PoW から PoS へ、イーサリアムの進化の道程

WanChain のグローバル副社長である Li Ni 氏は、PoS イーサリアムは DPoS メカニズムよりも民主的で分散化されていると考えています。 PoW よりも大きな利点があることが証明されれば、多くの新しいプロジェクトが Fork の手法を直接採用して PoS に変換する可能性があります。

「一方で、イーサリアムがPoSを実装した後は、tpsが大幅に改善され、一部のプロジェクトがEOSやTRONから方向転換し、再びイーサリアムを採用するようになるでしょう。」とLi Ni氏も予測しましたが、イーサリアムのブロック生成の速度はそうではありません。必然的に、EOS 21 スーパーノードと同じくらい効率的になります。

イーサリアム イエロー ペーパーの翻訳者であるヤン ジェン氏は、イーサリアムのコンセンサス メカニズムの変換は、主に tps 問題を解決するためのメイン ネットワークの拡張に相当し、今これを行うのは少し難しいと考えています。

「長時間の対話と処理時間を必要とするアプリケーション シナリオを考慮した場合、すべての計算ステップをメイン ネットワーク上で実行する必要がありますか?」

「以前は、誰もが白熱した議論をしていました。第 2 層ネットワークを拡張するには、トランザクション要件を伴う多数の計算を別の第 2 層ネットワークに配置する必要があります。プロセスの検証は、メイン ネットワークに配置できます。ネットワークの証拠。」

副題

キャスパーのオリジナルデザイン

パブリックチェーンについて議論する場合、コンセンサスアルゴリズムの中核となる概念を回避することはできません。 2013 年には、PoS アルゴリズムはイーサリアムのホワイト ペーパーに記載されていませんでした。

「ビットコインのブロックチェーンモデルは非常に初歩的ですが、十分に優れていることが実践で証明されています。今後5年間で、ビットコインは世界中の200以上の通貨とプロトコルの基礎となるでしょう。」

これはイーサリアムのホワイトペーパーの一節ですが、イーサリアムは最初からビットコインブロックチェーンのPoWワークロードプルーフメカニズムを採用しています。

ビットコインのプルーフ・オブ・ワークは、大量の計算能力を消費してブロック検証を生成するための合理的な乱数を見つけることです。

Vitalik 氏の見解では、PoW は「トラフィック」を混雑させ、エネルギーを浪費するだけでなく、徐々に集中化に向かって進んでいます。

なぜなら、マイニングの難易度が高まるにつれて、ASIC プロフェッショナル マイニング マシンのアプリケーションが登場し、ASIC プロフェッショナル マイニング マシンの出現により、コンピューティング能力が独占されるようになったからです。

PoS - Proof of Stake は、各ノードのトークン保有量と保有時間の積に基づいて簿記権を決定するメカニズムです。たとえば、元本と時間の積の方が大きい場合は、簿記が優先され、簿記が終了した後、積は破棄されます（これを「貨幣日破棄」といいます）。

PoW の計算能力の証明と比較して、PoS メカニズムはエネルギー消費を効果的に削減し、コンセンサス時間を短縮し、計算能力の集中マイニングプールによる「悪」を回避できます。

イーサリアム以前に PPCoin が PoS を使用した前例はありましたが、当時は PoS の研究と実装がまだ未熟でした。 A Jian 氏は、「PPCoin の運用には、『合理フォーク』問題 (『ノーステーク』問題としても知られる) など、多くの問題がある。当時、イーサリアムの研究者は、十分に安全な PoS メカニズムをまだ発見していませんでした」と考えています。 。」

Vitalik Buterin 氏は「Casper の過去、現在、未来」の記事で次のように述べています。「イーサリアムのプルーフ オブ ステーク研究は 2014 年 1 月に始まり、『ソードマン プロトコル』から始まりました。」

Casper (保証金ベースの経済的コンセンサス プロトコル) は、イーサリアムの PoS 株式認証プロトコルです。 Casper のコンセンサス プロトコルは、古典的な PoS プルーフ オブ ステークとは異なり、デポジットを直接制御することでバリデーターの動作を制限できます。

2014 年 4 月、Vlad Zamfir はボランティアとしてイーサリアムの開発に参加しました。ヴラド氏によると、ヴィタリック氏は同年のウィーン・ビットコイン・サミットでも「ソード・ハンド・プロトコル」のコンセプトを一緒に提案したという。

「同じレベルのフォークで 2 つの契約に同時に署名すると、得られるブロック報酬を失います。」 これは、問題を解決するために Vitalik が提案したアイデアです。

その後、ヴラド氏はイーサリアムの開発に正式に参加し、「ソードマン・プロトコル」に基づいて「検証者にデポジットを保管させ、その金額は報酬よりもはるかに高額で、贈収賄攻撃を排除する」と指摘した。

当時、ヴィタリク氏とヴラド氏は賄賂攻撃の問題に取り組んでいた（証拠金の預け入れのないPoSプロトコルは、低コストの賄賂によって簡単に破られてしまう）。

2015 年の初めに、ヴラドはマシュー・ワンプラー＝ドティという男に会い、マシューとヴラドはマージンの概念について言及しました。

「将来的には、残りのバリデーターは最終ブロックを構築する必要がないため、保証金の 2/3 以上を保有するテンダーミント バリデーター カルテル (カルテル) が存在するでしょう (これらの「非カルテル バリデーター検証者」は、保証金の 2/3 以上を保有するだけです)保証金の 1/3)。1/3 未満のノードはブロックされ、最終的にバリデーター リストから削除されます。2/3 以上を保持する新しいノードのセット (その後、保証金カルテルが作成され、このプロセスは、(最大で) 2 つのバリデータのみが残るまで継続されます。」

悟ったヴラドは「カルテル検証」の研究を始め、キャスパーのオリジナルデザインである「剣士協定書＋保証金」にこの概念を加えた。

副題

PoSメカニズムへの移行

イーサリアムには現在 2 つの開発チームがあり、1 つは現在のイーサリアム (イーサリアム 1.x バージョン) の開発と保守を担当し、もう 1 つはイーサリアム 2.0 の開発を担当します。 Constantinople フォークは、Ethereum 1.x バージョン アップグレードの範囲内に留まります。

イーサリアム 2.0 は、イーサリアムの現在の段階に関連しています。 2.0 は Serenity プランから始まり、PoS 株式認証メカニズムに移行します。

上記の記事で述べた Casper PoS メカニズムでは、Casper は 2 つのバージョンを採用します。Vitalik Buterin 氏のバージョンの Casper FFG ハイブリッド プルーフと、Vlad Zamfir 氏のバージョンの純粋な株式性プルーフ Casper CBC です。

『ETH 2.0 Engineering Guide』の著者であるJames Prestwich氏によると、イーサリアム2.0のテストネットワークは今年の第1四半期に開始される予定だという。

Ethereum 2.0 の初期には、ブロックの実行と生成に Casper FFG メカニズムが使用されていました。その際、ビーコンチェーン(ビーコンチェーン)はイーサリアム1.xと鏡像関係となり、ビーコンチェーンはサイドチェーンですが何の機能も持たず、イーサリアム1.xがメインチェーンとなるとのことです。独自のPoWメカニズムブ​​ロックアウト。

EthFansの編集者であるA JianはOdailyに次のように語った：「ユーザーはイーサ通貨をPoWチェーン上の関連コントラクトにロックすることでビーコンチェーンに参加するためのバリデータ資格を取得し、PoS報酬を得ることができますが、ビーコン上の新しいイーサ通貨はチェーンをPoWメインチェーンに戻すことはできません。」

ビーコン チェーンのシャーディング フェーズでは、ビーコン チェーンはそれぞれアドレスを持つ 1024 個のシャードを生成します。 Casper FFG ビーコン チェーンは、2 番目のランダムな選出を使用してブロック検証を完了し、検証者による悪行を防ぎます。

検証者は、32 個の新しいイーサをデポジットとしてシャード アドレスに入れる必要があります。ビーコン チェーンは、64 ブロック (1 分あたり 10 ブロック) ごとに 128 人の検証者を保留中の委員会メンバーとしてランダムに選択し、その後ビーコン チェーンは 128 人の保留中の委員会メンバーから一定数の委員会メンバーをランダムに選択して委員会を形成します。

選ばれた委員会メンバーは自分のブロックで検証されて新しいブロックを生成できますが、委員会メンバーの「勤務」期間はわずか 6.4 分で、6.4 分後のブロック コントローラーは次の新しい委員会で誕生します。

イーサリアムのPoS権利証明は本質的にはオフチェーンのガバナンスですが、細部に関してはオンチェーンのガバナンスを強化するために技術的手段が使用されています。

イーサリアム・イエロー・ペーパーの翻訳者であるヤン・ジェン氏は、DPoS 株認可証明書と比較して、イーサリアムの PoS はより平等な投票方法を望んでおり、EOS とは大きく異なると考えています。 。」

ただし、当初 1 月 16 日に予定されていたコンスタンティノープルのアップグレードは、Casper FFG および Casper CBC とは何の関係もありません。

コンスタンティノープルの 5 つの EIP アップグレード プロトコルのうち、EIP-1234 は、イーサリアムの PoS メカニズムへの変換プロセス中に「温水でカエルを茹でる」という確立された戦略であることは注目に値します。

2018年7月19日にAfri Schoedonによって提案されたこの協定は、ディフィシティボムを12ヶ月延期し、マイナー報酬を3 ETHから2 ETHに減らすことを提案しています。

この提案は昨年8月31日のイーサリアム開発者ビデオカンファレンスで可決され、イーサリアム・コンスタンティノープルのハードフォーク時に実装された。

画像の説明

イーサリアム 2.0 のアーキテクチャ図は Hsiao-Wei Wang からのものです

副題

文章

2015 年から 2016 年にかけて、Vitalik と Vlad の PoS に関する研究はまだ探索段階にあり、スケーラビリティ研究における「漁師のジレンマ」と「ベッティングコンセンサス」の問題にイーサリアム開発チームの時間のほとんどが費やされました。

Vitalik 氏は後に、「PoS やスケーラビリティにおけるいくつかの中核的な問題を解決するのに一連の失敗に見舞われ、Vlad 氏は Casper CBC でのすべての作業を静かに停止しました。」と結論付けました。

DAO 事件と DoS 攻撃により、イーサリアム チームは 6 か月にもわたって以前の研究の方向性に取り組む時間がほとんどなくなりました。

2017 年まで、Vitalik と Vlad の Casper 研究は曲がり角を迎えました。まず、イーサリアムは最小スラッシュと呼ばれるプロトコルを開発しました: ブロックが特定のラウンドで検証者の 2/3 によって承認されると、そのブロックの親ブロックが確定します。最小スラッシュ条件は Casper FGG の中心的なアイデアです。

FFG は、イーサリアムの過渡期における PoW+PoS ハイブリッド コンセンサス メカニズムです。 FFG の元の設計では、Vitalik はイーサリアムのプルーフ オブ ワーク プロトコルにプルーフ オブ ステーク プロトコルを重ね合わせました。つまり、ブロックは引き続きプルーフ オブ ワークを通じて掘られますが、毎回プルーフ オブ ステークのチェックが行われます。 50 ブロック、ファイナリティを評価するためのポイント (PoS ブロック)。

Vitalik氏は興奮気味にこう語った。「これは、既存のブロックチェーンへの影響を最小限に抑えながらハイブリッドコンセンサスに迅速に移行できるメカニズムとなり、理論的には完全なプルーフ・オブ・ステークにアップグレードできるようになるでしょう。」

この目的のために、イーサリアム開発チームは、テスト用にさまざまな VPS、サーバー、コンピューター通信を使用して、Python テスト クライアントも作成しました。

Vlad 氏は 2017 年に Casper CBC に関する論文も発表しました。 FFG とは異なり、CBC は次のことを重視します。"ビルド修正"、プロトコルには次のように記載されています。

CBC プロトコルには、予測安全オラクル マシンがあります。エラーの合理的な推定に例外を設定すると、将来発生する可能性のあるすべてのエラーがリストされます。指定された間隔内で、その正しさはその構築プロセスによって決定されます。 。 CBC は純粋な PoS プルーフ オブ ステークであり、イーサリアム 3.0 で実装される予定です。

遅れていた「爆弾難易度」もこの時に提案された。 2017 年 6 月 21 日、EIP-649 プロトコルは、コンスタンティノープルのアップグレードにおける爆弾の難易度を遅らせ、平均ブロック時間を 15 秒未満に短縮し、同時にブロック報酬を 5 ETH から 3 ETH に減らすことを提案しました。 ETH、これはイーサリアムのトランジションで時間を買うものです。

2018年、いくつかのイーサリアム開発チームがシャーディングテクノロジーの実装を試みました。ヴィタリック氏によると、

「シャーディングの面では、シャーディング システムのコアを PoS チェーン上に置くことで効率が向上することがついに明らかになりました。」

「PoW チェーン上の契約になると、EVM のオーバーヘッド、ガス メカニズム、予測不可能な PoW ブロック時間に対処する必要があります。PoS + シャーディングはブロック時間の短縮など、一連の利点をもたらします。」

副題

現在進行中の論争

Vitalik の個人ブログのプロフィールの最後から 2 行目には次のように書かれています: 宗教: 地下室。

2014年の時点でヴィタリック氏はこう述べていた：「プルーフ・オブ・ステークは、依然として暗号通貨の分野で最も物議を醸している議論の1つである。」 現在でも、コンセンサスメカニズムの問題については、さまざまな人々がさまざまな見解を持っている。

「エネルギーの損失が減少し、採掘する必要がなくなりました。理論的には、PoS は集中化のリスクを大幅に軽減します。」 Li Ni 氏は、PoS は PoW よりもはるかに進歩していると考えています。

Kuangbao の責任者である Liu Jie 氏は、PoW には何の問題もないと信じています。多くの人は電力の無駄だと考えていますが、私の理解はその逆です。「鉱山労働者の電気代は、実際には、経済の役割に依存している」 「PoW デジタル資産のセキュリティを向上させるには、安全性と運用を維持するために非常に大きな資産と多額の電気代が必要です。」

PoWメカニズムは寡占を生み出しましたが、PoSは資本家のためのゲームです。貧しい人はさらに貧しくなり、金持ちはさらに金持ちになり、たとえイーサリアムが寡占を解消したとしても、金持ちがまた金持ちになるというギャップに陥ることは避けられない。オンチェーンガバナンスかオフチェーンガバナンスかに関係なく、コンセンサスメカニズムのルールと手順は人間によって策定されます。

コンセンサスメカニズムの問題は、業界で際限なく議論されてきましたが、それが人間の社会統治のレベルにまで上昇すると、それをどれだけうまく管理するか、あるいはどれだけ管理しないかにすぎません。一定のセキュリティを前提とした場合、集中管理が弱いと効率上の問題が生じるのは避けられません。

The Forceの創設者であるGu Ya氏はOdailyに次のように語った：「現在、DPoSであろうとPoSであろうと、セキュリティの観点から見ると、どちらのPoWも完璧ではありません。PoWの唯一の不完全さは、あまりにも分散化されすぎていて、コミュニティのガバナンスが整っていないことです。」それは良いことですが、プロモーションは非常に遅いです。しかし、方法はありません。セキュリティと分散化は二者択一の問題です。たとえば、チームが作業しているときは PoW と呼ばれ、会議中は PoS と呼ばれます。 CEOが最終決定権を持っているからです。」

「PoS の唯一の問題は、それがまだ作られていないことです。(PoW) イーサリアムは 1 ～ 2 年前から PoS を求めてきましたが、まだ作られておらず、コードには何の問題もありません。」このワンフォーク アップグレードでは何も変更されませんでしたか? いいえ? いくつかのバグを調整し、いくつかのデータを最適化しました。」

1月18日の夜、イーサリアム開発チームは電話会議でEIP-1283プロトコルの脆弱性に関して、コンスタンティノープルのアップグレードイベントを2月27日16時56分（ブロック高さ728万）に再度延期した。

イーサリアムのアップグレードが成功した場合、平穏が訪れるまでにディフィシティボムの問題をイーサリアム開発チームに残せる時間はどれくらいでしょうか?

A Jian 氏は次のように考えています。「おそらく年内に、あるいは年末に、と言うのは難しいです。このプロセスでは解決しなければならない問題が本当にたくさんあります。まず、ビーコンのフォーク選択ルールを決定します。チェーンを構築し、PoW チェーン上で質権契約を実現します。」

イーサリアムが 2.0 に進化した場合、最終的に解決すべき問題は次の 3 点にすぎません。

(1) 堅牢な PoS コンセンサスメカニズムを実現します。

(2) 断片化。

(3) EVM を EWASM に変換します。

簡単にまとめると、安定的かつ効率的に運用できる分散型スマートコントラクトプラットフォームです。良くも悪くも、まずは作ってみましょう。

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著者の Wu Yan はマイニングとブロックチェーンのレポートに焦点を当てています。コミュニケーションのために WeChat BIG-BYE を追加できます。あなたの立場と理由に注意してください。