Foresight Ventures: EIP-4844 の包括的な分析、イーサリアムのフル シャーディングへの第一歩

最初のレベルのタイトル

Overview

イーサリアム

EIP-4844 ；

Proto-danksharding；

Danksharding；

KZG Commitment；

KZG Ceremony；

Dynamic state sharding；

最近、コミュニティ参加の基準を超えたKZGセレモニーがスワイプされていますが、このセレモニーは何をしているのでしょうか？

最初のレベルのタイトル

1. シャーディング: イーサリアム拡張のための長期的なソリューション

• シャーディングはデータの可用性の観点から拡張され、ロールアップは主にメインネットワークの輻輳問題を緩和するために実行レベルから拡張されており、シャーディングはブロックチェーンの不可能なトライアングルを突破する試みではないかと考えています。

• イーサリアム

• 実装プロセスの複雑さとセキュリティの考慮事項のため、イーサリアム開発チームはシャーディングを、最近言及したプロトダンクシャーディングとダンクシャーディングを含む複数の段階に分割しました。プロセス全体は数年かかるアップデートになります。

• 最初のレベルのタイトル

2. EIP-4844: 短期的な高収益、シャーディングの合理化バージョン

EIP-4844 = Proto-Danksharding；

プロトはイーサリアム研究者の名前から来ています

副題

1. プロトダンクシャルディングの概要

Proto-Danksharding は主に、新しいトランザクション タイプ、つまり blob を運ぶトランザクションを導入します。これまでのところ、ロールアップ データは BLOB の形式で低コストでレイヤー 1 に送信され、非永続的に保存されます。同時に、BLOB は現在の呼び出しデータよりもはるかに大きいため、ロールアップでの高い TPS をより適切にサポートできます。

BLOB について:

• 各トランザクションは最大 2 つの BLOB をハングさせる可能性があります。

• 各ブロックには、理想的には 8 つの BLOB (約 1 MB) が含まれますが、最大 16 の BLOB (約 2 MB) を含めることができます。

• BLOB は、calldata のように履歴ログとして永続的に保存する必要はありません。

• ダンクシャーディングと比較すると、ノードは依然として完全な DA を検証する必要があります。

2. BLOB を伴うトランザクションの解釈

イーサリアム

効果

料金

料金

データ BLOB は元々、ロールアップ高スループット トランザクションをサポートするように設計されており、同じサイズの calldata (オンチェーン ストレージを使用) と比較して、BLOB のコストが大幅に低くなります (永続的なストレージは必要ありません)。したがって、データの可用性を維持するためにロールアップによって費やされるガスは、以前よりも大幅に少なくなります。

容量

各 BLOB のサイズは約 125 KB です (事実: 現在の平均ブロック サイズはわずか約 90 KB です)。

3. BLOB を伴うトランザクションの価値と課題

• 価値

BLOB は一種のキャッシュとみなすことができ、ロールアップによって送信されたトランザクション データは以降キャッシュの形で存在します。ストレージ ハードウェア要件を軽減し、イーサリアムに追加のデータ拡張を提供し、ガス コストを削減します。

• 課題: イーサリアム ノードのハードウェア パフォーマンスの要件

イーサリアムの現在の平均ブロック サイズはわずか約 90 KB ですが、ブロブは約 125 KB です

EIP-4844 の設計によれば、各スロットは通常約 1 MB であるため、年間増加するデータ量は次のようになります: 1 MB/ブロック * 5 ブロック/分 * 43200 分/月 * 12 か月/年 = 2.47 TB/ブロック年

解決

• 解決

短期的な拡張効果から、EIP-4844 の実装中、各ノードは依然として全量の履歴データを保存する必要があるため、期間外の BLOB については (具体的な制限期間は確定されていないため、1 か月になる可能性があります)または1年）を実行する自動的に削除；

シャーディングの長期的な利点の観点から、EIP-4444 が実装されています。つまり、ノードは履歴データの全量を保存する必要はなく、特定の時間が経過した後にデータを保存するために履歴の有効期限を参照するだけで済みます。

これら 2 つのソリューションは、ストレージ領域での BLOB を運ぶトランザクションのトレードオフをさまざまな程度で軽減します。

4. KZG Commitment

KZG コミットメントは、EIP-4844 で採用された多項式コミットメント スキームです。

KZG コミットメントの解析

イーサリアム

Dankrad Feist の講演の概略図を参照すると、KZG ルートはマークル ルートに似ていますが、異なる点は、KZG ルートが多項式を約束していること、つまりすべての位置がこの多項式上にあることです。プロト ダンクシャーディング シナリオに基づいて、KZG ルートは大量のデータを約束し、そのいずれかが全体に属することを検証できます。

これが、KZG のコミットメントが互換性の点で DAS のその後の実装により優しい理由です。

KZG コミットメントのプロセスは次のとおりです。

• 証明者: 証明を提供し、データのコミットメントを計算します。証明者は指定された多項式を変更できず、証明に使用されるコミットメントは現在の多項式に対してのみ有効です。

• 検証者: 証明者が送信したコミットメント値を受信して​​検証し、証明者が有効な証明を提供していることを確認します。

KZGコミットメントのメリット

料金

料金

• KZG コミットメントには、検証が迅速で、複雑性が比較的低く、単純であるという特徴があります。

• 追加の校正刷りを提出する必要がないため、コストが低くなり、帯域幅が節約されます。

• 安全性

安全性

• 障害が発生した場合、影響を受けるのはコミットメントに対応する BLOB 内のデータのみであり、他の広範囲にわたる影響はありません。

より互換性のある

• シャーディングのソリューション全体を見ると、KZG のコミットメントは DAS ソリューションと互換性があり、繰り返しの開発コストを回避できます。

5. KZG Ceremony(trusted setup)

KZGセレモニーはKZGコミットメントのための信託制度ですイーサリアム

最近、コミュニティ参加に熱心な KZG Ceremony が、EIP-4844 で採用された KZG コミットメントの信頼設定を提供しています。

イーサリアム

Vitalik のフローチャートを参照すると、誰でも参加者としてシークレットを提供し、それを以前の結果と混合して新しい結果を生成するなどして、入れ子人形の形で最終的な SRS を取得し、信頼セットアップの完了を支援できます。 KZG の取り組み

trust setup

• EIP-4844 では、一般的な複数参加者の信頼設定、つまりタウの累乗が採用されています。

• 1-of-N 信頼できるモデルに従うと、生成セットアップ プロセスに何人が参加しても、1 人が自分の生成方法を公開しない限り、信頼できる初期化は有効です。

必要性

• KZG コミットメントの信頼セットアップは、次のように単純に理解できます。信頼できる初期化を必要とする zk-snark と同様に、暗号化プロトコルが実行されるたびに依存する必要があるパラメーターを生成します。

• 証明者が証明を提供すると、KZG コミットメント C = f(s)g 1 になります。このうち、f は評価関数、s は KZG Trusted Setup によって最終的に取得された最終秘密です。

• 最終秘密は多項式コミットメントを生成するためのコアパラメータであることがわかり、このコアパラメータを取得するための信頼できるプロセスとして、この KZG セレモニーはシャーディング全体の実現にとって非常に重要です。

6. EIP-4844による変化

Rollup

ethresear に示されている概略図を参照すると、ロールアップには送信用の calldata に KZG コミットメントの状態デルタとバージョン化されたハッシュを含める必要があります (zk-rollup も zkproof を送信する必要があります)。

違いは、calldata には状態デルタ、KZG コミットメントなどの小さなデータのみが含まれており、大量のトランザクション データを含むトランザクション バッチは BLOB に配置されることであることがわかります。

• 効果的にコストを削減しますが、それを呼び出しデータに入れるのは非常に高価です。

• 安全性

安全性

• データの可用性: BLOB はビーコン チェーンに保存され、レイヤー 1 セキュリティと同等です。

• 料金

料金

Proto-Danksharding では、新しいタイプのトランザクションが導入されています。低コストのデータ形式 BLOB の追加により、ロールアップのコストは間違いなくさらに削減されます。実際のアプリケーションとチェーン上の実装の進行状況に応じて、最適化されたロールアップのコストは x だけ削減される可能性があります。 10 または偶数 x 50。

同時に、EIP-4844 では BLOB 料金が導入されました。

• ガスとブロブにはそれぞれ調整可能なガス価格と制限があります。

• BLOB の課金単位は依然としてガスであり、ブロックあたり平均 8 BLOB という目標を維持するためにガス量はトラフィックに応じて変化します (追加データの量を制限します)。

プリコンパイルの実装

BLOB 自体のデータには直接アクセスできず、EVM が取得できるのはデータ BLOB のコミットメントのみです。したがって、ロールアップでは、コミットメントの有効性を検証するためにプリコンパイルを提供する必要があります。

以下は、EIP-4844 で言及されている 2 つのプリコンパイル アルゴリズムを分析しています。

ポイント評価のプリコンパイル (数学的原理に興味がある方は、vitalik の分析を参照してください)

• 複数のコミットメントが同じデータを指していることを証明します。

• 主に zk-rollup の場合、rollup は 2 種類のコミットメントを提供する必要があります: 1. KZG コミットメント、2. zk-rollup 自身のコミットメント、2. zk-rollup 独自のコミットメント。

• 楽観的ロールアップでは、その多くが複数ラウンドの不正証明の仕組みを採用しており、最終ラウンドの不正証明に必要なデータ量は少ない。したがって、ポイント評価プリコンパイルを使用することで低コストを実現できます。

Blob verification precompile

• バージョン管理されたハッシュと BLOB が効果的に対応していることを証明します。

• オプティミスティック ロールアップでは、不正行為の証拠を送信するときに全データにアクセスする必要があるため、まずバージョン管理されたハッシュと BLOB が正当であることを確認してから、不正行為の証拠の検証を実行します。

3. ダンクシャーディング: 完全なシャーディングに向けた重要なステップ

Danksharding はイーサリアム研究者の Dankrad Feist にちなんで名付けられました

1. 容量拡張: ロールアップのキャッシュ領域をさらに拡張します。

プロトダンクシャーディングが実装されると、新しいトランザクション形式での BLOB の導入により、各ブロックは平均して 1 MB の追加のキャッシュ スペースを取得できるようになります。 Danksharking が実装されると、ブロックあたりさらに 16 MB が追加され、最大許容値は 32 MB になります。

2. データの可用性: ストレージと検証戦略がより効率的になります

すべてのノードがデータの全量をダウンロードする必要があるプロト ダンクシャーディングと比較して、ダンクシャーキングが実装された後は、イーサリアム ノードは BLOB をサンプリングするだけで済みます。サンプリング後のデータはネットワーク全体のノードに分散され、完全なデータ ブロブを形成できます。

DAS: 効率的な抜き取り検査

• エンタングルメントコード（イレイジャーコーディング）により、ネットワーク全体のノードがデータの一部をダウンロードする際に元のデータの損失の可能性をより簡単に発見できるようになり、セキュリティが向上します。

3. セキュリティ: 基本的に変更なし

各ノードは履歴データの全量を保存しなくなったため、データの可用性、バックアップ、およびサンプリング検査の観点から、セキュリティは、全量のデータを保存する少なくとも 1 つのノードから、データの一部を保存する複数のノードに変わり、最終的には完全なデータを復元します。

一見すると、単一点への依存は複数点への依存よりもはるかに安全ですが、イーサリアム ネットワーク内のノードの数はデータ バックアップの必要性を完全に保証するのに十分な数があるため、セキュリティはあまり変わりません。

4. 新たな課題: ブロックビルダーに対する要件の増加

イーサリアム

ここでは、PBS (提案者/施工者の分離) について簡単に紹介します。Dankrad が提供するダークシャーディング スキームにおける PBS のアプリケーション図を参照してください。

• ブロック制作担当者の役割を提案者と構築者に分割します。これは元々、ダンクシャーディングの設計におけるブロック作成の帯域幅要件を軽減するための、反 MEV 設計の提案でした。

4. その他のシャーディング ソリューション: Shardeum の動的シャーディング

アドバンテージ

1. Dynamic state sharding

アドバンテージ

動的ステートシャーディングによってもたらされる最も直感的な利点は、線形スケーリングです。ネットワークに接続されたノードは、シャーディング アルゴリズムによって非常に効率的に動的にグループ化され、迅速に応答するため、ブロックチェーン ネットワークの TPS が向上します。動的ステートシャーディングの設計では、各ノードが異なる範囲のアドレスをカバーし、効率的なシャーディングとセキュリティを確保するためにカバレッジは冗長設計になります。

シーン内実装

エコロジーの複雑さに関係なく、2 つのテクノロジーの実装の観点から見ると、動的状態シャーディングは静的シャーディングよりも困難です。 Shardeum の技術チームは、シャーディングの技術レベルで深い蓄積を持っていることがわかります。Shardus テクノロジーに関するチームのこれまでの研究開発も、初期段階であっても、このパブリック チェーンの基盤技術に多大な貢献をしています。プロジェクト: 動的状態シャーディングによってもたらされる線形スケーリングを実証しました。

製品

製品

チーム

チーム

テクノロジー

テクノロジー

スケジュール

スケジュール

2023年2月2日にbetanetを開始する予定であり、注目に値します。

5. シャーディングの考え方と展望

• シャーディングはイーサリアムの拡張のための長期計画であり、非常に価値があり、広範囲にわたる重要性を持つ長期計画でもあります。シャーディングの実装プロセスでは、現在言及されているプロト ダンクシャーディング、ダンクシャーディングなどを含む、既存のすべてのソリューションが継続的に反復される可能性があり、継続的に注目する価値があります。

• シャーディングの全体的な方向性を理解することは非常に重要ですが、フルシャーディングを実装する過程で各提案で採用された技術的ソリューション (PBS、DAS、多次元料金市場) も注目に値します。関連する多くの優れたチームやプロジェクトが存在すると思います。出現します。

• シャーディングは拡張技術の一種の総称ですが、具体的な解決策は1つだけではありません。さまざまなパブリック チェーンには、それぞれのシナリオに適したシャーディング ソリューションがあることを認識する必要があります。たとえば、ダンクシャーディングの一部の設計はイーサリアム ネットワークにのみ適しており、セキュリティのトレードオフを相殺するには多数のノードが必要です。

• シャーディングとその他の拡張ソリューションを適切に組み合わせると、スケーラビリティ 1+ 1>2 を向上させることができます。現在の Danksharding は自己完結型の拡張ソリューションではありませんが、イーサリアム エコシステムの他の実装を補完します。たとえば、Danksharding と rollup は連携して、イーサリアムの拡張においてより良い結果を達成します。