イーサリアムの合併後の時代における15の概念は、イーサリアム2.0をより深く理解するのに役立ちます

9月15日北京時間14時42分頃、イーサリアムは正式に合併を完了した。イーサリアムはブロック高 15537393 でマージ メカニズムをトリガーし、高さ 15537394 の最初の PoS ブロックを生成しました。イーサリアムのコンセンサスは、正式に PoW メカニズムから PoS メカニズムに切り替わりました。

イーサリアムは合併後の時代に入りました。 Ethereum 2.0 についてどれくらい知っていますか?この記事では、15 の概念を使用して、それを深く理解できるようにします。

1. ビーコンチェーン

ビーコン チェーンは、Ethereum 1.0 に Proof of Stake を導入し、Ethereum 1.0 と並行して実行されます。ビーコン チェーンは、コーディネーション レイヤーとも呼ばれます。

ビーコン チェーンには次の機能があります。

• バリデーターへの責任の割り当て

• 確認チェックポイント

• プロトコルレベルの乱数ジェネレーター (RNG) の実装

• ビーコンチェーンの運用を容易にする

• フォークチェーンヘッドを決める投票

2. スロット

32 スロット = 1 エポック

1 スロットは 12 秒間続き、その間にランダムに選択されたバリデーターがブロックを提案します。各スロットにはブロックが含まれる場合と含まれない場合があります。すべてのバリデータは複数の委員会に分かれており、1 つ以上の個別の委員会が各スロットの検証を担当します。委員会内の 1 人のバリデータがアグリゲータとして選出され、他の 127 人のバリデータが検証を実行します。各エポックの後、さまざまな委員会のバリデーターが混合され、新しい委員会に統合されます。各委員会には少なくとも 128 人のバリデーターがいます。

3. エポック

1 エポック = 32 スロット

1 エポックは 32 スロットを表し、約 6.4 分かかります。

エポックは、バリデーターキューとファイナリティに関して重要な役割を果たします。

4. 預託契約

デポジット コントラクトは、Ethereum 1.0 のスマート コントラクトから Ethereum 2.0 へのゲートウェイです。

スマート コントラクトは、最低 1 ETH と有効な入力データを持つすべてのトランザクションを受け入れます。

Ethereum 2.0 ビーコン ノードはデポジット コントラクトをリッスンし、入力データを使用して各バリデータ ノードを信頼します。

5. 入力データ

入力データ (入金データとも呼ばれる) は、ユーザーが生成した 842 文字のシーケンスです。

これは、バリデータ公開鍵と、バリデータ秘密鍵によって署名された引き出し公開鍵を表します。入力データは、ビーコン チェーンによって認識されるためには、トランザクションおよびデポジット コントラクトに追加する必要があります。

6. バリデーター

バリデーターは、Ethereum 1.0 チェーン上のバリデーター預託契約に 32 ETH を預託する必要があります。バリデータ オペレーターはバリデータ ノードを実行する必要があります。バリデーターの責任は、ブロックを提案し、証明書に署名することです。バリデーターは、プラスのリターンを受け取るために、少なくとも半分の時間オンラインである必要があります。

アクティベーション対象およびアクティベーション予定日

バリデーターのアクティベーション待ちに関連する用語の説明は以下を参照してください。保証金は、ETH2 チェーン上で「有効化条件を満たしている」としてタイムスタンプが付けられています。アクティブ化を待機しているバリデータのキューがある場合は、推定アクティブ化タイムスタンプを計算する必要があります。

7. ユニークインデックス

各バリデーターは独自の一意のインデックスを受け取ります。

8. 現在の残高と有効残高

現在の残高は、バリデーターが現在保有している ETH の量を示します。有効残高は現在の残高から計算された値を表し、バリデータが受け取る報酬またはペナルティのサイズを決定するために使用されます。有効残高は 32 ETH を超えることはできません。

有効残高を増やすには、バリデーターに「有効残高 + 1.25 ETH」が必要です。つまり、有効残高が 20 ETH の場合、有効残高 21 Ethereum を得るには、現在の残高が 21.25 ETH 必要です。上記の例に示すように、有効残高はしきい値 0.25 を下回ると調整されます。

実効残高がどのように変化するかの例を次に示します。

• 現在の残高が 32.00 ETH の場合、有効な残高は 32.00 ETH になります。

• 現在の残高が 22.00 ETH から 21.76 ETH に減少した場合、有効な残高は 22.00 ETH になります。

• 現在の残高が 22.25 ETH に増加し、有効残高が 21 ETH の場合、有効残高は 22 ETH に増加します。

9. スラッシャー

スラッシャーは独自のエンティティですが、証明を受信するにはビーコン ノードが必要です。

バリデータによる悪意のある動作を検出するために、スラッシャーはスラッシング攻撃が発見されるまで受信したすべての証明を反復処理します。

発見されたスラッシングはネットワークにブロードキャストされ、次のブロック提案者がその証明をブロックに追加します。ブロック提案者は悪意のあるバリデーターを削減することで報酬を得ます。

ただし、殺人者は報われない。

処罰対象となる犯罪

証明違反

• 二重投票: バリデーターが同じエポックで 2 つの矛盾する証明書に署名します。

• ラップアラウンド投票: バリデーターは、別の証明を囲む証明に署名します。

提案者違反

• 二重ブロック提案: ブロック提案者が同じスロットに対して 2 つの競合するブロックに署名します。

10. 証明

ブロックの有効性を検証する認証者による投票。

11. ブロック提案者

ビーコン チェーンによって選択されたバリデーターが次のブロックを提案します。各スロットには有効なブロックが 1 つだけ存在できます。

12. ブロックステータス

• 提案されたブロック: ブロックは検証を通じてバリデーターによって提案されます。

• 提案ブロック (スケジュール済み): バリデーターがデータを送信しています。

• 失敗/スキップ: 提案者が指定された時間内にブロックを正常に提案しなかったため、ブロックは失敗しました。

• 孤立: この用語を理解するために、次の図を見てみましょう。ここで、1 ～ 9 の数字はスロットを表します。

1. スロット1のバリデータはブロック「a」を提案します。

2. スロット2のバリデータはブロック「b」を提案します。

3. バリデーターがブロックを提案しなかったため（オフラインなど）、スロット 4 が失われました。

4. スロット5/6でフォークが発生しました。バリデーター(5)がブロックを提案しましたが、バリデーター(6)は関連情報を受信しませんでした(たとえば、ブロックがバリデーターに十分な速さで到達しなかったなど)。そこでバリデータ（6）はバリデータ（3）から得た最新の情報に基づいてブロックを提案します。

5. ここでは、フォーク選択ルールが重要な役割を果たします。このルールにより、利用可能なチェーンのうちどのチェーンが標準チェーンであるかが決定されます。

13. バリデータライフサイクル

（１）預託証拠金

32 ETHがETH1デポジット契約にデポジットされました。この状態は約 7 時間続きます。これにより、ETH1 チェーンが攻撃された場合にセキュリティが確保されます。

（２）アクティベーション待ち

ETH2 でのアクティベーションを待機しています。

バリデーターがバリデーターキューに入る前に、他のアクティブなバリデーターによって投票される必要があります。投票は4時間ごとに行われます。

• ネットワーク内に 327,680 のアクティブなバリデーターが存在するまで、エポックごとに 4 つのバリデーターをアクティブ化できます。アクティブなバリデーターが 65536 (=4 * 16384) 増えるごとに、バリデーターのアクティブ化率は 1 ポイント増加します。

• その後、各エポックで 5 つのバリデータをアクティブ化できますが、これには 327,680 のアクティブなバリデータ、つまり 1 日あたり 1,125 のバリデータが必要になります。

• エポックごとに 6 つのバリデータをアクティブ化するには、393,216 のアクティブなバリデータ、つまり 1 日あたり 1,350 のバリデータが必要です。

• エポックごとに 7 つのバリデータをアクティブ化するには、458,752 のアクティブなバリデータ、つまり 1 日あたり 1,575 のバリデータが必要です。

• エポックごとに 8 つのバリデータをアクティブ化するには、524,288 のアクティブなバリデータ、つまり 1 日あたり 1,800 のバリデータが必要です。

• エポックごとに 9 つのバリデータをアクティブ化するには、589,824 のアクティブなバリデータ、つまり 1 日あたり 2,025 のバリデータが必要です。

• エポックごとに 10 個のバリデーターをアクティブ化するには、655,360 個のアクティブなバリデーター、つまり 1 日あたり 2,200 個のバリデーターが必要です。

• アクティベーションの数は、アクティブ化されたバリデーターの数に応じて増加し、アクティブ化されたバリデーターのセットを 64,000 で割った値に制限されます。

（３）アクティブバリデーター

現在確認・提案されているブロック（=ブロック提案者）

バリデーターは次の期間までアクティブのままになります:

• 残高が16 ETH未満（ネットワークから追い出された）

• 自主退会

• 没収

（4）スラッシュバリデータ

バリデータは悪意のあるバリデータであり、罰金が科せられ、システムから追放されます。

ペナルティは、負の報酬（オフラインなど）です。

スラッシュは重大なペナルティ（賭けた残高の1/32以上）であり、強制退出となります… .—— ジャスティン・ドレイク

（５）バリデーターの終了

• ネットワークから追い出されました: バリデーターの残高がしきい値を下回ったため、ネットワークから追い出されました。

• ネットワークからの退出: 自発的な退出。出金キーの所有者は、対応するバリデータ残高の現在の残高を引き出すことができます。

14. 最終決定

Ethereum 2.0 では、少なくとも 3 分の 2 のバリデータが正直でなければならないため、競合する 2 つのエポックがあり、3 分の 1 のバリデータが悪意を持って行動することを決定した場合、そのバリデータは罰せられます。正直な人は報われるでしょう。

エポックが確定したかどうかを判断するには、バリデーターが最新の 2 つのエポックに連続して同意する (=「証明済み」) 必要があり、その後、以前のすべてのエポックが確定したと見なすことができます。

最終的に確認されたエポックと、9月5日北京時間19時26分現在処理中のエポック

15. 最終性の問題

エポックの投票率が 66.6% (= 参加率) より低い場合、そのエポックを確立することはできません。 「ファイナリティ」の概念で述べたように、ファイナリティを達成するには 3 つの連続した証明済みエポックが必要です。チェーンがこの状態に到達できない限り、ファイナリティの問題が存在します。

ファイナリティ発行期間中、バリデーターキューは一時停止され、新しいバリデータはネットワークに参加できませんが、残高が 16 ETH 未満の非アクティブなバリデータはネットワークから排除されます。これにより、ネットワークがより安定し、参加率が高まります。