イーサリアム 2.0 の状況に関する最新レポート: 64 のシャードが開始され、バリデーターの数は 2 年以内に数十万に達すると予想されます

編集者注: この記事は以下から引用しましたバビット情報（ID：bitcoin8btc）編集者注: この記事は以下から引用しました

バビット情報（ID：bitcoin8btc）イーサリアム2.0の現状、ダニー・ライアン著、カイル訳、許可を得て出版。

この記事は、イーサリアム 2.0 コーディネーターの Danny Ryan によってイーサリアム公式ブログに公開されたものです。原文は「」です。

イーサリアム2.0の現状

』（2020年6月）。この記事では、Danny Ryan がイーサリアム 2.0 (eth2) の最新状況、進捗状況、計画について紹介しました。

素晴らしい意見とフィードバックをくださった Sacha Saint-Leger、Joseph Schweitzer、Josh Stark、protolambda に心より感謝いたします。

私は eth2 について説明し、質問に答えるのに多くの時間を費やしています。関連する研究や技術仕様について技術貢献者とコミュニケーションをとるとき、その一部には深さや技術的な側面が含まれますが、最近では、eth2 の進捗状況、方向性、動機、設計上の決定、遅延などについてコミュニティに質問することが増えています。こういう対話は本当に楽しいです。 eth2 について説明するとき、私はとても興奮し、さまざまな部分の進行状況を説明するための新しい方法を考え出したり、聴衆に基づいて適切な例えを見つけたりして、コミュニティを機能させ、透明性を保つようにしています。

ただし、この動的/会話型アプローチは貴重ではありますが、コミュニティ内の多くの人にはほとんど知られていないままです。何度も同じ質問をされ、半年経ってもまた同じ質問をされました。ここには明らかに情報伝達の問題があります。コミュニティが知りたい情報はすでに公に存在していますが、研究投稿、技術仕様文書、仕様文書、公開電話会議、公開チャット チャネル、reddit、ブログ投稿など、さまざまな形で Web 上に散在しています。 devcon5 に続いて、eth2 内のユーザーとコミュニティ内の他のユーザーの間の情報ギャップを埋めるための私の最初の試みは、新しいブログ シリーズ「eth2 クイック アップデート」です。これらは eth2 を理解するのに役立つ情報の小さな断片ですが、eth2 のより大きな観点を実際には伝えていないことに気づきました。ポッドキャスト、AMA、カンファレンスを伝達したり議論したりできるのは事実ですが、その場合でも、eth2 に関する書面による声明が役立つでしょう。

この記事は、eth2 についてまだ混乱しているイーサリアム技術者にも役立つかもしれません。心配しないでください、すべてわかります。このプロジェクトは大規模で複雑で、実現にはまだ程遠いものですが、目の前の差し迫った問題を解決する間は無視しても構いません。この記事が今後の内容をより深く理解するのに役立つことを願っています。

eth2 ワーカーの場合は、この投稿から何かを学ぶこともできるかもしれません。つまり、私たちが現在どのような状況にいるのか、そして今後のことについて私がどのように考えているのかをより広く理解できるようになります。

免責事項: この記事の内容は私 (ダニー・ライアン) の個人的な意見です。 eth2 は進化し、進化しており、多くの声や視点があります。この記事は、eth2 についての私自身の理解を示したものです。

最初のレベルのタイトル

eth2とは何ですか?

「Eth2 はスケーラブルなプルーフ オブ ステーク (PoS) インフラストラクチャです」

過去 6 か月間で私の話を聞いたことがあるなら、今回も何度も私の話を聞いているはずです。 Eth2 はイーサリアム用に構築され、最終的にはイーサリアムになります。現在のやり方への混乱を最小限に抑えながら、現在のイーサリアムメインネットにより安全でスケーラブルな環境を提供することを目的としています。同時に、アップグレードされた環境も提供されます。

イーサリアムが誕生する前は、単一のブロックチェーン パラダイムでは、新しい分散型インターネットのバックボーンとして機能するのに十分な帯域幅を提供できないことがよく知られていました。イーサリアム関連のプルーフ・オブ・ステーク (PoS) とシャーディング (Sharding) 研究の歴史は 2014 年にまで遡ります。 PoS とシャーディングは両方とも、次の質問に答えることを目的としています。暗号経済を裏付ける一定量の資本があれば、消費者ハードウェアがコンセンサスに参加できるようにしながら、セキュリティとスループットを向上させることはできるでしょうか?この記事ではこれまでの歴史については説明しませんが、重要なのは、この探求には長い年月がかかり、多くの間違った方向に進んできたということです。最終的には肯定的な答えが得られ、その答えは eth2 プロジェクトであることが証明されました。

ビーコン チェーンは eth2 のフェーズ 0 であり、新しいコンセンサス メカニズムの中核です。ここで、すべてのシステムレベルのアクティビティとオーケストレーションが行われます。フェーズ 0 では、世界中の数千のノードにまたがる数十万のコンセンサス エンティティ (バリデータ) とのコンセンサスに達します。

ステージ1

フェーズ 1+ ではバリデーターのサブセットをシャード間で分散するという技術要件があるため、多数のバリデーターを処理できる必要があります。エンジニアリングの複雑さの多くは、この要件に起因しています。数百、数千のバリデーターを備えた他の非シャードのプルーフ・オブ・ステーク メカニズムと比較すると、eth2 は少なくとも ~1,600 のバリデーターを持つように設計されており、その数は 2 年以内に数十万に達すると予想されます。

ステージ1

フェーズ 0 は合意に達することを目的とし、フェーズ 1 は「多くのこと」について合意に達することを目的としています。これらの「トランザクション」は、多くのシャード チェーンの形式で提供されます。シャード チェーンは、今日のイーサリアムとほぼ同じ複雑さを持つ独自のブロックチェーンと考えることができますが、eth2 コンセンサスの下に存在します (つまり、ビーコン チェーンの下にあり、ビーコン チェーンによって構築/制御されます)。ビーコンチェーンのバリデーターには、シャードチェーンの構築と検証、各チェーンの状態、可用性、有効性に対する暗号経済的コミットメントを行い、コアシステムに報告するというランダムな短期タスクが与えられます。

フェーズ1.5

ステージ2

フェーズ 1.5 は、イーサリアムの現在のメインネットをシャード (フェーズ 1 で作成された多くのシャードの 1 つとして存在します) として新しい eth2 コンセンサス メカニズムに統合することです。これは、Proof-of-Work (PoW) マイニング アルゴリズムで構築されたイーサリアムではなく、eth2 バリデータで構築されています。このコンセンサス メカニズムのホット スワップは、既存のアプリケーションやユーザーにとってほとんど透過的です。これらのアプリケーションは進化し​​続けますが、開発者はこの時点で、より高性能なシステム (より優れたセキュリティ、適切な経済的ファイナリティ、ロールアップやその他の興味深いアプリケーション用のより多くのレイヤー 1 データ) を手に入れることになります。

副題

ステージ2

フェーズ 2 では、元の Ethereum シャードだけでなく、より多くのシャードに状態と実行が追加されます。これにはさまざまな形式が考えられます。どのような形状とその背後にある詳細を解明することは、今日の研究とプロトタイピングのホットなテーマです。これについては、以下のセクションで詳しく説明します。

コミュニティに対する eth2 の利点

これらの開発段階すべてを大まかにカバーしてきましたが、実際にはステージ 0 が目の前にあるように感じられます。しかし、そのロードマップはまだまだ先のように思えます。これらのアップグレード段階で実際に eth2 に何を期待できますか?

良い質問！全体として、各ステップで、イーサリアム ネットワークとコミュニティがますます関与するアップグレードの波が発生することになります。ユーザーとして、できるだけ早くフェーズ 0 のステーキングに参加することも、フェーズ 1.5 でイーサリアムが eth2 に完全に移行するまで待つこともできます (Dapp 開発者とユーザーの観点からすると、この移行はシームレスである必要があります)。参加する方法と段階に関係なく、すべてが明らかになり始めるにつれて、注目すべき重要なマイルストーンとメリットが存在します。

まず最初に、皆さんの多くが将来のステーキングに参加したいと熱望している「熱心な」ETH 保有者であることを私は知っています。すべての潜在的な検証者、特に愛好家にとって、フェーズ 0 は最適です。フェーズ0には独自のリスクと期間が伴うため、一部のプレイヤーにとっては魅力的ではありません。そのため、私は個人的にこのフェーズがアマチュアと長年のイーサリアム信者の両方にとって恩恵となることを期待しています。これは、eth2 に足を踏み入れ、長期にわたってイーサリアムのビジョンに影響を与え、早期導入者としてより高い ETH 報酬を獲得できるまたとない機会です。

フェーズ 1 についてはどうですか?現在のイーサリアムを eth2 に統合する前に、このすべてのデータを使って何か役立つことはできないでしょうか?はい

レイヤ 1 データは、ローカル計算を行わない場合でも非常に役立ちます。実際、過去 12 か月間で最も有望なレイヤー 2 スケーリング ソリューションは、レイヤー 1 データが利用可能になるとスケールする、いわゆる「ロールアップ」チェーン (オプティミスティックおよび ZK) でした。 eth2 データ層は、イーサリアムに 1 ～ 4 MB/秒のデータ可用性を提供すると予想されており、ロールアップ テクノロジーと組み合わせると、大幅なスケーラビリティが実現します。しかし、イーサリアムの初期のバラバラさと最初のシャーディングの新しい世界のため、eth2 シャードのデータを明確にすることは困難です。これが、EIP 2537 がイーサリアム メインネットにとって非常に重要である理由の 1 つです。プリコンパイルされたネイティブ BLS (新しい eth2 署名アルゴリズム) を使用すると、効率的な eth2 ライト クライアントを堅牢性コントラクトとして作成でき、フェーズ 1.5 統合の前にイーサリアム アプリケーションが eth2 内のデータの所有権を主張できるようになります。

これに加えて、他のシャード チェーンでの状態/実行を有効にすることで、時間の経過とともにスケーラビリティをさらに高めることができます。これは、EVM または eWASM と呼ばれる新しい仮想マシン (VM) の形式で提供される可能性があります。どの VM が選択されるかに関係なく、既存の Ethereum EVM シャードと新しいシャード チェーンは、ビーコン チェーンを通じてローカルで対話および通信できるため、複数実行シャーディングのビジョンを実現できます。

見えますか？それは旅ですが、その過程で得られるものはたくさんあります。

このアプローチの難しさとその価値がある理由

非常に多くのバリデーター

シャーディングの重要な部分は、プロトコルの一部 (シャードなど) を検証するために委員会に参加するコンセンサス参加者 (バリデーター) のランダムなサンプリングに依存します。プロトコルに十分なバリデーターがあり、攻撃者が最大サイズに達すると仮定すると (たとえば、バリデーターの 1/3 を制御する)、いずれかの委員会を乗っ取って突破することは数学的に不可能です (確率は 1/2^40 程度)。システム。これにより、ラップトップや古い携帯電話などの消費者向けコンピューターを持っている人なら誰でもバリデーターになれるようにシステムを設計することができます (バリデーターはシステムのサブセクションに割り当てられており、マシンのコンピューティング リソースは任意のサブセクションを検証できるためです) ）。

これが、シャーディングを信じられないほど難しくしていると同時に、困難にしているものでもあります。まず、このランダム サンプリングを確保するには十分なバリデーターが必要です。これは、eth2 には、他のほとんどの (私が思う) プルーフ オブ ステーク プロトコルよりも多くのバリデーターがあることが期待されることを意味します。これにより、リサーチからコンセンサスメカニズムの仕様、ネットワーク、リソース消費、クライアントの最適化に至るまで、プロセスのあらゆる段階で課題が生じます。バリデータを追加すると、システムの各ステップでシステム負荷が発生するため、これを考慮する必要があります。 Eth2 クライアント チームは、フェーズ 1 で多くのシャードを安全に統合できるように、数千のバリデータとのコンセンサスを管理するという困難なタスクを実行しました。

とてもたくさんの破片

私たちの構築を困難にしたもう 1 つの基本的な設計上の決定は、イーサリアムでは分散化を損なうことなくスケーラビリティを達成することを選択したことです。

ユーザーが実際に自分自身でチェーンを検証できるかどうか、またはネットワークで実際に利用できるデータ量を保証できるかどうかを気にしなければ、1 秒あたり数万のトランザクションを処理できるようにブロックチェーンを拡張することは難しくありません。システムをバイトサイズの検証可能なブロックに分割するには、シャーディングコンセンサスメカニズムの複雑さが必要です。このような合意メカニズムを開発して実装することは非常に困難です。

副題

• とてもたくさんのクライアント

• イーサリアムの中核となる理念は、イーサリアムはまずプロトコルであるということです。イーサリアムは、プロトコルを構成する抽象的なルールのセットであり、それらのルール セットの特定の実装ではありません。この目的を達成するために、イーサリアム コミュニティは当初から多くのクライアント実装の開発を奨励してきました。現在、イーサリアムのメインネットには、besu、ethereumJS、geth、netermind、nimbus、open-ethereum、trinity、turbo-geth など、すでに多くのクライアント実装があります。 eth2 では、クライアントには Cortex、Lighthouse、lodestar、nimbus、Prysm、teku、および trinity が含まれます。

• マルチクライアント パラダイムには、次のような重要な利点があります。

• 多くのクライアントの存在を許可すると、アイデア、アルゴリズム、アーキテクチャ (それぞれに独自のアプローチと視点を持つ) をより広範に探求できるようになります。私たち全員がより強力なシステムを構築するにつれて、その過程で良い相互学習が生まれます。

• 多くの場合、個々のクライアントは異なる設計目標を持っています。時間の経過とともに、これによりユーザーとアプリケーションの多様性がさらに高まることになります。クライアントは多かれ少なかれ、パフォーマンス、セキュリティ、水平スケーリング、UI/UX、軽量クライアント、ブラウザ、リソースに制約のあるデバイスなどのいずれかに重点を置く可能性があります。

• メインネット上に実稼働グレードのクライアントが多数ある場合、残りのクライアントはまだ強力であるため、1 つのクライアントをダウンさせる可能性のある大規模な攻撃 (DoS 攻撃など) に対してある程度の回復力があります。これはイーサリアムの歴史の初期に登場した「上海DoS攻撃」にも見られ、当時は多くのDoS攻撃によりGethクライアントとParityクライアントが麻痺する事態は発生しましたが、両方のクライアントが同時に破壊されるという事態は発生していませんでした。

• 各クライアントは、プログラミング言語コミュニティへのゲートウェイとして機能します。特定の言語の顧客ベースはオープンであり、その言語での実験や革新を歓迎します。多くの場合、クライアント周辺の基盤となるツールは、ツールとコントリビューターからなる言語の堅牢なエコシステムを成長させ続けます。マルチクライアント パラダイムはイーサリアムの重要性を高めます。

N 個のクライアントの調整では、せいぜい 1 つのクライアントに対して線形オーバーヘッド (オーバーヘッド) が発生しますが、場合によっては 2 次オーバーヘッド (N^2) が発生する可能性があります。私たちはこのオーバーヘッドを軽減するために、コンセンサス (および fastnet) テスト スイートなどの手法を採用していますが、オーバーヘッドは常に何らかの形で存在します。

クライアント

eth2 クライアントとテストネットの現在のステータス

副題

クライアント

過去 2 年間で、フェーズ 0 eth2 クライアントは、数千のノードにわたる数千のバリデータによる分散コンセンサスを処理できる非常に洗練されたソフトウェアになりました。現在はテストネット段階にあり、日に日にローンチに近づいています。最後の1マイルは長くなるだろうと予想していました。それが事実であることがわかります。

明確にしておきます。実行可能で安全なクライアントが複数ある場合、ネットワーク上でクライアント ソフトウェアの健全な配布を促進するために少数のクライアント ソフトウェアを実行するのはあなたの責任です。

テストネット

また、恥ずかしがらないでください。ドキュメントに問題がある場合は、他の人に知らせてください。タイプミスを見つけた場合は、PR を送信してください。クラッシュしたりバグが発生した場合は、github またはクライアント discord で報告してください。あなたはベータ版ユーザーです。あなたのご協力により、すべての人にとってエクスペリエンスを向上させることができます。README）。

副題

私たちは現在、約 1 ～ 2 週間ごとに再起動する小規模なパブリック開発ネットワーク (devnet) を実行しています。 「開発ネット」と言ったのは、何よりもまず、クライアント チームの開発者がバグや最適化などにどのように取り組むかであるためです。これらは公開されており、参加することは歓迎されていますが、Goerli や Rinkeby ほど長く存在していないことに注意してください。 Afri Schoedon が主導する最新リリースは、v0.11 仕様を実行する Witti テストネットです (一部のノードを実行したい場合は、ここを確認してください)

クライアント チームは、IETF BLS 標準の最新バージョンを統合する v0.12 仕様へのアップグレードを積極的に行っています。そこから、ネットワークの拡張を続けながら、devnet を v0.12 に移行し、クライアントにかかる負荷をますます増やします。 2 ～ 3 台のクライアントが確実に v0.12 ネットワークを正常に起動し、高負荷下で実行できるようになったら、次に、ほとんどのノードとバリデータを実行する、よりパブリックなテストネットに進みます。ここでの目的は、メインネットを可能な限り模倣した、長寿命のマルチクライアント テストネットを作成することです (ユーザーが確実にノードの実行を練習したり、必要なものをテストしたりできる)。理想的には、ネットワークを維持しながらスタートアップを稼働させ、障害を優先順位付けすることです。ただし、障害の存在と重大度によっては、目的の場所に到達するまでに何度か実行する必要がある場合があります。

通常のテストネットに加えて、インセンティブ付きの「攻撃ネット」も提供します。クライアント チームは安定したテストネットを実行し、さまざまな方法でそのテストネットを突破することを試みることができます。攻撃が成功すると、イーサリアム財団から ETH 報酬が提供されます。詳細については近日公開予定ですので、お楽しみに！

副題

eth2 ツールの現在のステータス

• eth2 ツールはまだ初期段階にありますが、エキサイティングで成長中の取り組みです。前述したように、ツールは通常、クライアントのコードベースとクライアント チームの取り組みから生まれますが、参加する人は日々増えています。 eth2 とより良く対話し、理解し、保護し、強化するために、私たちはコミュニティとして、基本的な eth2 ツールを拡張し、構築する必要があります。私は、すでに eth2 ツールに多大な価値を提供してきたチームや個人に大きな拍手を送りたいと思います。また、新しいツールを開発し、既存のツールを拡張および強化する他の皆さんを歓迎したいと考えています。

• Eth2 ツールはまったく新しい機会です。これは、真の価値を活用し、提供し、成功するための素晴らしい機会です。

• 以下は進行中の作業の例ですが、やるべきことはまだたくさんあります。

• エクスプローラー: Beaconcha.in、Etherscan、Eth2stats

• ネットワークツール: Prrkl、Rumor、Pyrum、Stetthscope

• キーストアとウォレット: ethdo、deposit cli、EIP 2335、その他の新しい標準

• API設計とプロトタイプバインディング

• 斬撃判定：プリズム「ハッシュスリングスラッシャー」

• 以下に、オープン ツールのアイデアの例をいくつか示します。

• Eth2 Validator Alerts: ノードバリデーターが最適に実行されていない場合にノードオペレーターに警告するサービスを提供します。

バリデーターデポジット追跡: バリデーターデポジットプロセスを追跡することで、現在のイーサリアムと eth2 エクスプローラーの橋渡しに役立ちます。

プロキシ経由でバリデータを保護する: プロキシを使用してバリデータ メッセージを追跡し、クライアントが安全でないメッセージを送信しないようにします。

それ以上に、仕様に限定されない貢献です。創造性が重要です。貢献したい場合は、eth2 クライアント チームに連絡して開始してください。

eth1 + eth2 統合の現状

現在のイーサリアム クライアント (例: geth など) では、ほとんどすべての複雑さは、トランザクション プーリング、ブロックの作成、仮想マシンの計算、状態の保存/取得などのユーザー レベルのアクティビティの処理にあります。実際の中核となるコンセンサス (Proof of Work) は、プロトコル内では非常に単純です。複雑さのほとんどは、コア プロトコルの外側の複雑なハードウェアによって処理されます。

これらの懸念事項を分離することで、eth1 クライアントと eth2 クライアントの完璧なペアリングが可能になります。ここ現在、geth (イーサリアム財団) チームと TXRX (ConsenSys) チームのメンバーが、この 2 つの統合に取り組んでいます。この作業は、(1) eth1 クライアントと eth2 クライアント間の通信プロトコルを定義すること、(2) 通信プロトコルを介して制御できるコンセンサス エンジンを eth1 クライアントに追加すること、(3) eth2 フェーズ 1 の動作をプロトタイピングおよびシミュレートすることで構成されます。カップリングをテストします。この夏、これらの面で具体的な成果が得られることを期待しています。

発見できる

ここ

• 高度な eth1+eth2 クライアント関係と、組み合わされたテクノロジーの範囲について詳しくは、こちらをご覧ください。

• シャード間の実行と通信

• 前述したように、複数のシャード間で実行を実現するための正確なパスは、広範な研究と議論の領域です。答えるべき質問はたくさんあります。例えば：

• 実行するにはいくつのシャードを有効にする必要がありますか?

• 他のシャードの場合、仮想マシンとして EVM または eWASM を使用しますか?

• シャード間のトランザクションを効率的に整理して処理するにはどうすればよいでしょうか?

クロスシャードトランザクションをサポートするには、既存の EVM にどのような変更を加える必要がありますか?

一般に、実行とアカウントの構造はスケーラブルですか?

過去 12 か月にわたって、eWASM (EF) チームと Quilt (ConsenSys) チームはこれらの分野で多くの研究を行ってきました。ソリューション分野は巨大であることが判明しており、現時点では幅広い分野に十分対応できていますが、最近はテスト、プロトタイプを作成し、実際に会話を構築できるシンプルで具体的なソリューションを発掘することに重点が置かれています。これにより、eWASM の Eth1x64 イニシアチブが誕生しました (プロジェクトの概要を把握し、議論されている最新の仕様の一部を確認してください)。

抽象的なクロスシャーディングのアイデアを議論のための具体的な仕様に落とし込み、最終的にはプロトタイプを作成するという点で急速な進歩が見られました。特にあなたが dapp 開発者である場合は、これに関する開発に注目してください。今後数か月間、私たちは皆さんが理解し、使用し、フィードバックを提供できるものを提供するつもりです。

ステートレスイーサリアムとeth2の関係

ユーザーにとって、これはブロックチェーンをたどり、すべての状態を保存することなく、関心のある状態の部分に焦点を当てることができる世界を意味します。一部のネットワーク参加者はすべての状態 (ブロックプロデューサー、ブロックエクスプローラー、従量課金制の状態プロバイダー) を保存する場合がありますが、大多数の参加者は状態のサブセットのみを必要とします。

やっと

eth2 の場合、これはノードとバリデーターが各シャードの完全なユーザー状態を保存する負担なしにプロトコルを検証して保護できるようにする重要な技術メカニズムです。代わりに、バリデーターは特定のシャードのプロデューサーをブロックすることをオプトインでき、ベースラインバリデーターはステートレスブロックのみを検証できます。ステートレス イーサリアムは、eth2 ビジョンへの非常に貴重な追加であり、シャーディング プロトコルのベース層を非常に薄くします。 eth2 でステートレスを実行する予定ですが、ステートレス パスが最終的に実現可能でない場合には、他のオプションがいくつかあります (ただし、私自身はステートレスであることに非常に自信を持っています 😄)。

この記事では、詳細な調査は行いません。これは、イーサリアムの長期的な持続可能性を確保するための、エキサイティングな並行研究開発パスであることを知っておいてください。さらに詳しく知りたい場合は、Griffin の 1.x ブログ シリーズを参照してください。

やっと

Eth2 は、アップグレードされた次世代の、拡張性と安全性の高い分散型コンセンサスをイーサリアムに提供する大規模な取り組みです。これを実現するために、数十のチームと何百人もの個人が毎日取り組んでいます。私たちが選んだ道は困難ではありますが、大きな進歩があり、これからも進み続けます。

この新しいメカニズムの核心はすぐそこまで来ています。