、バリデーターの数を最大化し、最終確認時間を最小化し、ノードの運営コストを低減するという3つの目標の間の妥協案です。

理想的には、イーサリアムは経済的最終性を保持しながら2つの目標を達成したいと考えています：

1. ブロックの最終確認時間を1つのタイムスロット（12秒以内）に短縮します。
2. ステーキングの敷居を32 ETHから1 ETHに引き下げる。

これらの改善は、ユーザーにより高い安全保障とより便利な体験をもたらすだけでなく、個別のステーキングのハードルを大幅に下げることにもつながります。

! 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

単一タイムスロットの決定性実装方案

大規模なバリデーターの参加がある中で、単一のスロット確定性を実現し、ノード運営コストを大幅に増加させないために、現在いくつかの主要なソリューションがあります。

1. 改善された署名集約プロトコル：ZK-SNARKs技術を利用して、単一のタイムスロット内で数百万の検証者の署名を処理することが可能になる。

2. Orbit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的な確定を担当し、高い攻撃コストを維持します。

3. 二重ステーキングメカニズム：高い預金要件を持つステーカーが経済的最終性プロセスに直接参加し、低い預金要件を持つステーカーが他の役割を担う。

各方案にはそれぞれ利点と欠点があり、安全性、分散化の程度、技術的な複雑さ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

現在のシステムでは、次のブロックの提案者が予測可能であり、これがセキュリティの脆弱性を引き起こす可能性があります。単一秘密リーダー選挙（SSLE）プロトコルは、暗号技術を使用して各検証者に「ブラインド」検証者IDを作成し、複数の提案者間で再編成と再ブラインド化を行うことで、この問題を解決します。

しかし、シンプルで効率的なSSLEプロトコルを実現することは、特に量子耐性を保証する点で課題に直面しています。将来的には、イーサリアムプロトコルに汎用ゼロ知識証明メカニズムを導入する必要があるかもしれません。SSLEの実装の複雑さを軽減するために。

! 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する（例：12秒から4秒に減少）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。実現方法には次のものが含まれます：

1. 時間の隙間を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する。

しかし、タイムスロットの短縮は検証者の集中化リスクを高める可能性があり、事前確認の方法は平均的な状況を改善することができても、最悪の状況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

量子コンピュータの脅威に対抗する

潜在的な量子コンピュータの脅威に直面して、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、ハッシュまたはその他の量子耐性の代替案を開発する必要があります。これは、認証設計において保守的な仮定を維持することの重要性を強調しています。

まとめ

イーサリアム認証システムの技術進化は多くの課題に直面しています。これらの課題に対処するために、単一時間スロットの最終確定性、ステーキングの民主化、単一秘密リーダーの選挙、より迅速な取引確認、そして量子攻撃に対抗するためのソリューションの開発は、イーサリアムが解決すべき重要な問題です。

技術のアップグレード過程で、イーサリアムチームは継続的に探索と革新を行い、異なる技術的解決策を天秤にかけ、最良の発展経路を見つけるとともに、安全性、性能、及び分散化の程度を向上させます。これらの努力は、イーサリアムエコシステムの長期的な健全な発展のための基盤を築くことになります。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通し分析(1):マージ