イーサリアムのスケーリングソリューションの進歩はどうですか?

編集者注: この記事は以下から引用しましたブロックチェーンベースキャンプ編集者注: この記事は以下から引用しました

ブロックチェーンベースキャンプ

ブロックチェーンベースキャンプ

(ID: blockchain_camp)、出典: Breakermag、著者: Andreas Wallendahl、翻訳者 | Guoxi、担当編集者 | George、Odaily の許可を得て転載。

スケーラビリティは常にイーサリアムの大きな課題であり、イーサリアム 2.0 のアップグレード計画におけるスケーラビリティの改善は国の半分を占めています。イーサリアム 2.0 計画の開始から半年が経過した今日、スケーラビリティの問題は改善されましたか?

この記事では主に、既存のイーサリアムのスケーラビリティ ソリューションとそのトレードオフの概要を説明するとともに、ブロックチェーン開発者向けのすぐに使えるスケーラビリティ ソリューションをいくつか要約します。

スケーラビリティの何がそんなに難しいのでしょうか?

スケーラビリティの問題はなぜこれほど難しいのでしょうか?ブロックチェーンはさまざまな特性の間でトレードオフを行う必要があるため、私は「スケーラビリティのトリレンマ (トリレンマとも呼ばれます)」についてよく話します。すべてのブロックチェーンにとって、分散化、スケーラビリティ、セキュリティの 3 つの特性を同時に取得することは簡単ではありません。

— ヴィタリック・ブテリン、イーサリアム共同創設者、2017 年 11 月

ビットコインやイーサリアムなどのパーミッションレスなパブリック ブロックチェーンは、最初のレイヤーで分散化とセキュリティという 2 つの特性を最適化することを選択しているため、十分に拡張できません。

これらのブロックチェーンでは、参加者は誰でも、比較的少ない時間と資本のコミットメントでバリデーターになることができます。その低いしきい値により、数千のマイニング ノードがプルーフ オブ ワークに参加するようになり、51% の計算能力攻撃による影響からブロックチェーンを保護しています。分散化の程度は高度なセキュリティをもたらします。今年 4 月のデータによると、イーサリアム ブロックチェーンに対する 51% の計算能力攻撃を実行するコストは 1 時間あたり 10 です。仮想通貨の兄貴分として、攻撃を実行するコストは 1 時間あたり 10 です。ビットコインブロックチェーンに対する 51% 攻撃は 1 時間あたり 350,000 ドルになります。

高度な分散化と高いセキュリティのおかげで、イーサリアムは人々に好まれており、世界のブロックチェーン経済における最初の選択肢となり、分散型アプリケーションに優れたプラットフォームを提供します。

ただし、イーサリアムの分散化とセキュリティの背後には、スケーラビリティにおける大きな犠牲があります。イーサリアムの単純なトランザクションの理論的な処理速度の限界は1秒あたり14～15トランザクションですが、現時点ではイーサリアムは1秒あたり5トランザクション程度しか処理できず、1秒あたり6トランザクションに達すると負荷が過大になってしまいます。これは、グローバル プラットフォームはもちろん、主流の消費者向けアプリや金融アプリにとっても桁違いに小さすぎます。

イーサリアムのスケーラビリティに対する最大の制約は、イーサリアムのような許可のないパブリック ブロックチェーンでは、すべてのマイニング ノードがすべてのトランザクションを検証する必要があることです。

—— Josh Stark、「イーサリアムの第 2 層スケーラビリティ ソリューションについての深い理解」

• これほど深刻な問題を、イーサリアムコミュニティ全体がただ黙って見ている可能性はあるでしょうか?いいえ、実際、イーサリアム財団にはイーサリアム 2.0 のブロックチェーン インフラストラクチャのアップグレードに関する完全な計画ロードマップがあり、そこではスケーラビリティが重要な役割を果たします。つまり、イーサリアムは今後数年間、スケーラビリティの問題に対処することに重点を置くことになります。

• しかし、喉の渇きを癒すことはできません。現在構築しているアプリケーションにスケーラビリティが必要な場合はどうなるでしょうか?もちろん、それは特定の使用シナリオによって異なります。たとえイーサリアム 2.0 が将来的にスケーラビリティの点で大きな成功を収めたとしても、すべてのトランザクションをイーサリアムのメインネット/第 1 層に送信する必要はなく、依然として第 2 層のソリューションを選択することになるでしょう。

• 現在、イーサリアムには依然として次の 3 つの大きな問題点があります。

速度が遅い: トランザクションのスループットが低すぎるため、トランザクション数がブロックチェーンの処理能力を超える場合があり、これによりブロックチェーン ネットワークでの待ち時間が長くなります。

高価: ユーザーはトランザクションごとにガス料金を支払う必要があり、トランザクション数が増加すると、それに応じてガス料金とイーサリアムの価格も上昇します。

• ユーザー エクスペリエンスを早急に改善する必要があります。ユーザーは各トランザクションに署名する必要があり、トランザクションがブロックチェーンによって確認されるまで次のトランザクションを開始できません。

• スケーラビリティ ソリューションとは何ですか?

• 次に、業界ですでに実装されているスケーラビリティ ソリューションについて話しましょう。ここでは、最も一般的に使用されている 5 つのソリューションについてのみ説明します。もちろん、これがすべてではありません。さらに、業界には改善の余地がある多くの領域があります。ブロックチェーン オフチェーン コンピューティングなど、ブロックチェーン トランザクション スループットのスケーラビリティ ソリューションについては、スペースの都合上、ここでは説明しません。

• ブロックチェーン オフチェーン トランザクション署名 (メタ トランザクション): イーサリアムの公開キーと秘密キーのペアを使用して、ブロックチェーン チェーンの下でトランザクションに署名します。トランザクションをローカルに保存したり送信したり、ピアツーピア形式で転送したりすることもできます。 、最後のトランザクションがブロックチェーンに送信されると、トランザクションの内容とデジタル署名に従ってブロックチェーンの状態が更新されます (たとえば、投票の追加 ( #votes )、イーサリアム オラクル マシンの価格の更新 (オラクル))。

• 状態チャネル: ブロックチェーン チェーンの下でカウンターパーティ間で確立される接続。各トランザクションは現在の状態を更新し、最終状態はトランザクションを通じてブロックチェーンに記録されます。

サイドチェーンとブリッジ (ブリッジ): トランザクション ブリッジ スマート コントラクトと対応するトランザクション リレー メカニズムを通じて、イーサリアムの完全な機能を含むサイド チェーンがイーサリアムのメイン ネットワークに固定されます。

副題

スケーラビリティ ソリューションのトレードオフ

各ソリューションのセキュリティ、スループット、可用性、使用コストはどうですか?以下の表に詳細な概要を示します。

副題

各ソリューションの原理と具体的な実装

• 以下で説明するスケーラビリティ ソリューションはすべてオープンソースで、すぐに使用できる状態でサポートされており、分散アプリケーションで使用できます。ただし、これらのスケーラビリティ ソリューションはまだ開発段階にあり、アプリケーションをメインネット上で稼働させる前に、そのセキュリティを注意深く監査する必要があることに注意してください。

• 使いやすさを考慮して、まだ実装されていない、またはコードがまだオープンソースになっていないスケーラビリティ ソリューションはここにはリストされていません。

• 1. ブロックチェーン上のトランザクション署名（メタトランザクション）

• ユーザーは、イーサリアムの公開キーと秘密キーのペアを使用して、ブロックチェーン チェーンの下でトランザクションに署名します。公開キーと秘密キーのペアは、keccak256 ハッシュ アルゴリズムによって計算できます。

• この署名されたトランザクションは、InterPlanetary File System (IPFS) またはデータベースに保存され、イーサリアム メインネット上のトランザクションにバッチで追加されます。

• たとえば、イーサリアム メインネット上で何かの所有権を主張したい場合、主張ごとに個別のトランザクションを発行するのではなく、それらの主張をメインネット上の 1 つのトランザクションに集約できます。

このトランザクションは、ポイントツーポイント ログ ストレージ システム scuttlebot を介してポイントツーポイントで渡すことができます。受信者が公開キーを通じてトランザクションが有効であることを確認すると、トランザクションはスマート コントラクトのオラクル入力として使用できます。イーサリアムメインネット。

• トランザクションの設定で許可されている場合、スマートコントラクトはトランザクションを受信した後にトランザクションの内容を実行できます。

  https://cryptoeconomics.study/

• ベルリンで開催されたイーサリアム開発者カンファレンスで、stablecoin MakerDAO チームは、オフチェーン トランザクション署名方法に基づいたオフチェーン価格オラクル ソリューションを提案しました。

  https://view.ly/v/Rt275OYzLCI1

• 参考リソース

  https://blog.ethereum.org/2014/07/22/ethereum-and-oracles/

Karl Floersch: ハッシュ関数とトランザクション署名に関する基本チュートリアル

Mario Conti: オフチェーントランザクション署名に基づく価格オラクル

• ヴィタリック・ブテリン: イーサリアム・オラクル

• 2. 支払いチャネルとステータスチャネル

• 状態チャネル

トランザクションの両当事者は、ブロックチェーンの初期状態 (各当事者の口座残高など) をスマート コントラクトでロックします。スマート コントラクトは、単純にマルチシグネチャ ウォレットと考えることができます。これにより、双方の当事者が署名してロックを解除するまで、スマート コントラクト内の資金が状態チャネルの運用中に凍結されたままになることが保証されます。

トランザクションの 2 つの当事者は、それぞれの口座残高の更新など、状態の更新を継続的に通信することによってトランザクションを実行します。両当事者が最終状態の更新に同意している限り、いつでも共同署名して、スマート コントラクトにロックされている資金のロックを解除できます。

双方がトランザクションを完了すると、それぞれがステータスの更新をスマート コントラクトに送信します。状態の更新が一致する場合、最終状態 (各当事者の口座残高など) がブロックチェーンに書き込まれますが、これは通常、状態チャネルが開かれたときの初期状態と同じです。

支払いチャネル

• ステート チャネルはイーサリアムおよび ERC-20 トークンでのみ指定できますが、支払いチャネルにはこの制限がありません。

• 支払いチャネルの合理化された構造により、支払いチャネルは 1 つ (またはごくわずか) の状態、つまり純残高のみを更新するため、スループットが向上し、より効率的な設計が可能になります。

紛争が生じた場合はどうすればよいですか?

• プロトコル設計によれば、トランザクションの両当事者によって署名された各ステータス更新には、各ステータス更新を識別するための一意の乱数 ( nonce ) が割り当てられます。紛争が発生した場合には、乱数の最新の状態が参考として使用されます。

• トランザクションでは、当事者 A がステータス更新を送信すると、チャレンジ期間も開始されます。この期間中、当事者 B は、より新しいノンスを使用して状態更新を送信できます。当事者 B が状態更新を送信せず、チャレンジ期間タイマーが期限切れになった場合、スマート コントラクトは、より新しい乱数を持つ状態 (つまり、当事者 A によって最後に送信された状態) を最終状態として選択し、この状態をブロックチェーンを使用してこの状態に従い、ロックを解除して資金を返します。

既存のプロジェクトと実装

Ethereum Raiden: ほぼ即時、低手数料、スケーラブルなトランザクションを可能にする決済チャネル ソリューション。ライトニング ネットワークはイーサリアム ブロックチェーンの完璧な機能であり、すべての ERC-20 トークンと互換性があります。

• Connext: Connext は、オープンソースのピアツーピアのマイクロペイメント インフラストラクチャを構築しています。同社の最初の製品は、イーサリアム ブロックチェーン上の支払いチャネルを使用しており、多くのブロックチェーン オフチェーン トランザクションを少数のオンチェーン トランザクションに集約できます。

• 3. サイドチェーンとトランスファーブリッジ

• 転送ブリッジ (またはリレー) は、それぞれのコンセンサス アルゴリズムを実行しているサイド チェーンからイーサリアム メイン ネットワークにトランザクション情報を送信します。メインネット上で資金または状態（またはその両方）をロックし、サイドチェーン上で分散アプリケーションを実行してトランザクションを収集および処理します。

• ユーザーはイーサリアムメインネット上のイーサ/ERC-20トークンをブリッジスマートコントラクトに預けます。

• この期間中、分散型アプリケーションは実行を継続し、すべてのトランザクションが完了すると、ユーザーはイーサリアム メインネット上で自分のイーサリアム/ERC-20 トークンを取得できます。

利用者が支払う手数料は、入出金の2回分の手数料だけです。

• サイドチェーンで実行されるトランザクションの場合、ユーザーは、より少ないトランザクション手数料を支払う必要がある場合もあります。サイドチェーンの Loom と POA の両方に運営コストがかかるため、Loom は分散アプリケーションに Loom トークンの形で料金を請求し、POA ユーザーは料金を支払う必要があります。サイドチェーン上の POA トークンの形のガス。

  Parity Bridge Ropsten-Kovan Ether-ERC20 Test Deployment

• サイドチェーンのガスコストを排除するには、プライベート ブロックチェーンで dapps を実行できますが、その際の最大の課題の 1 つは、プライベート ブロックチェーンでのマイニングにマイナーを誘致する必要があることです。

• 参考リソース

  https://wiki.parity.io/Bridge

• ビデオを見る: Ropsten および Kovan Ethereum テスト ネットワークで Ether/ERC-20 トークンを使用したパリティ ブリッジ テスト展開

  https://github.com/poanetwork/poa-bridge-contracts

ブロックチェーン資産管理会社メロンポートとブロックチェーンプラットフォーム会社コロニーはパリティブリッジの実装とテストを開始し、分散型コマースプラットフォームのスウォームシティとブロックチェーン非営利団体ギブスはブリッジでのメッセージングをテストしている

• 転送ブリッジ技術の詳細な説明:

  移行ブリッジのスマート コントラクト コード:

• 既存のプロジェクトと実装

• POA Network は、スマート コントラクト用のオープンソース フレームワークを提供することを目的とした Ethereum ベースのプラットフォームです。

POA ネットワークはイーサリアムのサイドチェーン ソリューションであり、コンセンサス メカニズムの点で Proof of Authority (POA) を使用します。

Loom は、非常に高いスループットを必要とするソーシャルやゲームなどの分散型アプリケーション向けに設計された Ethereum レイヤー 2 スケーラビリティ ソリューションです。開発者は、Loom ソフトウェア開発キット (SDK) を使用して、スケーラビリティに最適化されたサイドチェーン、つまり DPoS コンセンサス メカニズムを使用する分散アプリケーション ブロックチェーン (dAppChain) を構築できます。

• SKALE の弾性サイドチェーンは、標準サイドチェーンのすべての利点を継承しながら、完全に分散されたネットワークによってもたらされるセキュリティ保証も提供します。弾力性のあるサイドチェーンは、強力なパフォーマンス、構成可能性、およびイーサリアム/Web3 プロトコルとの互換性という特徴を備えています。

• 4. プラズマチェーン

• プラズマチェーン技術の概要

• プラズマ チェーンを初期化し、スマート コントラクトを作成して、ルート ブロックチェーンに送信します。

トランザクションはプラズマ チェーンで実行され、プラズマ チェーンは定期的にデータ (プラズマ チェーンのブロック ハッシュ) をルート ブロックチェーンに送信します。

プラズマ チェーンのコンセンサス ルールは、不正行為の証明に基づいて構築されています。ブロックが無効な場合、誰でもブロック無効の証拠を提出してブロックチェーンをロールバックできます。

• 各プラズマ チェーンは、特殊な目的の分散アプリケーション向けに最適化された独自のルールを持つことができます。

• 既存のプロジェクトと実装