ブロックチェーンは拡張できない: 少なくともまだ拡張できないが、希望はある (3)

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(ID: lanhubiji)、著者: Preethi Kasireddy、翻訳: Xinxin、許可を得て複製。ブロックチェーンは拡張できない: 少なくともまだだが、希望はある (1)》、《前回の記事の続き「》

ブロックチェーンは拡張できない: 少なくともまだだが、希望はある (1)

ブロックチェーンは拡張できない: 少なくともまだだが、希望はある (パート 2)

シナリオ #5: プラズマ

プラズマは最近導入され、ブロックチェーンのスケーラブル コンピューティングの問題に対する最も有望なソリューションの 1 つです。プラズマは本質的に、ルート チェーン (つまり、イーサリアム メイン チェーン) 上で実行される一連のスマート コントラクトです。ルート チェーンは、「不正証明」と呼ばれるメカニズムを通じて、プラズマ チェーンの状態の正当性を保証します。 (注: 不正証明は、数学的証明によってブロックの正当性を判断するメカニズムです)

出典: プラズマ白書

ブロックチェーンはツリー状の階層構造に編成されており、各ブランチは独自のブロックチェーン履歴とマップ削減可能な計算情報を含むサブチェーンです。これらの子チェーンを「プラズマ ブロックチェーン」と呼び、それらはすべて特定のブロックチェーンに属します。

出典: プラズマ白書

Plasma ブロックチェーンは、チェーンのコンテンツをルート チェーン (イーサリアムなど) に公開しません。代わりに、ブロック ヘッダーのハッシュのみがルート チェーンにコミットされ、ブロックを検証するにはこれで十分です。不正行為の証拠がルート チェーンにコミットされた場合、ブロックはロールバックされ、ブロックの作成者はペナルティを受けます。言い換えれば、ビザンチン条件下でのみデータをルート チェーンにコミットします。したがって、ルート チェーンは子チェーンからの少数の送信のみを処理するため、ルート チェーンに送信されるデータの量が減り、より多くの計算が可能になります。

出典: プラズマ白書

さらに、データは特定の状態を検証したいノードにのみ伝播されます。これにより、すべてのノードがすべてのチェーンを監視する必要がなくなり、コントラクトの実行がよりスケーラブルになります。彼らは自分たちの経済的利益に影響を与えるチェーンを監視するだけでよく、それによって正しい行動を強制し、詐欺行為を罰することができます。不正証明により、あらゆる当事者が違法なブロックを報告できるようになり、すべての状態遷移が確実に検証されます。さらに、特定のチェーンで攻撃が発生した場合、参加者はこの信頼性の低いサブチェーンから迅速かつ低コストで抜け出すことができます。

出典: プラズマ白書

プラズマは、オフチェーン トランザクションの処理においてステート チャネルの実装 (ライトニング ネットワークなど) にある程度似ている可能性があります。状態チャネルと Plasma の主な違いは、Plasma では状態を更新するためにすべての参加者がオンラインである必要はないということです。さらに、参加者はトランザクションを実行および確認するためにルート チェーンにデータを送信する必要がありません。 Plasma の独創的な部分は、ライトニング ネットワークのようなステート チャネル タイプのスキームが高速支払いのための主要なインターフェイス層になることができ、Plasma は最小限のルート チェーン状態の送信を通じて状態の更新を維持できることです。

出典: プラズマ白書

この計画には複雑な詳細が数多くありますが、それについては次の記事で引き続き掘り下げていきたいと思います。

最初のレベルのタイトル

シナリオ #6: オフチェーン計算 (TrueBit など)

Truebit のソリューションの例。オフチェーン コンピューティングを使用してイーサリアム スマート コントラクトにスケーラブルなトランザクションを実装します。基本的に、状態チャネルと同様に、TrueBit はブロックチェーンの外側のレイヤーを使用して集中的な計算を実行します。

つまり、このシステムでは、以前にオンチェーンで実行された高価なトランザクションが、検証可能な方法でオフチェーンで実行されます。そのワークフローは次のとおりです。参加するすべてのノードの代わりに、「ソルバー」と呼ばれるネットワーク内の特別な参加者がスマート コントラクトの計算を実行し、問題の結果を送信し、一定のデポジットを支払います。

検証ゲームは次のように行われます。ネットワークには、ソルバーの作業をオフチェーンでチェックする「検証者」と呼ばれる参加者がいます。バリデーターがエラー通知を発行しない場合、システムは結果を受け入れます。検証者がソルバーの結果の正しさに異議を唱える場合、ゲームはブロックチェーン上で多くのラウンドを実行して異議を調停し、ネットワーク内の限られたコンピューティング リソースを持つ「審判」がすべての異議を裁定します。システム アーキテクチャにより、オンチェーンでレフェリーが実行する作業は、実際にオフチェーンで実行されるタスクと比較して簡単なものになります。

画像の説明

出典: プラズマ白書

TrueBitが提案するオフチェーンコンピューティングフレームワークの大まかなブロック図

文章

要約すると、このプロトコルを使用すると、誰でもコンピューティング タスクを送信でき、タスクを完了すると誰でも報酬を受け取ることができ、システムのインセンティブ構造により、返される結果の正確性が保証されます。計算と検証のプロセスをイーサリアムから別のプロトコルに移行することで、イーサリアムのガス制限に制約されることなく、大量の計算を処理するシステムの能力を拡張できます。

文章

その他のブロックチェーン スケーリング ソリューション

暗号通貨コミュニティでは他にもいくつかの興味深いスキームが浮上しています。これらのソリューションは、スケーラビリティを解決することを直接目的としたものではありませんが、間接的にいくつかのスケーラビリティの問題を簡単に解決できます。プルーフ オブ ステーク: プルーフ オブ ワークと同様に、プルーフ オブ ステークは二重支出を防止することでブロックチェーンのセキュリティをサポートするコンセンサス メカニズムです。従来のプルーフ・オブ・ワークベースのブロックチェーンでは、マイナーは計算負荷の高い問題を解決するために競うことによってブロックチェーン・データの整合性を維持し、プルーフ・オブ・ワークの数学的パズルを解くことで報酬を受け取ります。

この時点で、トランザクションを検証するために CPU の計算能力が使用されます。CPU の計算能力が高いほど、ネットワーク全体に影響を与える能力の割合が高くなります。プルーフ・オブ・ステークでは、ステークホルダーはコンピューティング能力ではなく「ドル」（イーサリアムのイーサ）を使用して投票します。

これは具体的にどのように機能するのでしょうか?

ブロックチェーンは、「バリデータ」と呼ばれる特定の検証ノードを追跡します。バリデータは、ブロックの検証に参加できるようにするためにセキュリティ担保（「ステーキング」と呼ばれます）を提供する必要があります。バリデーターがプロトコルによって暗号的に「違法」と証明されたものを生成した場合、そのステークとコンセンサスプロセスに参加する特権は剥奪されます。コンセンサスの結果に賭けた場合、担保と取引手数料を取り戻すことができます。

実際、バリデーターは最終的なコンセンサスに正しく賭けてお金を稼ぐことができますが、間違って賭けた場合はお金を失います。 Proof of Work に似ているのは、各マイナーが受け入れられるブロックにハッシュ パワーを賭けていることです。システムを欺くために間違った賭けを選択した場合、生成したブロックは孤立し、お金を失うことになります。

プルーフ・オブ・ステークのコンセンサスアルゴリズムにはさまざまな種類があり、バリデーターに報酬を分配するためのさまざまなメカニズムもありますが、この記事では詳しく説明しません。

プルーフ・オブ・ステークはどのようにスケーラビリティを向上させますか?

一例として、シャーディングとの併用があります。シャーディングと Proof-of-Work を併用すると、セキュリティを保証することが困難になります。シャーディングを使用すると、バリデーターの責任が複数のノードに分散されるため、各ノードがすべての作業を処理する必要がないことを思い出してください。

ただし、Proof-of-Work は完全に匿名になるように実装されているため、単一のシャードにマイナーのハッシュ パワーのほんの一部しか含まれていないため安全である場合でも、攻撃者はそのハッシュ パワーのすべてを攻撃に使用できるという問題が発生します。シャードを攻撃し、ネットワーク全体に挑戦します。たとえば、A と B という 2 つのシャードがあるとします。

A はハッシュ パワーの 90% を持ち、B は 10% を持ちます。 A は、B を攻撃するために、総ハッシュ パワーの 5.1% を使用するだけで済みます (大部分の 51% の攻撃により)。イーサリアムの現在のプルーフ・オブ・ステーク提案は、その設計によりバリデーターが特定のアイデンティティ（つまり、イーサリアム・アドレス）を持つことになるため、このすべてを変えることになる。

それらのアイデンティティを知ることで、バリデーターのセット全体からいくつかのノードをランダムに選択してシャード上の任意のトランザクションのセットを処理することで、このタイプの標的型攻撃を解決できます。これにより、攻撃者が特定のシャード攻撃をターゲットにすることができなくなります。

プルーフ・オブ・ステークがスケーラビリティー (特にイーサリアム) を向上できるもう 1 つの理由は、ブロックを検証するマイナーに新しいトークンを発行するプルーフ・オブ・ワークとは異なり、プルーフ・オブ・ステークではバリデーターがトランザクション手数料のみを獲得できる可能性が高いことです。したがって、検証サーバーが対応する負荷に耐えることができる場合、ブロックの「ガス制限」を増やすインセンティブがあります (より多くのトランザクションを各ブロックに含めることで、より多くのトランザクション手数料を獲得できるため)。

バリデーターは、他のバリデーターが許容できるポイントまでしかガス制限を増やすことができないことに注意してください。そうしないと、他の遅いバリデーターが同期を中止するため、報酬が減少します。

ブロックチェーンリース

もう一つのイーサリアム特有のソリューションは「ブロックチェーンリース」です。ブロックチェーン リースは、ネットワーク上に保存されるデータ量を削減することでトランザクション数の高速化に役立つソリューションです。イーサリアムでは、ユーザーはコンピューティングステップ、メモリ、トランザクションログ、永続ストレージの料金を支払います。これらのリソースのほとんどは、合理的なインセンティブで支払われますが、ストレージはそうではありません。

現在のシステムでは、ユーザーは保存されたバイト数に対してのみ料金を支払います。ただし、実際には、ストレージはブロックに永続的に保持されるため、他のリソースとは異なると主張できます。代わりに、ブロックチェーンのリース提案では、ストレージ消費量を「バイト x 時間」として定義しています。このようにして、ネットワークを軽量に保ち、トランザクション数を減らすためのインセンティブがプロトコルに組み込まれます。

ネットワークを軽量に保つもう 1 つの方法は、Swarm のような分散ストレージ サービスを使用することです。 Swarm は、イーサリアム上のピアツーピア ファイル共有プロトコルです。アプリケーション コードとデータをメイン チェーンから Swarm ノードに移動できます。これらのノードはイーサリアムのメイン チェーンに接続され、これらのデータをメイン チェーンと交換します。

ここでの基本的な前提は、ノードはブロックチェーン上にすべてを保存するのではなく、ローカルで頻繁に要求されるデータのみを保存し、その他のデータは Swarm を通じて「クラウド」に置くということです。

出典: プラズマ白書

結論は

他にも多くのオプションがありますが、簡潔にするために (この記事はすでに非常に長いです)、ここでは説明しません。

結論は

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このトピックは非常に複雑ですが、この記事でブロックチェーンのスケーラビリティがなぜ重要なのか、そしてそれにどのように対処できるのかを全体的に理解していただければ幸いです。これは決して完全なリストではないため、研究が進むにつれてこのトピックを追跡し続けます。個人的には、スケーラビリティに対する完璧な答えがあるかどうかは非常に懐疑的です...しかし、いくつかのアプローチを組み合わせることで最終的にこの問題を解決し、ブロックチェーン アプリケーションを前進させることができると信じています。

いつものように、私が間違っている場合は遠慮なく修正してください。あるいは、コメントで（合理的な）議論を始めてください。ブロックチェーンを楽しんでください！