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原題：「Data Availability in Layer-2 Blockchains》
原文編集：リンチ、チェーンキャッチャー
ブロックチェーンデータの可用性
最新の Ethereum シャーディング ロードマップでは、実行シャーディングよりもデータ シャーディングが優先され、その結果 Ethereum データ スループットが大幅に向上します。さらに、モジュラー ブロックチェーンは、ロールアップ、意志と有効性、およびデータ可用性ソリューションを詳しく調べます。これらは、ブロックチェーン データの可用性に関する最新の議論と傾向です。
ブロックチェーンと暗号通貨の分野に携わっている人なら誰でも、この文脈においてブロックチェーン データの可用性が何を意味するのか疑問に思っているでしょう。
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ブロックチェーンノードの使用を開始する
ブロックチェーンのデータ構造にはブロックチェーンが含まれており、ブロックチェーン内の各ブロックは、ブロック ヘッダーとトランザクション データのリストの 2 つの部分で構成されます。
ブロック ヘッダーはブロックのメタデータであり、トランザクションのマークル ルートなど、ブロックの基本情報が含まれます。
トランザクション セクションのブロックには、実際のトランザクションが含まれています。
データの可用性の問題
データの可用性の問題
データの可用性の問題は、セキュリティ、スケーラビリティ、分散化というブロックチェーンのトリレンマです。
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データ可用性に対する攻撃
ブロックチェーン データ可用性攻撃は、不正なノードがブロック ヘッダーをブロードキャストするが、誤ったトランザクションを含む部分ブロックを保持する場合に発生します。ブロックチェーン全体をダウンロードして保存できる誠実なフルノードは、一部のデータが利用できないことを知っていますが、リソースが限られており、ブロックチェーン データ全体にアクセスできないライト ノードにそれを証明するための正式なメカニズムがありません。したがって、サイドチェーン戦略とシャード ブロックチェーン戦略はどちらも、データ可用性攻撃に対して脆弱です。この攻撃では、サイドチェーン ネットワーク (またはシャード) 上の不正ノードが、ブロック データを他のノードに送信せずに、ブロックのハッシュを信頼されたブロックチェーンに送信します。
データ可用性攻撃はブロックチェーン分野ではよく知られた問題であり、元々はブロックチェーン ライト クライアントのコンテキストで提案されました。後にヴィタリックがそれを普及させました。ライトノードが行うことは、ブロックヘッダーを保存し、pow 要件を確認することだけです。彼らはブロックを検証し、不正なブロックの不正行為の証拠を提供するためにフルノードに依存しています。
ライトノードの場合、データ可用性攻撃は致命的ではありません。通常、マイナーはフルノードでも動作します。ブロックが利用できない場合、ブロックは無視され、同時に (つまり、その親ブロック上で) マイニングされます。ブロックがアクセスできない限り、誠実なマイナーはブロック上に構築しません。最終的には最も長い鎖が切れてしまいます。現時点では、ライトノードはそのようなブロックを自動的に無視します。この攻撃は、セカンダリ ブロックチェーンやシャードに関してはさらに重要になります。
データの可用性の問題
データの可用性の問題
ブロックチェーンにおけるデータの可用性の問題により、次のような疑問が生じます。新しいブロックが作成されたときに、そこに含まれるすべてのデータが実際にネットワークにブロードキャストされることをノードはどのように判断できるのでしょうか?ブロックチェーンネットワーク内のピアノードは、新しく提案されたブロックに関連するすべてのデータが実際に利用可能であることをどのように判断するのでしょうか?
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データ可用性攻撃への対処
モジュラー ブロックチェーンでは、検証とデータの可用性が切り離されているため、モジュラー ブロックチェーンでのデータの可用性を確保する別の方法が重要です。ロールアップはトランザクション証明を提供し、オフチェーンで新しい状態を計算しますが、データの可用性の問題を防ぐために、特定のトランザクション データをオンチェーンで公開する必要があります。 ZK ロールアップは主に 3 つの主要なデータ ビットをメイン チェーンに公開します。
新しい状態への暗号化コミットメント (ルート ハッシュ)
暗号証明 (ZK-SNARK など) は、新しい状態が有効なトランザクションを初期状態に適用した結果であることを証明します。
バッチ内の各トランザクションに小さなデータを calldata の形式で提供します。
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ブロックチェーンのデータ可用性レイヤー
ブロックチェーンのデータ層は、ブロックチェーンのデータ構造と物理ストレージの両方に使用されます。ブロックチェーン台帳は、非対称暗号化方式を使用して暗号化された、相互接続されたブロックのリスト、つまりマークル ツリーを使用して設計されています。データ層は次の部分で構成されます。
ブロック: ブロックは、トランザクションをグループにグループ化し、ネットワーク ノード間で分散するために使用されるデータ構造です。マイニングはブロックを生成するプロセスです。各ブロックには、ブロックの正当性を検証できるメタデータであるブロックヘッダーがあります。
メルケルツリーとトランザクション:ブロックチェーンでは、トランザクションはメルケル ツリーの一部として維持されます。 Merkel Tree は、トランザクションの完全なセットのデジタル フィンガープリントを生成することで、ブロック内のすべてのトランザクションを集約し、ユーザーがトランザクションが含まれているかどうかを判断できるようにします。各リーフ ノードにはトランザクションのデータが含まれ、各非リーフ ノードには以前のハッシュのハッシュが含まれます。メルケル ツリーはバイナリであり、奇数のリーフ ノードが必要です。奇数のトランザクションがある場合、最終ハッシュが 1 回コピーされて、偶数のリーフ ノードが生成されます。
ネットワーク層:ブロックチェーンは分散ネットワークを使用しており、誰でもブロックチェーン上のすべての情報をダウンロードして操作できるようになります。ピアツーピア (P2P) ネットワークは、トランザクションをノード間で分散/ブロードキャストします。ブロックチェーン プラットフォームは主に、集中型、分散型、分散型の 3 種類のネットワークを利用します。
物理層:この層には、サーバー、エッジ ノード、ブロックチェーン ネットワーク上でノードとして動作するモノのインターネット (IoT) デバイスが含まれます。これらは通常、ピアツーピア ネットワークを介して接続されます。ノードは、ネットワークに接続され、IP アドレスを持っている限り、コンピュータ、電話、プリンタなどのアクティブな電子デバイスにすることができます。
仮想層:ハードウェアとリソースを仮想マシンに割り当てるためにハードウェアの最上位に位置する仮想化レイヤー。
コンセンサス層:この層は、ブロードキャスト トランザクションに関する合意を確立するためにネットワーク内のノードがどのように反応すべきかを指定するネットワーク ルールを強制する役割を果たします。
インセンティブ層:この層は、分散ネットワーク内のノードのアクティビティに参加して、合意を達成し、インセンティブを獲得しようと努めます。この層が使用されるかどうかは、ブロックチェーン プロトコルで使用されるコンセンサス メカニズムによって決まります。
コントラクト層:ブロックチェーン プラットフォームをデータ フィード、スマート コントラクト、オラクル、DAO、ステート チャネルなどの他のテクノロジーと統合できるようにするサービスとオプションのコンポーネントで構成されます。
API レイヤー:ブロックチェーン上に API を提供し、サードパーティ アプリケーションが台帳やスマート コントラクトと通信するためのメカニズムを提供します。
アプリケーション層:最初のレベルのタイトル
従来のデータ可用性ソリューション
従来のデータ可用性ソリューションは、ブロックチェーンの基盤となるデータ送信プロトコルや、ブロック データ構造、コンセンサス アルゴリズム、インセンティブ メカニズムなどの基本的なブロックチェーン プロトコルを変更することで、スケーラビリティを向上させることを目的としています。これらのソリューションには、Segregated Witness、DAG、シャーディング、コンセンサスなどのレイヤー 1 スケーリング ソリューションが含まれます。ただし、レイヤー 2 ソリューションは、アプリケーション層でのオフチェーン アプローチを通じてスケーラビリティを向上させることを目的としています。
Segregated Witness：トランザクションの順応性を妨げ、ブロック サイズを増やすために導入されたプロトコルの拡張機能を備えています。
DAG：トランザクションは DAG 内で接続されます。これは、1 つのトランザクションが次のトランザクションを検証することを意味します。各ノードは多くのトランザクション レベルで構成されます。トランザクションがノードに登録されると、最初に他の 2 つのトランザクションを検証する必要があります。これら 2 つの取引は数学的プロセスを使用して選択されました。次に、ノードは 2 つのトランザクションが競合していないことを確認する必要があります。トランザクションを検証するには、ノードはビットコイン ネットワーク上の暗号パズル (pow) と同様の暗号パズル (pow) を解く必要があります。
断片化:ブロックチェーンを複数のチェーンにシャーディングして、スループットを向上させることができます。各シャードには独自のブロックプロデューサーがあり、通信してトークンを交換できます。各ブロックプロデューサーがすべてのトランザクションを処理する代わりに、シャーディングはネットワークの処理能力を特定のトランザクションのみを処理するシャードに分割します。したがって、非シャード ブロックチェーンには通常、完全に機能する 1 つまたは 2 つのフル ノードと 1 つ以上のライト クライアントがあります。シャーディングはネットワーク リソースをさまざまなノードに分散することを目的としていることに注意してください。
コンセンサス：最初のレベルのタイトル
ZKRollups ソリューション
現在、オプティミスティック ロールアップ、ZK ロールアップ、Validium など、いくつかの Ethereum Layer2 ソリューションがあります。これらのソリューションは、アプリケーションの検証とデータの可用性をオンチェーンで確保しながら、実行をオフチェーンに移行します。オフチェーン実行に基づくアーキテクチャはスループットを向上させますが、メイン チェーンが処理できるデータ量によって依然として制限されます。実行はオフチェーンですが、検証または紛争解決プロセスはオンチェーンで行う必要があります。トランザクション データは、将来の再構築にデータが確実に利用できるように、イーサリアム上のコールデータとして送信されます。これは非常に重要です。
楽観的なロールアップの場合、オペレーターは無効なトランザクションを送信し、一部のブロックを抑制する場合があります。このようにして、システム内の他の完全なノードは、送信されたクレームが正しいかどうかを検証できなくなります。データが不足しているため、その請求が実際に無効であるという詐欺の証拠を提供することはできません。
ゼロ知識ベースのロールアップの場合、ZKP の整合性により、受け入れられたトランザクションが有効であることが保証されます。ただし、そのような保証が存在する場合でも、取引を裏付けるデータを開示しないと重大な悪影響が生じる可能性があります。これにより、他のバリデーターがシステムの現在の状態を計算できなくなり、ユーザーがシステムから除外され、残高が凍結される可能性があります。
チェーン上のデータ
チェーン上のデータ
ブロックチェーンは、ハッシュ レートやトランザクションなどのその他の関連アクティビティから大量のデータを生成します。
オンチェーンデータとは何を意味するのでしょうか?つまり、ブロックチェーン上にネイティブに保存されているすべてのデータはオンチェーン データです。
オンチェーン データは、特定のブロックチェーン ネットワーク上で発生したすべてのトランザクションを指します。言い換えれば、ブロックチェーンのブロックに書き込まれたすべてのデータです。パブリックチェーンの情報はパブリックアクセスの性質を持っています。データに関しては 3 つの主要なカテゴリがあります。
各ブロックの仕様（タイムスタンプ、ガス料金、マイナー、ブロックサイズなど）
各トランザクションは非常に詳細です (「送信者」と「受信者」のアドレス、トランザクションで送金された金額など)。
通話とスマートコントラクトの使用
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オフチェーンデータ
ビットコインユーザーにとって、オフチェーントランザクションとオンチェーントランザクションには長所と短所があります。スケーラビリティはブロックチェーン テクノロジーの制限であり、オフチェーン ソリューションで対処できます。オンチェーントランザクションの確認時間は、ネットワークの混雑により異なる場合があります。オフチェーントランザクションは即座に実行され、トランザクションコストも安くなり、一部のトランザクションはオンチェーンになるまで手数料が発生しません。オフチェーントランザクションは、トランザクションの詳細がメインチェーンから分離され、公開されないため、よりプライベートになります。
一部のブロックチェーン ツール、特にスマート コントラクトは、ブロックチェーン ベースのトリガーと現実世界のデータに依存して、条件を検証し、契約を実行します。たとえば、土地の所有権を譲渡するスマートな法的契約です。不動産の購入に必要な資金は、実際の権利譲渡と同様に、現実世界の不動産事実の検証を必要とするスマートコントラクトによってエスクローされます。ただし、ブロックチェーンが第三者による確認済み証書の転送などのデータを取得できない場合、売り手の資金を解放するためにスマートコントラクトの基準をどのように満たすことができるでしょうか。オフチェーン データの場合、このデータはスマート コントラクトに実世界の情報を提供し、契約を正常に実行し売買するための情報を提供します。ブロックチェーンと暗号通貨の継続的な開発により、オフチェーン ソリューションが永続的なソリューションになる可能性がありますが、それをテストする唯一の基準は時間だけです。
の助けを借りてZKCrossマルチチェーン ZKRollups およびクロスチェーン レイヤ テクノロジとのクロスチェーン相互運用性をサポートするプロトコルにより、オンチェーンおよびオフチェーン データの可用性が向上します。ZKcross は、クロスチェーンのレイヤー 2 として機能するユビキタス レイヤーを作成し、複数のブロックチェーン上のグローバルな状態の変化を追跡および同期します。要約する
要約する
私たちはビットコインのエコシステムを永遠に変える大規模なパラダイムシフトの前夜にいます。 ZK-Rollups は、可能な限り最も効率的な方法でイーサリアムを拡張します。このパラダイム変化は非常に深刻なものとなるため、今日私たちが知っているイーサリアムを含む他のすべての L1 スマート コントラクト チェーンの死を事実上示すことになります。スケーラビリティについてはいくつかの議論があります。 ZK ロールアップの作成には、何千時間もの研究、実装、成功と失敗が費やされました。
もちろん、取り組みはまだ終わっていません。前途は険しいものですが、その目的がかつてないほど明確になっています。現在のモノリシック ブロックチェーン アーキテクチャは依然として驚くほど非効率であり、制約されたトリレンマの下では、スループットの向上はセキュリティや分散化の低下を意味します。特別なモジュール設計により、実行が ZKrollups などのさまざまな実行レイヤーに分割され、ブロックチェーン業界の効率が 100 倍から 10,000 倍に向上します。間違いなく、これが世界的な普及と数百万の TPS に拡張する唯一の方法です。さらに、数年以内に、セキュリティや分散化に大きな影響を与えることなく、ブロックチェーンのすべてのアクティビティの 90% 以上が zkRollups 上で発生すると予想されます。
