イーサリアムのスケーラビリティに関する課題: 状態データ

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 (ID: ethfa​​ns)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 (ID: ethfa​​ns)

イーサリアム愛好家 (ID: ethfa​​ns)

、著者: Trustnodes、翻訳および校正: Min Min & A Jian、Odaily が許可を得て転載。

イーサリアムでは利用可能なブロックGasの上限が引き上げられましたが、イーサリアム上のトランザクション数とデータ量は完全に正の相関関係にないため、ブロックのサイズ（データ量）はあまり変わりません。

上図から分かるように、イーサリアム上のブロックデータのサイズとブロックGasの上限には明らかに一定の関係があります。折れ線グラフの場合も上昇傾向を示します。ただし、二人の関係は少し複雑です。

イーサリアムのガスは、操作を実行するために消費されるコンピューティング リソースの量を測定する抽象的な単位です。

コントラクトはチューリング完全であるため、トランザクションに無限の数のループ構造を含めることができます。 (無限ループに陥ることを避けるため) イーサリアムでは、1 つのブロックで利用できる Gas の上限を設定しており、現在は 1,200 万です。

画像の説明

～2020年6月のイーサリアム取引量～

ブロックガス制限が50%増加したにもかかわらず、イーサリアムの取引量は依然として過去最高を下回っています。これは、Gas のほとんどがトークン取引またはスマートコントラクト取引に使用されるためです。

単純なトークントランザクションを実行すると 80,000 ガスが消費されますが、イーサ転送トランザクションでは 20,000 ガスが消費されます。 dappトランザクションの実行は状況によって異なりますが、通常、そのガス消費量はトークントランザクションよりも多くなります。

対照的に、ビットコインははるかに単純で、基本トランザクションはわずか 250 バイトです (トランザクションがわずか 250 バイトであるか、それがベースであり、各トランザクションが 20 バイトである場合、文の後半は理解できません—翻訳者) ）。

イーサリアムではアカウント システムが使用されているため、そのようなプロトコル レベルのトランザクション圧縮はありません。

アカウント管理を容易にするために、イーサリアム ネットワークは新しいブロックが追加されるたびに状態を更新します。イーサリアム財団のグリフィン・イチバ・ホッチキス氏は次のように述べています。

「完全なイーサリアムの「状態」とは、すべてのアカウントと残高の現在の状態、およびEVM（イーサリアム仮想マシン）にデプロイおよび実行されているすべてのスマートコントラクトの「メモリ」を指します。イーサリアムブロックチェーン上では、ファイナライズされたすべてのブロックがすべて「ネットワーク全体が同意する状態は 1 つだけです。新しいブロックがチェーンに追加されるたびに、状態は変更され、更新されます。」

最も単純な比較を行うと、ビットコインの状態は UTXO (未使用の有効なトランザクション出力) を指します。イーサリアムの状態にしてもビットコインの状態にしても、理解するのが難しい概念です。簡単に言うと、ネットワークのメモリ (ram) またはスナップショットです。したがって、口座残高と契約に含まれるコード機能の両方が公開されます。

ジェネシスブロックからイーサリアムを同期するには、4億の「ノード」を横断する必要があり、これには約1週間かかります。

ブロックが生成されるたびに、イーサリアム ネットワーク全体の 10,000 を超える完全なノード (イーサリアム クライアントを実行し、すべてのイーサリアム ブロックチェーン ブロックを保存するコンピューター) をローカルで更新し、約 3,000 の状態ツリー「ノード」を更新する必要があります。

これは、15 秒ごとにコンピューターのメモリがブロックを同期する必要があり、ディスクは各ブロックでイーサリアム ネットワークに対する変更の読み取りと書き込みを続けなければならないことを意味します。

したがって、変更が増えるほどコンピュータのメモリとディスクが混雑し、リソースが上限に達すると、ネットワーク全体の進行状況を同期できなくなります。

同期を維持できないということは、履歴をダウンロードできないのではなく、ネットワーク全体が同時にトランザクション処理を完了できないことを意味します。

また、昨年の論文では、プログラマにとって、「実行コスト（Gas）とリソース使用量（CPUやメモリなど）」を正確に関連づけるための数理モデルを構築するのは簡単な問題ではないと指摘されている。

同論文では、「我々は、計量経済モデルにいくつかの矛盾を発見した。例えば、注文価格設定における重大な矛盾を発見した。我々は、通常の契約より処理が200倍遅い契約を生成できる遺伝的アルゴリズム（遺伝的アルゴリズム）を設計した。」とも述べている。 「私たちは、すべての主要なイーサリアム クライアント実装が脆弱であり、消費者向けハードウェアで実行されている場合、攻撃が発生した場合にネットワークに追いつくことができないことを実証しました。」

同様に、ビットコイン システムでも、攻撃者が検証が難しいブロックを生成すると、コンピューターのマイニング システムがクラッシュする可能性さえあります。ただし、誰かがこれを行うと、6.25 BTC ブロックの報酬を失う可能性が高く、マイニング プールがこれを行うと、すべてのマイナーを失う可能性が非常に高くなります。

しかし、イーサリアムシステムでは、攻撃者が失うのは契約発行コストだけであり、研究者の発見によれば、この損失は攻撃の影響に直接比例しないという。

もちろん、クラウド サービス プロバイダーの Infura を通じてノードを実行できます。イーサリアム ネットワーク上の操作の大部分は、Infura 上のノードによって実行されます。

イーサリアムインキュベーターConsenSysの創設者であるJoseph Lubin氏によると、ConsenSysは最近AMDと提携してW3BCLOUDを設立し、「次世代の分散型コンピューティング、ストレージ、帯域幅」の構築を目指しているという。

ただし、現時点での本当の解決策は、ブロックチェーンのコントラクトレベルのシャーディングです。

画像の説明

～イーサリアムスケーリング計画（2020年6月）～

右側の 3 つの拡張ソリューションは、独立したネットワーク環境とブロックチェーンを備え、イーサリアムとの通信を確立しています。ただし、現時点では、これらのネットワークは相互に通信しません。

歴史が繰り返されるとしたら、最初のステップは、多くの独立した世界のコンピューターを相互接続し、誰もが相互に通信できるようにすることかもしれません。

当初、ラップトップを持っている場合は、そのラップトップ上のデータにのみアクセスできました。その後、技術の進歩により、さまざまなラップトップが (最初はケーブル経由で) 接続され、隣のラップトップ上のデータにアクセスできるようになりました。

これらのコンピュータは相互に通信できるため、誰もがデータにアクセスできるようにすることができますが、希望しない限り、全員がデータを保存する必要はありません。

データを保存する必要があるのは、データ共有の責任者のみです。他の人のコンピュータに接続して、お互いのデータを確認できるようにするだけです。

つまり、OMG と ZK 間の通信を実装する必要があります。ビットコインとイーサリアムの間で通信が確立できないのは、プロトコルが異なるためです。しかし、この 2 つを結び付けようとするプロジェクトはまだ存在します。

これらのデータ クラスターが相互に通信できるようにすると、すべてが同じプロトコルで実行される限り、スケーラビリティに制限はなくなります。

これを達成するには非常に時間がかかるものです。この観点から見てみると、サトシ・ナカモトとグレゴリー・マクスウェルの両方が正しいことがわかります。なぜなら、彼らは異なる時間レベルからそれを考察しているからです。