イーサリアム 2.0 の将来の青写真と課題

以太坊爱好者

特邀专栏作者

2019-11-16 16:37 (UTC+8)

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イーサリアム 2.0 の学習ガイド。

AI要約

イーサリアム 2.0 の学習ガイド。

編集者注: この記事は以下から引用しましたイーサリアム愛好家編集者注: この記事は以下から引用しましたmedium、A Jian による翻訳、原文は次のとおりです。

、著者フランク・リー、Odailyの許可を得て転載。

画像の説明Crosslink 2019 Taiwanダニー・ライアン (出典: Crosslink 2019 台湾) -

1. イーサリアム2.0のアーキテクチャ

イーサリアム 2.0 アーキテクチャ (出典: Crosslink 2019 台湾)-

フェーズ0 (フェーズ0)

イーサリアム 1.0 (Ethereum 1.0) では、新しいブロックを生成するためのコンセンサスメカニズム (Consensus) として Proof of Work (PoW) が使用されます。新しいブロックの生成に必要な大量の計算能力と時間がかかりすぎる問題を軽減するために、イーサリアム 2.0 は新しいブロックを生成するためのコンセンサスメカニズムとして Proof of Stake (PoS) に変更されます。

フェーズ 0 が完了すると、2 つのイーサリアムチェーンが使用されるようになります。イーサリアム 1.0 チェーン (現在使用されている PoW メインチェーン) とイーサリアム 2.0 チェーン (新しいビーコンチェーン)。この段階で、ユーザーは公開鍵を登録するためにイーサリアムを 1.0 チェーンのコントラクトにロックし、2.0 チェーンはコントラクトに登録された公開鍵を認識します。ただし、そのイーサをイーサリアム 1.0 チェーンに移行して戻すことはできません。ビーコンチェーンを実装するには、ビーコンチェーンクライアントが必要です。現在、多くのチームがこれらのクライアントを開発しています。

フェーズ 1 (フェーズ 1)

最初の段階では、シャードチェーンが追加されます。この段階では、主にシャードチェーンのデータ構造、その有効性 (Validity) とコンセンサス (Consensus) に焦点が当てられます。シャードチェーンはデータとしてのみ使用されます。この段階ではチェーンであり、シャードチェーンの状態実行 (State Execution) やアカウント残高 (Account Balances) は指定しません。これは、シャーディングを使用してビーコンチェーンをスケールしようとするというよりも、シャーディング構造をテストすることに似ています。この段階では、ビーコンチェーンはシャードチェーンのブロック (Block) を構造や意味のないビットのコレクション (Collections Of Bits) として扱います。イーサリアム 1.0 とイーサリアム 2.0 は引き続き共存し、テストと移行はイーサリアム 2.0 チェーン上で行われます。

この段階で、シャードチェーンはビーコンチェーン (クロスリンク) とクロスリンクされ、各シャードの現在の状態である「結合データルート (結合データルート)」が「ビーコンチェーン」ブロックに定期的に記録されます。クロスリンク。ビーコンチェーンブロックが完了すると、対応するシャードブロックが完了したとみなされ、他のシャードはシャード間トランザクションでこれらのブロックに依存できることがわかります。

ビーコンチェーンの各スロットの各シャードについて、シャードバリデーターがランダムに選択され、シャードバリデーターは各ブロックの内容について合意に達するためにのみ使用され、クロスリンクを通過し、シャードの内容と状態を証明します。すべての委員会が同意し、シャード上のビーコンチェーンを定期的に更新する限り、シャードに何が含まれているかは関係ありません。

第二段階（フェーズ2）

2. 新しいフラグメンテーションの提案

画像の説明

イーサリアム2.0の当初提案で運用されている仕組みは、周期（エポック）単位で架橋動作を行うもので、各チェーンには1024個（シャード）があり、シャードチェーンをまたいだトランザクション（Tx）が必要な場合、各期間のクロスリンクにより、大きな遅延が発生します。新しい提案は、各期間でクロスリンクを実行し、クロスシャーディングを減らすためにシャード (シャード) の数を 32 に減らすように更新されています (Cross-シャード）トランザクション遅延時間、クロスシャードトランザクションは期間ごとに実行されます。

新提案のメリット

イーサリアム 2.0 の新しい提案の利点については、まず、新しい提案のスライス (シャード) の数が 1024 から 32 に減少し、シャード間のクロス時間が短縮されるため、操作の複雑さが軽減されます。 1 エポックを 1 スロットに変換することで時間が短縮され、DApp 開発者とユーザーのエクスペリエンスが向上するという利点があります。イーサリアム 2.0 の元の設計では、クロスシャード取引手数料を実現するには、複雑な手数料市場モデルと楽観的なソリューションが必要でした。しかし、新しい提案では実行環境の設計が変更され、元の複雑なモデルが大幅に簡素化されます。

新たに提案された取引

新しいプロポーザルは、トランザクションを開始するために以前のプロポーザルよりも少ないシャード (シャード) のみを必要とします。シャーディング期間が長くなり (12 秒)、より大きなシャードブロック (シャードブロック) が発生する可能性があります。現在は 0 番目のフェーズ 0 に更新されており、次のテストが行われます。フェーズ 0 テストネット (テストネット) は遅れる可能性があり、新しい提案によりフェーズ 0 リリースに必要な時間が短縮されます。

現在の考え

3. 実行環境

画像の説明

イーサリアム 1.0 の単純なアーキテクチャ図 (出典: Crosslink 2019 台湾)-

以前に設計されたイーサリアム 2.0 およびイーサリアム 1.0 では、状態はコンセンサスメカニズムにおいて非常に重要な役割を果たしており、コンセンサスメカニズムは、実行、トランザクション、またはアカウントの概念に関係なく、いつでもすべての状態を読み書きします。ツリー構造、およびデータ構造のすべての概念がコンセンサスに深く組み込まれています。

上の図は、イーサリアム 1.0 の単純なアーキテクチャ図です。この図では、コンセンサスメカニズムとチェーンがわかります。コンセンサスメカニズムには、状態と実行エンジンが含まれます。状態には、状態ツリーが含まれます。ここでの実行エンジンはハードです実行トランザクション、アカウントモデル、アカウント構造を含むコード化されたルール。図の右側にチェーンがあり、そのチェーン上にトランザクションデータがあることがわかります。イーサリアム 1.0 では、コンセンサスを実装します。ステータスを変更および更新するためのトランザクションデータのメカニズム。

EIP (Ethereum Improvement Proposals) の推奨事項に従う場合、開発者はアプリケーションをサポートするために常に新しいオペコードを要求したり、マイナーのコスト (ガスコスト) を変更したりする必要があります。Plasma や Zkrollup などの例は数多くあるため、必要になります。 EVM 1.0 の実行環境を変更して、アプリケーション (DApp) をサポートするようにします。

しかし、イーサリアム 2.0 の第 2 フェーズでは、複数の実行環境をサポートできるようになります。複数の状態ルート、異なるアカウントモデルなども存在する可能性があります。たとえば、Ethereum 2.0 上で Libra を実行する Facebook コイン実行環境 (Libra EE) を定義できます。あるいは、ビットコイン実行環境 (BitCoin EE) を定義して、イーサリアム 2.0 でビットコインを実行できるようにすることもできます。

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イーサリアム 2.0 の単純なアーキテクチャ図 (出典: Crosslink 2019 台湾)-

Ethereum 2.0 の単純なアーキテクチャ図では、ステートルートがわかります。これは WASM 実行コード (実行コード) を含む 32 バイトの BLOB であり、ユーザーレベルで詳細に設定できます。画像の右側にチェーンがあります。チェーン上には一般的なトランザクションデータと証人がいます。証人は実際にはデータベースのブロックに表示されます。データベースではなく状態に対してトランザクションを実行する必要があります。また、データが現在のステータスルートのものであり、有効であることを証明する必要もあります。たとえば、アカウント A とアカウント B の間で値を移動したい場合、アカウント A からアカウント B に 5 ETH を移動するとします。その過程で、アカウントと残高 (Balance) が実際に利用可能であるとは直接言えません。 2 つのアカウントの現在の状態を証明するには、監視データを追加する必要があります。実行コードがトランザクションデータを実行しているとき、状態ルートは状態ツリーを変更および更新できます。

当初の提案ではステートとコンセンサスが密接な関係にあり、実行アカウントとコンセンサスにはステートツリー構造が含まれていましたが、新提案では実行環境が抽象性の高いステートレスモデル（Stateless Model）となり、そのスケーラビリティが向上しました。当初の提案よりも大幅に高くなっています。

実行環境のメリット

実行環境の設計が完了しているため、イーサリアム 1.0 からイーサリアム 2.0 への移行の方向性がより明確になり、その実行環境を使用することで技術が時間の経過とともに陳腐化するという問題は発生しません。

アンビエントトランザクションを実行する

仮想マシンには断片化の問題が発生する可能性があり、トランザクション速度に影響を及ぼします。

現在の考え

現在の研究はすべて前向きに発展しており、設計空間をより深く理解するにはまだ十分な時間がありますが、将来的には、より良い実行環境通信メカニズムの確立にさらに時間を費やす予定です。全体として、現在の進歩は将来への重要なマイルストーンです。

4 つの双方向の橋

最後のトピックでは、主に双方向の橋を開発する価値があるかどうかについて議論します。チームはどの時点で双方向の橋渡しができるようになるでしょうか?

画像の説明

講演者が先ほど述べた提案では、イーサリアム 2.0 にはもともと一方向ブリッジがあったため、イーサリアム 1.0 からイーサリアム 2.0 に切り替えることができましたが、主にいくつかの理由により、元のアーキテクチャではバックホールが許可されませんでした。これには、密接に組み合わせる必要があります。イーサリアム 1.0 の開発にはイーサリアム 1.0 とイーサリアム 2.0 のハードフォークが含まれており、2 つのシステムが相互に影響するリスクにさらされているため、チームはイーサリアム 2.0 がリリースされて安定する前に、両者を緊密に結合するのは賢明ではないと考えています。。

一方向ブリッジの問題

双方向ブリッジング

画像の説明

現在、双方向ブリッジのルートとしては、イーサリアム 1.0 の上にイーサリアム 2.0 のライトノードを構築するルートと、イーサリアム 1.0 の上にイーサリアム 2.0 のフルノードを運用するルートの 2 つが考えられます。

ルート A: イーサリアム 1.0 上にイーサリアム 2.0 ライトノードを構築する

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ルート B: イーサリアム 1.0 でイーサリアム 2.0 のフルノードを実行する

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パス B の概略図 (出典: Crosslink 2019 台湾)-

2 番目のルートは、イーサリアム 1.0 のノード上でイーサリアム 2.0 のフルノードを実行します。このルートでは、ファイナライゼーションメカニズムを使用できます。したがって、このメカニズムを使用してイーサリアム 1.0 とイーサリアム 2.0 を促進するだけでなく、バリデータセキュリティも使用できます。イーサリアム 1.0 チェーンを保護するためのもので、人々はこれに非常に興奮していると思います。これはしばしば「ファイナリティガジェットの提案」と呼ばれます。

イーサリアム 2.0 のステートルートを出力するもう 1 つの利点は、イーサリアム 1.0 がそれを実現するための堅牢なメカニズムを備えていると同時に、イーサリアム 2.0 の高いスケーラビリティとデータ可用性を備えているため、ZK ロールアップや ZK ロールアップなどの興味深いアプリケーションを作成できることです。楽観的なロールアップ。

双方向ブリッジの利点

取引所にイーサリアム 1.0 イーサとイーサリアム 2.0 イーサを出品している場合、それらは同じ価格になるはずです。そうでない場合は、より安い価格で 1 つのイーサを購入し、それをブリッジに送り、別のイーサをより高い価格で入手して、それを売ることができます。この裁定取引により価格が一定に保たれるため、ユーザー、バリデーター、開発者は混乱します。また、双方向ブリッジにより、裁定取引によって双方の通貨が相互に変換されることが防止されます。

双方向ブリッジングトランザクション

しかし、ここにはいくつかのトレードオフがあり、チームはイーサリアム 2.0 の設計に非常に自信を持っていますが、イーサリアム 1.0 のセキュリティとリスクプロファイルに影響を与える前に実稼働環境で検証したいと考えています。

したがって、これらのものをより早くリンクすると、イーサリアム 2.0 の開発とフォークサイクルが遅くなる可能性があり、追加のオーバーヘッドが追加されます。言い換えれば、クライアントをリンクできるかどうかを確認するオーバーヘッドは比較的少なくなります。

現在の考え

バリデーターの流動性を追加する前にブリッジを有効にする必要がありますが、製品の最初のフェーズが安定するまで待ってください。繰り返しになりますが、多くの関連研究が同時に進行しているため、この操作をいつ完了するかに影響する可能性があります。

用語集:
用語集:
EIP (Ethereum Improvement Proposals): EIP はイーサリアムプラットフォームの標準であり、その内容にはコアプロトコル、クライアント API、契約標準の仕様が含まれます。
エポック: イーサリアム 2.0 では、エポックは 6.4 分間続く時間単位を指し、各エポックには 32 スロットが含まれます。
スロット (期間): 各期間は 12 秒で、すべての期間でブロックが生成されるわけではありません。エポックの最後のスロットは境界期間 (境界スロット) またはチェックポイント (C チェックポイント) と呼ばれます。
Solidity: Solidity はコントラクト指向の言語であり、主にスマートコントラクトの開発に使用されます。
コンセンサス (コンセンサスメカニズム): コンセンサスメカニズムは、ノード間で合意に達するためにブロックチェーンによって開発されたアルゴリズムです。
Validator: ブロックを検証するノードは、各スロットの各シャードのビーコンチェーンによってランダムに生成されます。
Gas: トランザクションに必要な手数料、Gas が枯渇すると、スマートコントラクトは終了し、ロールバックが実行されます。
EVM (Ethereum Virtual Machine): EVM は中国語で Ethereum Virtual Machine を意味し、軽量な仮想マシン環境であり、Eth 1.0 におけるスマートコントラクトの動作環境は EVM です。
Dapp (分散型アプリ): イーサリアムでは、スマートコントラクトに基づくアプリケーションは分散型アプリケーション、すなわち Dapp (分散型アプリ) と呼ばれます。
ether（イーサ通貨）：イーサリアムの通貨の名前。
ファイナリティ: 「ファイナリティ」は Casper の概念であり、バリデーターの投票を通じてチェーン上に不可逆 (ロールバック) チェックポイントを生成するメカニズムです。