Ethereum 2.0 テクノロジーの簡単な分析: ビーコン チェーンとシャーディング

7月31日を過ぎたころ、時価総額で2番目に大きい暗号通貨であるイーサリアムが5周年を迎えました。イーサリアムが発展し続けるにつれて、社会のあらゆる分野でイーサリアムへの注目も高まっています。ユーザーとアプリケーションの継続的な増加により、Ethereum 2.0 への要望も高まっています。

Ethereum 2.0とは何ですか?

Ethereum 2.0 は Ethereum の代替として計画されています。

DeFiなどのプロジェクトの急速な台頭により、イーサリアムの取引量は急増し続けており、取引手数料は引き続き上昇し、取引時間も増加し続けています。一般的に、現在の Ethereum 1.0 は、ユーザーの使用および開発のニーズを満たすことができなくなりました。

今年4月、ビーコンチェーンはジェネシスブロックを作成し、「フェーズ0」テストが正式に開始されました。イーサリアム2.0ネットワークのローンチコーディネーターであるダニー・ライアン氏も、イーサリアム2.0の最終テストネットワークが8月初旬に正式にテストを開始する予定であることをフォーラムで予備的に発表した。これは、Ethereum 2.0 がもうすぐ登場することを意味します。

Ethereum 2.0 の設計目標は次のとおりです。

図1

1. 効率が多少低下しても、シンプルにする

2. 大規模なネットワーク分割が発生し、ほとんどのノードがオフラインになっても生き残る

3. 量子コンピューティングに耐性のあるコンポーネントを選択するか、将来的に量子耐性のあるコンポーネントに置き換えることができるコンポーネントを使用する

4. 暗号化技術を使用し、バリデータが単位時間あたりにより多くのブロックに参加できるようにする

5. あらゆるコンシューマーグレードのPCがシャーディング処理に参加できるようにする

これらの目標を達成するために、Ethereum 2.0 ではビーコン チェーン、シャーディング、POS、eWASM などのテクノロジーが使用されます。まず、下の図に示すように、Ethereum 2.0 が完全に実装されたらどのようになるかを見てみましょう。

図2

Ethernet 2.0 全体は 4 つのレイヤーに分かれています。

1. POW メインチ​​ェーン層：つまり、Ethereum 1.0 の単一チェーン。基礎として、Ethereum 1.0 から 2.0 への移行中に、Ethereum 1.0 の価値 (Ether) が徐々にビーコン チェーンに移行されます。 Ethereum 2.0 への移行が完了すると、シャードチェーンとして使用される可能性もあれば、そのまま保持され続ける可能性もあります。まだ結論は出ていません。

2. ビーコン チェーン レイヤー: このレイヤーは、最終的にはシャード チェーンの管理レイヤーとなり、シャード チェーンの管理とシャード チェーン間の相互通信への参加を担当します。移行段階では価値の移転も必要になります。

3. シャーディング チェーン レイヤー: 64 個の異なるチェーンが同じビーコン チェーンと通信し、データを保存し、コントラクトを実行します。各チェーンは Ethereum 1.0 に相当します。

4. 仮想マシン層: スマート コントラクトを実行するための実行環境である eWASM 仮想マシンは、シャード上に構築されます。

イーサリアム2.0の主要技術

ブロックチェーンの不変性や脆弱性の影響の大きさ（The DAO）などの特性を考慮すると、Ethereum 1.0から2.0への移行期間は約2年かかり、段階的に実施されることになります。

フェーズ 0: 主にビーコン チェーンと Ethereum 1.0 での部分的な値の転送を実現します。

フェーズ1：主にシャーディングを実装し、ブロックチェーン1.0上のデジタル資産をシャーディングに着実に移行する

フェーズ2: 主にeWASM仮想マシンを実装する

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…

フェーズ2の具体的な実装はまだ不明であるため、フェーズ0とフェーズ1の技術的な実装に関する簡単な分析を主に行います。

ビーコンチェーンとPOS

ビーコン チェーンは、POS (Casper FFG) メカニズムに基づく単一のブロックチェーンです。

Casper FFG コンセンサスを実装する場合、「バリデーター」と「プロポーザー」の 2 つの役割が定義されます。ノードが「バリデータ」になりたい場合は、Ethereum 1.0 のスマート コントラクトに少なくとも 16 ETH を誓約する必要があります。スマート コントラクトがイベントをトリガーし、ビーコン チェーンがイベントを検出し、アドレスを「バリデータ」リストに追加します。

ビーコン チェーンは、タスクを実行するためにシャードに「バリデータ」をランダムに割り当てます。ブロックを生成するとき、ビーコン チェーンは「バリデータ」から「提案者」をランダムに選択します。 「提案者」がブロックを提案し、それが「検証者」によって検証されます。ビーコン チェーンは、すべての「バリデータ」と「プロポーザ」を監視します。タスクを誠実に完了すると、報酬が与えられます（マイニングに相当）。悪意のある行為を行った場合、約束した ETH は没収されます。

ビーコン チェーンを実装する場合、ビーコン チェーンに保存されるデータが定義されると、シャード チェーン上のワールド状態が定義されます。シャード チェーン上のワールド ステートが変化すると、ビーコン チェーン上に新しいブロックが生成されます。次の図に示すように、ビーコンチェーンに記録されたシャードのワールドステートのみが不可逆なブロックデータとして認識されます。(青はビーコンチェーン、緑はシャードチェーン、黄色はビーコンチェーンによって確認されたシャードチェーンブロックを表します)

図3

シャーディング

シャードは異なるサブブロックチェーンです。

シャーディングの実装は実際にはアドレスに基づいています。ここでは、0x00 で始まるアドレスをシャード 1 として定義し、0x01 で始まるアドレスをシャード 2 として定義すると仮定できます。このようにして、16 * 16 = 256 個のシャードを持つことができます。

ビーコン チェーンによってノード 1 がシャード 1 に割り当てられると、ノード 1 は 0x00 で始まるアドレスを持つトランザクションのみをパッケージ化して取引し、他のアドレスで始まるトランザクションは直接破棄されます。このようにして、異なるシャードが抽象化され、ブロックチェーン全体が抽象的に異なるシャードに分割されます。

イーサリアム 2.0 の展望

Ethereum 2.0 は Ethereum 1.0 とはまったく異なるシステムとなり、今後数年以内に正式にリリースされる可能性があります。ブロックチェーンの新しい波をよりよく歓迎するためには、Ethereum 2.0 が正式にリリースされる前にその機能的特徴を理解しておく必要があります。