イーサリアム 2.0 の包括的な探求
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)編集者注: この記事は以下から引用しました
、著者：BitMEX Research、翻訳：Ziming、Odailyによる許可を得て転載。
まとめ
要約: この記事では、(他に延期する理由がない場合) 早ければ 2020 年 7 月にローンチされる予定のイーサリアム 2.0 に焦点を当てます。ただし、イーサリアム 2.0 の開始は、それほど重要なイベントではないかもしれません。当初、イーサリアム 2.0 は主に、新しいプルーフ オブ ステーク コンセンサス メカニズム (PoS) のテスト ネットワークとして動作します。経済活動とスマートコントラクトのほとんどは元のイーサリアムネットワーク上に残り、元のイーサリアムネットワークはイーサリアム2.0のパラレルチェーンとして存在し続けます。前のバージョンの間には一方向のチャネルが存在します。つまり、イーサリアム 1.0 からイーサリアム 2.0 に移行することはできますが、その逆はできません。シャーディングを通じて拡張するというイーサリアムの現在の決定を考慮すると、イーサリアムは複雑で長い移行を経験すると考えられます。
副題
まとめ
イーサリアムは、デジタル経済全体を新しいネットワーク、イーサリアム 2.0 に移行させようとしています。この移行は実際にはハイリスクかつ複雑であり、長い時間がかかります。私たちの意見では、イーサリアム 2.0 の主な動機はスケーラビリティです。結局のところ、イーサリアム ネットワークは開始以来人気があり、ネットワーク上のトランザクションが大幅に増加していることがわかりました。この勢いが続くためには、フルノードオペレーターとコンセンサスエージェント（PoWかPoSかに関係なく）は、これまで以上に強力なコンピューターを実行する必要があります（これはまた、より高価な関連コストを意味します）。これは最終的にはますます集中化につながり、システムの反検閲特性が低下する可能性があり、これが続けば最終的にはネットワークが無意味になってしまいます。
シャーディングの中心的な問題は、それがイーサリアムの経済モデルの変更を意味することです。たとえば、イーサリアムが制御不能な単一世界のコンピューターである場合、それを複数のシャード (複数のコンピューター) に分割すると、すべてのユーザーの期待に応えられない可能性があります。シャード 1 のスマート コントラクトがシャード 2 のスマート コントラクトと対話したい場合、シャードは一連のイベントについて合意に達し、情報を共有する必要があるため、そのプロセスでは、少なくとも対話する場合に比べて多くの摩擦が生じます。同じシャード上に 2 つのコントラクトがある場合、エクスペリエンスは異なります。そのため、イーサリアム 2.0 の開始により、いわゆる「単一世界コンピューター」の以前のビジョンがある程度解明されることになります。イーサリアムとシャーディングを相反する概念と見る人もいます。しかし、イーサリアムネットワークが特定のニッチ領域（ニッチケース）に介入している可能性がある、つまり、ユーザーの異なるセグメントが異なるタイプのアプリケーションに興味がある場合、それらの間で対話する必要はほとんどないと考える人もいます。イーサリアム ネットワークでは、シャーディングが重要になる可能性があり、ネットワーク全体の柔軟性を向上させながら、異なるセグメントのユーザーが同じ基礎となるイーサリアム トークンを共有できるようになります。
実際、シャーディングはイーサリアムの動作方法における根本的な変化を表しており、これがシャーディングへの移行が実際に考えられているよりも破壊的な変化である理由を説明しています。既存のスマート コントラクトを単純にシャーディング ネットワークに転送することはできません。新しいイーサリアム ネットワークは、元のネットワークのスマート コントラクトも新しい環境に適応するために再構築する必要があることを意味します。この移行は長くて痛みを伴うプロセスとなるでしょう。イーサリアム 2.0 の初期段階では、イーサリアム 1.0 と並行してパラチェーンとして存在し、将来のある時点で 2 つのチェーンが再び 1 つに統合されます。
副題
移行の 3 つの段階
以下の図に示すように、イーサリアム 2.0 への移行は 3 つのフェーズで行われます。
イーサリアム 2.0 の開始後は、2 つのイーサリアム ネットワーク (イーサリアム 1.0 とイーサリアム 2.0) が並行して実行されることになります。当初、イーサリアム 1.0 上のトークン (以下、Eth1) をイーサリアム 2.0 上のトークン (Eth2) に交換することはできましたが、その逆の操作は実行できません。したがって、理論的には、Eth2 の取引価格は Eth1 の価格以下である必要があります。ただし、移行の初期段階では、コインはステーキング以外に使用できないか、基本的な取引活動さえも可能であるため、Eth2 に価格が設定されたり、取引所によってサポートされたりする可能性はほとんどありません。
トークン発行
Eth1 を Eth2 に変換するには、ユーザーは Eth1 で預金契約を使用する必要があります。この契約は本質的に Eth1 を破壊し、この破壊は新しい Eth2 を発行するための基礎として使用されます。したがって、Eth1 は基本的に永久に破棄されます (ただし、ハード フォーク プロトコルの変更を通じて Eth1 チェーン上のトークンを復元することは可能です)。 Eth2 に変換されたトークンは、自動的に PoS バリデーター プールに入ります。 PoS に関する 2018 年の記事で説明したように、PoS の背後にある考え方は、コンセンサスエージェントに帰せられる投票と報酬の重みは、ユーザーが預けたトークンの量によって決まるというものです。 Eth2 仕様では、各ステーキング エージェントには 32 ETH が必要です。 32 ETH を超える ETH がコントラクトに送信された場合、ステーカーはこれらの追加コインから収入を得ることができず、送信された ETH が 32 ETH 未満の場合、ステーカーは手持ちの Eth2 をアクティブ化しません。したがって、Eth1 を Eth2 に変換したい場合は、32 ETH のバッチで送信する必要があり、ETH の各バッチは独立したステーキング エージェントと見なすことができます。
副題
前述したように、イーサリアム ネットワークには 2 つの並列システムが同時に存在します。元のイーサリアムは引き続き PoW チェーンとして動作しますが、イーサリアム 2.0 は新しい PoS システムの下で動作します。この間、コンセンサスエージェントの両当事者、マイナーとステーカーはインセンティブを必要とします。したがって、2つのシステムが最終的に統合されるまで、イーサリアムのインフレ率は増加します。これは現時点では欠陥とみなされるかもしれませんが、イーサリアム 2.0 への移行を確実に成功させるためには支払う価値のある代償です。
上記の式の Eth2 は、PoS に転送されるトークンの量です。この式の背後にある考え方は、より多くの Eth1 が Eth2 に転送されるほど、より多くの新しいコインが発行されますが、ステークされるコインが増えるほど、利用可能な ROI が低下するため、利用可能な ROI は減少するというものです。以下のグラフからインフレ率の変化が分かります。
(出典: BitMEX リサーチ)
画像の説明
(注: ビーコン チェーンを開始するには少なくとも 16000Eth2 が必要です)
画像の説明"(出典: BitMEX リサーチ)"上記のリリーススケジュールはインセンティブに基づいており、インセンティブは最初にトークンを Eth2 とステークに移動する強力なインセンティブがあることを保証する必要があります。 Eth2 がすでに非常に成功している場合、Eth1 の需要は少なくなるため、この移転のインセンティブはますます低くなります。これにより、十分なトークンが確実に Eth2 に転送されるため、新しいネットワークは大規模になり、Eth2 が実際に非常に人気がある場合、そのようなトークンの発行額はそれほど高くはなりません。
もちろん、これらすべての新しいコインが発行されているため、このメカニズムがイーサリアムのオリジナルとどのように一致するのか疑問に思う人もいるかもしれません。
永続的な線形インフレ
プラン？
「永続的線形供給増加モデル（永続的線形供給増加モデル）は、一部の人々の富がBTCに集中するリスク（富の集中）を軽減し、現在および将来に生きる個人がデジタル通貨を入手する公平な機会を得ることができるようにするとともに、 ETHを妨げる。「供給増加率」が依然として時間の経過とともにゼロに向かう傾向にあるため、減価償却が発生する。」
(出典: イーサリアムホワイトペーパー)
また、潜在的に上昇するインフレを引き下げる可能性がある根本的な要因も数多くあります。
フェーズ 1 では、料金システムは、基本料金 (トークンが焼かれる) とプレミアム料金 (ステーカーへの報酬として) の 2 つの要素をカバーする予定です。これらのバーンされたトークンはインフレ率を低下させます。
バリデーターは不正行為に対してペナルティを課され、それらのトークンは破棄されます。
上記のメカニズムにより、Eth2の破壊が起こり、インフレ上昇の影響が抑制されることになりますが、各要因がどの程度抑制されるかを予測することは困難であり、Eth2の発行レートには大きな不確実性があります。
取引手数料の一部が燃焼されることの有効性については確信が持てないことは言及しておく価値があります。経済的な観点から見ると、コンセンサスエージェントとユーザーの利益は一致しており、ユーザーはコンセンサスエージェントに一定のサービス料を支払う必要があります。コンセンサスエージェントがブロック報酬ではなく、ユーザーが支払った手数料によって全額資金が賄われている場合、両当事者間で紛争が発生する可能性は低くなります。同時に、正しい報酬スケジュールを恣意的に決定しようとすると、手数料市場に任せる場合と比べて非効率になる可能性があります。もちろん、この時点ではBTCも成功しておらず、ブロック報酬は依然として多額です。イーサリアムに関する限り、その影響を相殺するためにインフレ計画を削減する方法として、すべての取引手数料がバリデーターに支払われる方が、長期的にはより持続可能である可能性があります。結局のところ、バリデーターはユーザーのアクティビティを安全に保つためだけに存在しており (ユーザーが何もしなければセキュリティは必要ありません)、これによりセキュリティとインフレの間の難しいトレードオフが容易になる可能性があります。
二本鎖のマージ
私たちの意見では、最終計画、つまりオリジナルのイーサリアムとイーサリアム 2.0 の合併の実現にはまだ数年かかる可能性があります。これは、元のイーサリアムをイーサリアム 2.0 内のシャードにすることで実現できます。これにより、2 つのトークンが最終的にマージされるまで、シャード間でのトークンの双方向転送が可能になります。計画によれば、元のイーサリアムで現在行われているアクティビティのほとんどは、イーサリアムシャード内で継続できるようになります。
副題
以下の表は、イーサリアム 2.0 仕様の中で最も重要かつ意味のある定数の一部であると考えられるものです。
PoS
画像の説明
(出典: BitMEX Research、イーサリアム 2.0 仕様)
副題
PoS は、最も蓄積されたステーク (つまり、最も多くのコインに投票したチェーン) に基づいてフォーク ルールを選択するという一般的な考え方です。もちろん、投票プロセスをどのように構成するかという問題にも直面します。イーサリアム 2.0 投票システムの背後にある中心原則は、2018 年のイーサリアム提案で述べられたものから変わっておらず、依然として Casper Friendly Finalty ガジェットのアイデアに基づいています。ただし、Casper Friendly Finalty Gadget と最新の Message Driven Greedy Heaviest Observed サブツリー フォーク選択ルール (つまり、CasperFFG および LMD GHOST フォーク選択ルール) の組み合わせに基づいて、このシステムは更新されました。
投票システムの基本的な仕組みをコンポーネントに分けて説明します。最初に考慮すべきことは、ステーカーの大きなプールがあり、各ステーカーは最大 32 ETH を表します (ステーカーをアクティブ化するには 32 ETH が必要ですが、この数は非アクティブ化されるまで 16 ETH にまで低下する可能性があります)。このプールはブロックに直接投票するのではなく、さまざまな投票委員会に編成され、そのメンバーはより大きなプールからランダムに選出されます。
実際の状況は、上の図に示されているものよりももう少し複雑です。フェーズ 0 では、スロットごとに最大 64 の検証委員会が存在できます (上記のように 1 つだけではありません)。したがって、各委員会のメンバーが 128 人の場合、各エポックには最大 262,144 人のステーカー (約 840 万 ETH) を含めることができます。
各ステークエージェントは委員会に割り当てられ、ステークの数が増えるほど委員会の規模も大きくなります。委員会の最大規模は 2048 で、これはエポックごとに使用されるイーサリアムの総供給量にほぼ相当します (委員会 64 個 * 32 ETH * 32 スロット * 委員会あたり 2048 人のステーカー = 1 億 3,420 万 ETH)。そのため、ステークする人がどれだけ多くても、委員会には常に十分な余地があります。以下のグラフは、ステーキングプール内のETHの量に応じて委員会の数と委員会ごとのメンバーの数がどのように変化するかを示しています。これは、ステーキング プールが増加するにつれて、委員会の数が最初に 64 に増加し、その後 (ステーキング プールが約 840 万 ETH になると) 委員会の規模が増加し始めることを示しています。
どのブロックが最も多くの票を持っているかを判断するには、すべての委員会の票を合計する必要があります。有権者が好成績を収めた場合、新しく発行されたイーサリアムのプールから報酬を得ることができます。一方で、有権者が特定の種類の悪意のある行為を行った場合、罰せられ、有権者の一部を失います。悪意のある行為に対するこれらのペナルティは、有権者が 2 つの矛盾するブロックに投票するようなことが起こらないようにするためのものです。ただし、場合によっては、矛盾するブロックに投票することが合法となる場合があるため、ペナルティ ルールは直感的ではありません。これらのルールについては、レポートの後半で説明します。
副題"ファイナライズ"特定の段階ですべての委員会の上に構築されたチェックポイント モジュールがあり、委員会メンバーの 3 分の 2 以上がチェックポイントについて言及することに投票した場合、そのモジュールは
明確な
。これは、エポックの 3 分の 2 という早さで達成できます。次の段階はファイナライズであり、ブロックチェーンのブロックの後に 2 つの確認済みブロックが含まれる場合、そのブロックはファイナライズされます。したがって、ほとんどの場合 (通信チャネルが強力であるため、3 分の 2 の投票しきい値はすぐに達成できます)、ユーザーはブロックの検証と完了までに約 1 エポック (6.4 分)、2 エポック (12.8 分) ほど待つ必要があります。以下に示すように。
副題
ペナルティ条件
上で述べたように、削減条件は明確に示されておらず、投票者が矛盾する 2 つのブロックに投票したというだけで罰せられることはありません。したがって、有権者が処罰される可能性がある状況は 3 つあります。
ブロックプロデューサーは、割り当てられたスロット内で 2 つの競合するブロック提案を作成します。
同じ高さのチェックポイント ブロック遷移参照への競合する参照を含む 2 つの投票を生成します。
重複するチェックポイント ブロック遷移参照を持つ 2 つの投票を生成します。たとえば、チェックポイント ブロック 1 からチェックポイント ブロック 4 への遷移を参照する投票と、チェックポイント ブロック 2 からチェックポイント ブロック 3 への遷移を参照する投票です。このルールは、すべてのブロック遷移参照が順序どおりであるべきであるというより明白なルールに置き換えるべきだと主張する人もいるかもしれませんが、正直なノードは順序が乱れた投票でチェックポイント ブロックを見逃す可能性があり、おそらく合法です。この動作を次の図に示します。
副題
ファイナライズ後は、ユーザーの取引が二重に支払われてはいけないことが確実になります。しかし、これらのシステムの評価は非常に難しく、収束度や完成度を評価することは非常に困難です。
投票委員会、投票委員会のインデックス、チェックポイント ブロックの遷移の参照、ファイナライズまでの 2 エポックの待機というこのプロセス全体は、おそらく不必要な抽象化です。 PoS システムをさまざまな部分に分割することで複雑さが増し、セキュリティ モデルの根本的な欠陥であるステークの問題がわかりにくくなるだけです。一方で、PoS プロセスをこれらのサブパートに分割すると、ネットワークのセキュリティ特性が実際に強化される可能性があります。確率のバランスを考慮すると、これらの投票プロセスによりセキュリティと安全性がある程度向上する可能性があると考えられます。投票プロセスの複雑さ（投票ラウンドにわたるステーキングなど）により、ステーキングクライアントを利益を最大化する非取引行動に変更することは技術的に非常に困難になる可能性が高く、ある程度のセキュリティが強化されます。しかし、これによってシステムが長期的に生き残り、繁栄できるほど堅牢になるかどうかは、私たちの意見では実際には未解決の問題です。しかし、私たちのレビューと分析の中で、このシステムに対する私たちの理解は不完全であることを述べておきたいと思います。
上記の説明はこのプロセスの基本的な概要にすぎず、言及していないことが多く、システムには多くの省略があることに注意してください。たとえば、ステーキングプールへの出入り、各ステーカーの報酬とペナルティの計算方法、内部告発者による不正行為の報告方法、すべての投票データが占めるブロックスペースの量、ステーキング投票の集計方法などの問題には触れていません。そして数えました。
シャーディング
このように、シャードチェーンブロックがビーコンブロックを参照する方法（ビーコンブロックのハッシュ値を利用する方法）と、ビーコンブロックがビーコンチェーンブロックを参照できる方法（これをクロスリンキングと呼びます）の2つの参照方法があります。一部のビーコン ブロックでは一部のシャード参照が失われる可能性がありますが、すべてのシャード チェーン ブロックはビーコン チェーンにリンクする必要があります。
画像の説明
(出典: BitMEX リサーチ)
画像の説明
(注: 青い矢印はブロックのハッシュを表し、各ブロックに含める必要があります。灰色の矢印はクロスシャード参照を表し、ビーコン ブロックに含まれる場合と含まれない場合があります。 フラグメントが見つからない場合、図の右側に示すように、次のビーコン ブロックに参照を含めることができます)
フェーズ 1 では、シャーディング システムとシャーディング プロセスが相互に関連するようになることに注意することが重要です。フェーズ 0 から、スロットごとに複数のバリデーター委員会がシャードにマッピングされるようになりました。その結果、各シャードには独自の階層的な投票委員会があり、提案者委員会ごとに変更されます。ビーコン チェーンと同じように、委員会の 1 人のメンバーには特定のスロットにブロックを生成するタスクが与えられ、残りの委員会メンバーは各提案に投票します。考慮すべき重要な点は、ビーコン チェーンがクロスリンクを通じてシャード ブロックを参照する場合、これらの投票情報がすべてビーコン チェーンに含まれるということです。
以下の図は、シャード チェーンへのステーカーの可能な割り当てを示しています。フェーズ 1 では、ステーキング エージェントがビーコン チェーンまたは特定のブロックチェーンにランダムに割り当てられます。 840万ETH未満の場合、すべてのシャードを完全に提供するのに十分なステーキングエージェントがいないため、シャードがある程度縮小する可能性があります。
したがって、ビーコン チェーン上のスロットごとにバリデーターの委員会が 1 つだけ残されます。各シャード ブロックには、最新のビーコン ブロックのハッシュと が含まれています。ビーコン ブロックには、シャード (クロスリンク) からのすべての投票データが含まれる場合があります。
したがって、すべてのブロックチェーンでの投票とステーキングは、メイン ビーコン チェーンのフォーク選択ルールを計算して最終決定するプロセスでも使用できます。 PoS は以前と同じように機能しますが、委員会インデックスに含まれる投票情報の代わりに、ビーコン チェーン上の投票情報に各シャードの投票情報が含まれる点が異なります。
個々のシャード チェーン内にはチェックポイント ブロックはなく、認証や終了プロセスもありません。代わりに、ブロック内のトランザクションのファイナリティを保証するには、ビーコン チェーンを待つ必要があります。ビーコン チェーン内の関連ブロックが完了すると、シャード チェーン内のユーザーはシャード内のトランザクションを確実に行うことができます。
したがって、クロス結合には次の 3 つの機能があります。
シャード間での ETH やその他の資産の転送など、他のすべての形式のシャード間通信に関しては、私たちが知る限り、そのメカニズムは完全には解決されていません。このトピックはフェーズ 2 まで取り上げられないかもしれませんが、これはスケーラビリティと可用性の間に不完全な妥協を生み出すもう 1 つの領域になる可能性があります。ここでの課題は非常に大きいため、シャーディング モデル全体が疑問視されているとさえ言えます。
結論は
シャード構造により、ノードを実行したい人に柔軟性が提供されます。ビーコン チェーンと各シャードのすべてを処理するノードを実行できます。いくつかのシャード ブロックのヘッダーを含むビーコン チェーンを実行することもできます。ビーコン チェーンと選択したシャードのサブセットを検証するためにノードを実行する 3 番目のオプションもあります。すべてのシャードを処理するノードを実行しないことを選択した場合、それらのシャード内のプロセスの信頼性をチェックするために他の人に依存することになりますが、一部のユーザーはそれらのシャードを検証することを選択するため、保証の程度は次のようになります。確率的に高い。
副題
結論は
イーサリアム保有者は、DAO、ICO、Maker、あるいは現在の DeFi など、新しい複雑なシステムを試すことを好みます。しかし、イーサリアム コミュニティの一部のメンバーは、イーサリアム技術は 5 年前のものであり、遅れているのではないかという懸念を私たちに表明しています。したがって、イーサリアム 2.0 は、新しいアイデアを試したいコミュニティのニーズを満たします。そのため、ステーキング報酬を獲得するために相当な量の資金がイーサリアム 2.0 に注ぎ込まれ、その額は ETH で数十億ドルに相当する可能性があると予測しています。
