イーサリアム 2.0 の包括的な理解

拔丝地瓜

特邀专栏作者

2019-12-04 08:00 (UTC+8)

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イーサリアムのスーパーフル復号化。

AI要約

イーサリアムのスーパーフル復号化。

編集者注: この記事は以下から引用しましたクリプトバレーライブ (ID:cryptovalley)クリプトバレーライブ (ID:cryptovalley)

クリプトバレーライブ (ID:cryptovalley)

、著者: sheinix@The Startup、翻訳: Lisa Liu、Odaily の許可を得て転載。

イーサリアムネットワーク

2013 年には、BTC プログラマーであり BTC Magazine の発行人である Vitalik Buterin が「イーサリアム」ホワイトペーパーを出版しました。イーサリアムの目標は、ブロックチェーン技術の応用を決済を超えて拡大することだ。

イーサリアムは汎用ブロックチェーンです。他の多くのブロックチェーンと同様に、これはオープンソースで公開されており、独自の通貨であるイーサまたは ETH を持っています。ユニバーサルブロックチェーンとは、開発者がスマートコントラクトを作成するために使用できるプログラミング言語を提供する分散型プラットフォームを持つことを意味します。スマートコントラクトはネットワークのすべてのノードで実行され、分散アプリケーション (DApps) の開発が可能になります。これらの Dapp は、改ざん防止、透明性、信頼性、安全性といったブロックチェーン技術の顕著な特徴を継承しています。

副題

イーサリアムプログラミング言語

Gas & ETH Price

Solidity は「チューリング完全な」言語であり、複雑なユースケースを開発するためのすべての機能を備えていることを意味します。対照的に、BTC のプログラミング言語 Scrypt は、設計上「チューリングが完全」ではありません。 Solidity はスマートコントラクト用の最も人気のあるプログラミング言語であり、スマートコントラクトの開発を開始したい場合、すべての開発者はこれを勉強する必要があります。

Vyper は、イーサリアムチームによって作成されたもう 1 つのプログラミング言語であり、イーサリアム仮想マシン (「EVM」) 上で実行されます。スマートコントラクトを読みやすくしながら、スマートコントラクトの作成プロセスを簡素化するように設計されています。 Solidity との主な違いは、Vyper には一部のオブジェクト指向機能が含まれていないことです。これにより、開発者が間違いを犯したりバグが発生したりする余地が少なくなり、Vyper はより安全になります。

ガスは、イーサリアムネットワーク上でトランザクションを実行するコストの測定単位です。スマートコントラクトがトランザクションを実行するたびに、Gas が消費されます。これらのガスは、トランザクションの実行時にスマートコントラクトに入力する必要があります。 Gas の支払い方法は ETH を使用することです。

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イーサリアムが直面する問題と課題

イーサリアムが直面している主な問題はスケーラビリティです。このネットワークは「世界のコンピューター」として宣伝されているが、現在は 1 秒あたり約 15 件のトランザクションしか処理できない一方、Visa のような民間企業は 1 秒あたり 45,000 件ものトランザクションを処理できる。これは、イーサリアムが大量に普及するためには解決する必要がある問題です。

さらに、イーサリアムにとってセキュリティは常に大きな問題でした。主な原因は、一部のプロジェクトにおける不適切な開発慣行がハッキングや資金の損失につながったことが原因です。イーサリアムには、Solidity を損なうことなくスマートコントラクトのより優れたセキュリティを開発者に提供するツールが必要でした。

ETHの価格とGasのコストにより、取引プロセスは非常に脆弱になり、場合によっては価値がありません。特にイーサリアムバリデーターの場合、現在、ノードとPoWコンセンサスアルゴリズムを実行するために多量の電力を費やす必要があり、その過程で得られる見返りはあまりありません。

DAppsの認知度の低さやユーザーエクスペリエンスの悪さは今後の課題であり、大規模アプリケーション実現の鍵となります。

副題

一般の人々が DApps を採用していないのは、主にプラットフォームが未熟であり、一般の人々がテクノロジーについての一般的な理解を欠いているためです。それにもかかわらず、過去 1 年間で、ゲーム、ギャンブル、金融に関連したプロジェクトがかなりの数あり、急速に発展し、良好なユーザーベースを獲得しました。

source: stateofthedapps.com

画像の説明

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Block #0 — Frontier

イーサリアム開発段階

Block #200,000 — Ice Age

イーサリアムの開発計画は 4 つの異なるフェーズに分かれています。各段階は、より多くの機能を導入し、問題を解決することを目的としています。各ステップには、下位互換性のない方法で機能や機能を変更する「サブバージョン」、いわゆる「ハードフォーク」も含まれます。

Block #1,150,000 — Homestead

次のタイムラインは、イーサリアム開発の当初計画された段階です。

Block #1,192,000 — DAO

これは、2015 年 7 月 30 日から 2016 年 3 月までのイーサリアムの初期開発段階です。

Block #2,463,00 — Tangerine Whistle

Ice Age は、すべてが整っているときに PoW から PoS へのスムーズな移行を促進するために、指数関数的な難易度の増加を導入する「ハードフォーク」です。

Block #2,675,000 — Spurious Dragon

イーサリアムの第 2 フェーズは 2016 年 3 月に開始されました。

Block #4,370,000 — Metropolis Byzantium

悪名高いDAO事件。これは DAO ハッキングの被害者を補償するハードフォークであり、イーサリアムとイーサリアムクラシックが 2 つの対立するシステムに分割される原因となりました。

Block #7,280,000 — Constantinople

特定の I/O 負荷の高い操作のガス計算を変更し、これらの操作の低いガスコストを利用して DoS 攻撃後に蓄積された状態をクリアするためのもう 1 つのハードフォーク。

Block #9,056,000 — Istanbul

これは、2017 年 10 月に開始されたイーサリアム開発の第 3 フェーズです。ビザンティウムは、メトロポリスの 2 つの大きな分岐点のうちの最初の地点です。

Serenity — Ethereum 2.0

これは、2019 年 2 月に完了した Metropolis フェーズにおける 2 回目のハードフォークです。ハードフォークには、コード名「Petersburg」というセキュリティ問題を修正するための他の修正も含まれていました。

これは、2019 年 12 月 4 日に有効化される予定の別のハードフォークであり、より多くのセキュリティ修正と、PoW から PoS アルゴリズムに移行するためのインセンティブが含まれます。

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Serenity はイーサリアム開発の最終段階です。新しいイーサリアムブロックチェーンであるイーサリアム 2.0、完全な PoS 統合、新しいイーサリアム仮想マシンの導入など、多くの詳細な変更が導入されます。
Serenity がいつ上場するかについては、多くの議論や噂がありました。この大規模なフェーズは、さまざまなサブフェーズに分割されます。
静寂のロードマップ
フェーズ 2: 新しいイーサリアム仮想マシン eWASM (2021)

イーサリアム2.0

フェーズ 3: 継続的な改善、継続的な開発 (2022 年)

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イーサリアム2.0
「イーサリアム 2.0」という用語は、イーサリアムをよりスケーラブルにし、より高速にし、ブロックチェーンの状態を改善するセレニティからのすべてのアップデートを指します。イーサリアム研究者のダニー・ライアン氏が述べているように、イーサリアム 2.0 の主な設計目標は次のとおりです。
システムの復元力: 目標は、ノードが大規模にダウンしたり、ネットワーク全体が分断されたりした場合でも、システムを正常に実行し続けることです。
セキュリティ: 目標は、暗号化を使用し、単位時間あたりできるだけ多くの検証ノードが検証に完全に参加できるようにメカニズムを設計することです。

永続性: システムには量子安全なコンポーネントを選択するようにしてください。コンポーネントの量子安全性がしばらく保証できない場合は、簡単に交換できるコンポーネントを選択してください。将来的に量子安全コンポーネントが登場した場合、これらの一時的なコンポーネントは量子安全コンポーネントに簡単に置き換えることができます。

分散化: 目標は、通常のラップトップで、複雑度 O(C) のリソースを使用して、複雑度 O(1) のシャーディングタスクを処理/検証できるようにすることです (ビーコンチェーン検証などのシステムレベルの検証を含む)。これにより、より多くのローエンドデバイスがネットワークに参加できるようになります。

これがどのように機能するかを理解するために、セレニティの各ステージの詳細を見てみましょう。

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フェーズ 0: ビーコンチェーンビーコンチェーン

ビーコンチェーンは、イーサリアムブロックチェーンとは別のブロックチェーンになります。この新しいチェーンには、メインの Proof-of-Work (PoW) Ethereum ブロックチェーンと並行して実行される Proof-of-Stake (PoS) コンセンサスアルゴリズムが搭載されています。当初、わかりやすくするために、ブロックチェーンはスマートコントラクトやアカウントをサポートしていませんでした。

この記事の執筆時点では、イーサリアムはビットコインで使用されているものと非常によく似た「プルーフ・オブ・ワーク」(PoW) コンセンサスアルゴリズムを使用しています。イーサリアムでは、このアルゴリズムの名前は Ethash です。ビーコンチェーンでは、Casper と呼ばれる新しい PoS アルゴリズムが登場します。イーサッシュをキャスパーに置き換える計画はここ数年で何度も延期されており、困難を打開しPoWの強制排除を遅らせるために何らかの介入が必要となった。これで、ついにビーコンチェーンが完成しました。

PoS コンセンサスメカニズムによれば、ブロックチェーンは一連の検証を追跡し、ブロックチェーンの基礎となるデジタル資産 (この場合はイーサ) を保持している人は誰でも、特定のタイプのトランザクションを送信して自分のイーサをデポジット検証にロックすることでこれを行うことができます。。バリデーターは順番に次の有効なブロックを提案し、投票します。バリデーターの投票の重みは、デポジット (賭け金) のサイズによって異なります。バリデーターの大多数が構築したブロックを拒否した場合、バリデーターはデポジットを失うリスクがあります。代わりに、バリデーターは、過半数が受け入れた各ブロックの賭け金に比例した少額の報酬を受け取ります。したがって、PoS はバリデーターに、報酬と罰のシステムを通じて誠実に行動し、コンセンサスルールに従うことを強制します。

ETH2: 新しいイーサ

フェーズ 1 のもう 1 つの特徴は、新しいビーコンチェーンで検証された新しい資産である ETH2 の導入です。この新しいETH2は、ビーコンチェーン上のトランザクションを検証することに対する報酬として作成され、どのETH1でも購入できます。当初、ETH2 をビーコンチェーンから外す方法はありませんでした。誰かが新しいチェーンのバリデーターになる場合、元のチェーンをステーキングするには少なくとも 32 ETH が必要です。

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フェーズ 1: シャードチェーン

シャーディングは、トランザクションの並列実行を可能にするスケーラビリティ技術です。これは、ネットワークをシャードに分割し、ネットワークが多数のトランザクションを同時に処理できるようにすることで、トランザクションのスケールアップを支援するためです。

Vitalik Buterin は、「断片化」について次のような見解を表明しました。

シャーディングは、初期サイズ約 100 のビーコンチェーンに導入されます。バリデーターは自身のシャードからのトランザクションを検証します。最初のフェーズでは、スマートコントラクト、アカウント、または資産は承認されません。

シャーディングによりスケーラビリティが向上しますが、考慮すべき点がいくつかあります。バリデーターは検証するトランザクションのプールが小さいため、ネットワーク全体ではなくコンピューティング能力 (またはステーク) の 51% のみを必要とするため、51% 攻撃が容易になります。

この手法は、各シャードを少数のバリデーターセットで検証できるため、集中化の強化にもつながる可能性があります。集中化やリスク攻撃を回避するためにすべてのバリデーターがランダムに選択されていることを確認するには、まだ徹底的にテストする必要があるため、この段階がどのように実装されるかを見るのは非常に興味深いでしょう。

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フェーズ 2: 新しいイーサリアム仮想マシン eWASM

EVMとは

イーサリアムシステム上のすべてのノードは、ブロックチェーン上で最終トランザクションを実行するためにスマートコントラクトを実行する必要があります。イーサリアム仮想マシン (EVM) を使用すると、これらのスマートコントラクトを実行できます。

EVM はイーサリアムネットワークの中心であり、スマートコントラクトの展開と実行の中核です。これは、それぞれが独自の永続的なデータストアを持つ、何百万もの実行可能オブジェクトを含む世界的に分散されたコンピューターと考えることができます。技術的には、これは機械語命令のスタックベースの実行です。スマートコントラクトは、Solidity などの「高レベル」言語で記述され、EVM で実行できるようにバイトコードにコンパイルされます。

現在の EVM の主な問題の 1 つは、トランザクションが順番に処理されることです。 PoS とシャーディングの変化に伴い、トランザクションを並列処理する必要がありますが、現在の EVM はこれには適していません。

新しいEVM

新しい EVM は eWASM と呼ばれ、Ethereum WebAssembly の略です。 WebAssembly は、実行可能プログラム用の移植可能なバイナリコード形式を定義するオープンスタンダードです。 EVM のこの新しいアーキテクチャは、より優れたパフォーマンスを提供し、新しいブロックチェーン上でスマートコントラクト、アカウント、状態などをサポートする可能性があります。 eWASM の開発は現在非常に初期段階にあり、2021 年にリリースされる予定です。現在、まだ多くの研究が必要です。

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フェーズ 3: 継続的な改善継続的な改善
「継続的改善」は、以前のフェーズの今後のすべての変更、修正、改善、およびその後に続くすべての変更を含むコード名です。残念ながら、当初は 2022 年に開始される予定だったため、この段階についてはあまり情報がありません。私たちが知っているのは、次のテクノロジーが実装されるということです。
軽量クライアント。