さまざまなデータ可用性層の違いは何ですか?この記事では、それぞれのアプローチの長所と短所を見ていきます。
近年、スケーリング実行への注目が高まっているため、レイヤー 2 が注目を集め、採用され始めています。同時に、ブロックスペースの制限とコストの高さにより、成長の課題に直面するプレーヤーがますます増えています。彼らは、ブロックチェーンを効果的に拡張するには、スケーラブルなデータ可用性レイヤーが重要であることに気づき始めました。これは、コストを節約し、さまざまなタイプのロールアップをサポートするためのより大きなブロック スペースを備えた基本的なテクノロジ レイヤーが必要であることも意味します。
Avail と他のいくつかのチームは、スケーラブルなデータ可用性ソリューションをゼロから構築していますが、イーサリアムなどの他のチームは、既存のブロックチェーンのデータ可用性容量を向上させようとしています。どのようなアプローチを採用しても、開発者が今日選択するベース レイヤが今後数年間の競争上の優位性を決定するという事実が 1 つあります。
Avail は、ブロックチェーン上のデータの可用性を高めることを目的として、急速に成長しているモジュラー エコシステムの一部です。 Avail に加えて、Celestia や EigenDA など、同じ目標に向かって取り組んでいる他のデータ可用性 (DA) ソリューションがあります。ブロックチェーンのスケーラビリティを実現するために、さまざまなソリューションがさまざまな戦略と技術的パスを採用しています。一例として、イーサリアムは現在、EIP-4844 としても知られる Proto-Danksharding と呼ばれるテクノロジーを採用しています。このテクノロジーは、完全なダンクシャーディングテクノロジーというイーサリアムの長期目標に向けた一歩です。
この記事では、各アプローチの長所と短所を評価します。包括的な理解を得るために、さまざまなデザイン オプションを紹介します。開発者が自分にとって最適な DA レイヤーを見つけられるように支援します。
まずは概要から始めて、各カテゴリを詳しく見ていきましょう。
サイバーセキュリティ
基本層を検討する場合、ネットワークのセキュリティと復元力が最初に懸念されることになります。ネットワークの強度をチェックする際の重要な要素は次のとおりです。
コンセンサスメカニズム
コンセンサスメカニズムでは、生存性とセキュリティの間に根本的なジレンマがあります。ライブネスによりトランザクションが迅速に処理され、ネットワークが稼働し続けることが保証され、セキュリティによりトランザクションが正確で安全であることが保証されます。ブロックチェーン システムが異なれば、適切なバランスをとるために、それぞれの固有のユースケースに応じて異なる選択が行われます。
Avail は、Polkadot SDK の 2 つのコンセンサス メカニズム、BABE と GRANDPA を使用します。 BABE は主にブロックの生成に使用されます。ネットワークの活発性を確保するために、検証ノードと連携して、どのノードが新しいブロックプロデューサーになるかを決定します。 GRANDPAは主にブロックの最終確認を担当します。バリデーターの 3 分の 2 以上がチェーンに特定のブロックが含まれていることを確認した場合、GRANDPA は、この特定のブロックまでの前のすべてのブロックを確認するブロックを許可します。これら 2 つのメカニズムを組み合わせることで、Avail はネットワークの復元力を高めるハイブリッド台帳を作成し、一時的なネットワークの分断や大規模なノード障害にも耐えられるようにします。
Avail の設計選択は、イーサリアムで使用される Casper および LMD GHOST に似ています。 LMD GHOST はイーサリアムのブロック生成エンジンであり、BABE のような確率論的なファイナリティに依存しますが、Casper FFG は GRANDPA と同様にファイナリティ保証を提供するファイナライゼーション メカニズムです。
Celestia では Tendermint を使用するという設計上の選択により、生成時にブロックを決定できるようになります。ただし、このようなオプションのトレードオフは、オペレーターまたはバリデーターの 3 分の 1 以上がダウンした場合にチェーンが停止する可能性があるというリスクです。ブロックのファイナリティはデータの可用性を保証するものではないことに注意することも重要です。 Celestia は不正防止設計を採用しています。この設計では、ブロックがすぐにファイナリティに達した (つまり、確認され、変更できない) 場合でも、ユーザーは関連データが利用可能であると確信するまで待つ必要があります。
データ可用性委員会 (DAC) は、データのアクセス性の確保またはデータの可用性の検証を担当する組織または団体のグループです。データが利用可能であることを確認する場合、特定の暗号署名を使用してこの確認を表します。これは、委員会メンバーの過半数以上が特定のデータが利用可能であることに同意した場合、特別なデジタル署名を使用してこの事実を証明することを意味します。
EigenDA はイーサリアムのメインチェーンに直接保存されない DAC であるため、「オフチェーン」DAC と呼ばれます。イーサリアムネットワーク内のバリデーターには、EigenDA に参加するオプションがあります。 DAC メンバーが特定のデータの利用可能性を確認する場合、スマート コントラクト ベースの証拠または声明を提供します。この認証は、データの信頼性または完全性が検証されたことを示します。さらに、データの順序や構造を確保するために、DAC メンバーは外部の独立したサービスにも依存してデータを並べ替えたり整理したりします。
分散化
ネットワークのセキュリティを考慮する場合、考慮すべき 2 つの重要な要素があります。それは、ステークの総額とそれらのステークの配分です。分散化の程度、つまり誓約金額がどの程度均等に分配されているかは、ネットワークのセキュリティに直接影響します。潜在的な攻撃のコストは、ネットワークのセキュリティを評価するために使用されます。これは、ステーク量がより大きなバリデーターのセット全体に均等に分散されている場合、ネットワークを攻撃しようとする妨害者は、同じステーク量を要求するようにより多くのノードを説得する必要があるためです。
Avail は Polkadot から Nominated Proof-of-Stake (NPoS) を継承しており、これにより最大 1,000 人のバリデーターをサポートできます。複数勝者の選出方法である逐次フラグメン法により、NPoS は効率的な報酬分配を実現し、ステーキング集中化のリスクを軽減できます。
Avail は、他のシステムのようにネットワークの問題やボトルネックが発生した場合にデータを取得するためにフルノードに完全に依存するのではなく、ライトクライアントの P2P ネットワークからデータをサンプリングできる機能が、すべてのデータ可用性ソリューションの中でもユニークです。この機能により、Avail は他の既存および今後のデータ可用性ソリューションとは異なります。この機能により、Avail は、障害が発生した場合でもデータの可用性を確保する、効率的で信頼性の高いバックアップ メカニズムを提供します。これにより、Avail のデータ可用性ネットワークの安定性と耐干渉機能がさらに強化されます。
Celestia はコンセンサス プロトコルとして Tendermint を使用しており、バリデータ セットは最大数百に達する可能性があります。
イーサリアムは単一のブロックチェーンとして、900,000 を超える検証ノードを備えたセキュリティのゴールドスタンダードとして機能しますが、ネットワークの分布範囲はこの数に完全には反映されていません。
対照的に、DAC には通常、ブロックチェーン データの可用性の確認を担当する少数のノードのみが含まれます。
再ステーキングプロセスはイーサリアムから得られるセキュリティに依存せず、そのセキュリティは主にプラットフォーム上のイーサ再ステーキングの総量に依存することに注意することが重要です。これは、再ステーキング自体がプラットフォームのセキュリティ向上に直接役立つわけではなく、イーサリアムにロックされている既存のプレッジの一部を利用するだけであることを意味します。
EigenDA は、その完全なノードからの署名を集約します。ただし、スマート コントラクトによって検証されたその主張は、データ可用性サンプリングと比較して同レベルのデータ可用性 (DA) 保証を提供していません。 EigenLayer は、イーサリアムにロックされている資金または資産を使用して、独自のネットワークをサポートすることを誓約する再ステーキング戦略を採用しています。ただし、このアプローチは、特定のバリデーターを再利用し、コンセンサスメカニズムの過負荷につながる可能性があるため、いくつかの批判を受けています。
実行環境の追加消費
過去 10 年にわたり、スマート コントラクト機能を備えた単一のブロックチェーンが画期的なイノベーションを導入してきました。ただし、データの可用性、実行、決済が 1 つに統合されるイーサリアムなど、この時代の最先端のテクノロジーであっても、スケーラビリティには重大な制限があります。これらの制限は、実行をオフチェーンに移行するレイヤー 2 テクノロジーの台頭と、EIP-4844 (プロト ダンクシャーディングおよびダンクシャーディングとも呼ばれる) のような改善案の開発に拍車をかけています。
神聖なスマート コントラクトは状態を定義し、ロールアップへのブリッジとして機能します。このアプローチでは、イーサリアムがロールアップの正確性を検証するための権威および標準として機能します。
Avail は実行と決済をベースレイヤーから切り離し、ロールアップがデータを Avail に直接公開できるようにします。このモジュール型アプローチの利点は、Avail ベースのロールアップが Avail の P2P ライト クライアント ネットワークを利用してステータスを簡単に確認できることです。さらに、実行証明の配信にネットワークが使用されている場合、ロールアップは、状態を定義するためにスマート コントラクトやベース レイヤに依存することなく、ロールアップ自体をアップグレードする機能を備えています。これにより、ロールアップの柔軟性と自律性が向上します。この新しいアプローチは、開発者にニーズに基づいて拡張できる基本レイヤーを提供し、サポートされている任意のレイヤーで決済をブリッジするオプションを開発者に提供します。
Celestia は Avail に対して同様のアプローチを採用しています。唯一の違いは、ライト クライアントがノード全体が停止した場合にネットワークをサポートできないことです。
また、EigenDA には固定決済層がありません。
発展の可能性
データ可用性 (DA) レイヤーのセキュリティと回復力に加えて、その上に構築されたロールアップとブロックチェーンの需要の増加に対応できる能力が成功には重要です。考慮すべき重要な要素をいくつか見てみましょう。
有効性の証明
有効性の証明について議論する場合、データ可用性レイヤーにおける不正の証明と有効性の証明の間のトレードオフを理解することが重要です。 Avail が使用する KZG コミットメントは、DA を保証するための有効性の証明です。これにより、メモリ、帯域幅、ストレージの要件が軽減され、簡素化が実現します。つまり、証明のサイズは多項式の複雑さの影響を受けません。これにより、KZG は、効率、プライバシー、スケーラビリティがすべて重要となるゼロ知識ベースのブロックチェーンに最適であることが約束されています。
さらに、Avail のライト クライアントは、データに迅速にアクセスしてサンプリングし、正しいブロック エンコードを保証することで、新しいブロックが完成したときにデータの可用性を保証しますが、不正行為の防止にはチャレンジ期間が終了するまで待つ必要があります。 KZG のコミットメントと Avail のライト クライアントの組み合わせにより、Avail 上の検証プロセスが高速化され、その上に構築されたロールアップまたはソブリン チェーンがその高速検証プロセスを利用できるようになり、今後何年にもわたってブロックチェーン設計の拡張性と柔軟性が生まれます。この認証方法は、Avail と Celestia のような DA レイヤーとの間の重要な差別化要因です。
Celestia は、KZG コミットメント生成よりもはるかに高速な安全なハッシュ関数を使用します。ここでのトレードオフは、消去コーディングの正確性を確認するために不正証明に頼らなければならないことであり、これによりデータの可用性の保証を保証する際に潜在的な遅れが生じます。
Celestia のライト ノードは、データが利用可能かどうか、またはまだ受信していない不正行為の証拠があるかどうかを明確に確認できません。言い換えれば、楽観的検証の一環として必要なチャレンジ期間が必要となるため、不正証明を使用すると、ネットワークのライトノードがサンプリング後にデータの可用性を明確に確認する能力が低下します。
EigenDA は KZG コミットメントを使用し、完全なデータ ブロックではなく少量のデータのみをダウンロードし、有効性証明を採用します。彼らのアプローチは、消失符号化を使用してデータをより小さなチャンクに分割し、オペレーターが全データ チャンク サイズの一部である 1 つのチャンクのみをダウンロードして保存することを要求することです。
イーサリアムに関しては、現在のバージョンでは有効性証明が使用されていませんが、EIP-4844 と完全な Danksharding が実装されると、有効性証明が使用されます。
拡張機能
L2 の普及は、高価なコストや遅いトランザクションなどのイーサリアムの制限が原因です。これらはイーサリアムの実行層となり、ブロックスペースの需要が増加しています。現在、イーサリアムにデータを公開するコストは、ロールアップの総コストの 70% ～ 90% を占めると推定されています。これにより、イーサリアム上で開発されたバリデーターとアプリケーションに追加コストが発生します。
Avail や Celestia などのベース レイヤーは、この問題を解決するように設計されています。データの可用性を考慮して最適化されており、需要の増加に応じてブロック サイズを動的に拡張できます。ライト クライアントとデータ可用性サンプリング (DAS) を組み合わせることで、ネットワーク上の需要の増加に応じてデータ可用性ブロック サイズを拡張できるという利点があります。これは、ブロック領域が増加しても、これらのネットワーク内の軽量クライアントはブロック全体をダウンロードせずに DAS を実行できるため、その上に構築されたアプリケーションは影響を受けないことを意味します。このユニークな機能により、単一のブロックチェーンとは区別されます。
2023年9月の時点で、イーサリアムには時価総額1,910億ドルの最大のコミュニティがあります。イーサリアム上に構築されたプロトコルはスケールメリットを享受できますが、過去数年間のブロックスペースの制限により、高額なトランザクションコストにも直面しています。ロールアップの成長において、ユーザー数とトランザクション量はピークに達しており、ロールアップは実行に最適な選択肢となっています。ブロックチェーン技術が普及するにつれて、ブロックスペースの需要は増加する一方です。
DAC はシンプルな集中型アプローチにより拡張可能ですが、一部のロールアップでは、分散型 DA ソリューションを設計できるまでの一時的な手段として DAC を使用しています。
データ可用性のサンプリング
Avail と Celestia はどちらも、Data Availability Sampling (DAS) を備えたライト クライアントをサポートしているため、ライト クライアントは最小限の信頼セキュリティを提供できます。前述したように、主な違いは、検証がどのように行われるか、そして、停止またはボトルネックが発生した場合に、Avail のライトクライアント P2P ネットワークがフル ノードを置き換えてネットワークをサポートする方法です。
対照的に、EIP-4844以降のイーサリアムにはDASが搭載されません。これは、軽量クライアントには、このアップグレードされた最低信頼セキュリティ機能が搭載されていないことを意味します。さらに一歩進んで、イーサリアムの DA ソリューションにはスマート コントラクト環境が含まれています。完全なダンクシャーディングでは、ブロブ領域を拡張するために DAS が実装され、今後数年以内に実装される予定です。
AigenDA のセキュリティは、データ可用性サンプリング (DAS) がないため、少数のフル ノードまたはその他のエンティティを信頼することに基づいて構築されています。プロトコルの完全性は、楽観的な構築と同様に、委員会の過半数が誠実であり、少なくとも 1 つの他の組織がデータのコピーを持っていることに依存します。デュアル クォーラム アプローチでは、シングル クォーラムよりもセキュリティが向上しますが、DAS を介した独立した検証という理想にはまだ達していません。
料金
イーサリアムは、混雑と需要と比較して最も高価なソリューションです。 EIP-4844 を使用しても、イーサリアムはブロック スペースを 1 回だけ増加させるだけであるため、依然として高価です。 DAC は最も安価ですが、より中心的なアプローチを採用するという犠牲が伴います。
実行レイヤーがなければ、Avail と Celestia はコストを低く抑えることができます。また、ブロックスペースを簡単に増やすこともできますが、今日のイーサリアムは DAS なしではこれを行うことができません。
EigenDA については、変動料金と固定料金の両方を備えた柔軟な費用モデルを導入すると述べていますが、実際の費用はまだ発表されていません。
パフォーマンスのハイライト
成長の可能性を調べたところで、これらのブロックチェーンのパフォーマンスを見てみましょう。
ブロックタイム
必要な各ビルド ブロックの時間を確認するには、上の表を参照してください。
この指標はブロックの確認から検証の完了までのプロセスの一側面のみをカバーするため、ブロックの構築にかかる時間だけでブロックチェーンのパフォーマンスを測定することは特異です。即座にファイナリティを提供するコンセンサスメカニズムがあっても、不正証明ベースの方法を使用すると、DA 検証に時間がかかる可能性があります。
イーサリアムは Casper を使用して 64 ～ 95 スロットごとにブロックをファイナライズします。これは、イーサリアムのブロックのファイナリティが約 12 ～ 15 分であることを意味します。
EigenLayer はブロックチェーンではなく、イーサリアム上で実行される一連のスマート コントラクトです。これは、イーサリアムと同じ決定論的な時間を継承することを意味します。したがって、ユーザーがロールアップにトランザクションを送信する場合、ロールアップはデータが利用可能であることを証明するためにトランザクション データを EigenLayer に転送する必要があります。ただし、トランザクションは Ethereum ブロックが完了したときにのみ完了したとみなされ、ロールアップがトランザクションを受け入れた場合でも遅延が発生する可能性があります。より高速な DA 保証と暗号経済的対策を提供することで問題を回避する方法がすでに議論されています。
ブロックスペース
ロールアップが将来の実行レイヤーになるにつれて、ブロック領域の需要は増加する一方です。 Avail や Celestia のような DA レイヤーはモジュール設計により需要を満たすことができますが、イーサリアムのブロックスペースの増加は限定的です。 Avail の Kate テストネットは 2 MB のブロック サイズで構成されており、これがコピーされて 4 MB に消去符号化されます。 Avail は、効率的なクライアント側検証テクノロジーを使用してブロック サイズを拡大できるという点でユニークです。 Avail は内部ベンチマークを通じて、最大 128 MB のブロック サイズを問題なくテストしました。
Celestia は、DAS のおかげで、ブロック領域の需要の増加に応じてブロック サイズを増やすこともできます。
EigenDA は、DA とコンセンサス、イレイジャー コーディング、ダイレクト ユニキャストを分離することでスループットを拡張します。ただし、これには、ベース レイヤーの検閲耐性を継承しない上に構築されたロールアップという代償が伴います。
要約する
構築するための固体ベースレイヤーを選択するのは難しい場合があります。この記事が、読者がさまざまな設計選択の長所と短所についてさらに学び、自分に適した DA レイヤーを選択するのに役立つことを願っています。
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元のリンク: https://blog.availproject.org/a-guide-to-selecting-the-right-data-availability-layer/#consensus-mechanisms
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Avail のビジョン: Ethereum ロールアップのデフォルトの DA レイヤーになる!
