イーサリアムPoSシステムの今後の発展方向についての考察

最近、イーサリアムの共同創設者がイーサリアムプロトコルの未来の発展可能性についての一連の記事を発表しました。本記事では、ロードマップの"The Merge"部分に焦点を当て、PoS（プルーフ・オブ・ステーク）システムにおいてどのような技術設計が改善できるか、またそれらの改善を実現するための方法について考察します。

"ザ・マージ"はイーサリアムの歴史上最も重要なイベントと見なされており、PoW（プルーフ・オブ・ワーク）からPoS（プルーフ・オブ・ステーク）への移行を示しています。現在、イーサリアムはPoSシステムとしてほぼ2年間安定して稼働しており、安定性、性能、分散化の面で優れた成果を示しています。しかし、プルーフ・オブ・ステークシステムにはまだ重要な改善が必要な分野がいくつかあります。

2023年のイーサリアムのロードマップは、改善の重点を二つの側面に分けています：技術的特徴の最適化（安定性、性能、小型バリデーターのアクセス可能性など）と、中央集権リスクに対処する経済メカニズムの調整。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通しの分析(1):マージ

"The Merge"の主な目標には次が含まれます：

1. 単一タイムスロットの決定性(SSF)を実現し、ブロックの最終確定時間を大幅に短縮する
2. 分散化を維持しながら、最速で取引を確認し完了させる
3. 独立したステーキングの実行可能性を高める
4. システムの堅牢性を強化する
5. イーサリアムの51%攻撃に対する耐性を高める

単時隙の決定性とステーキングの民主化

現在、イーサリアムは約15分で1つのブロックを完了する必要があり、ステーキングのハードルは32 ETHです。これは、複数の目標をバランスさせるための妥協です：

• ステーキングに参加するバリデーターの数を最大化する
• ファイナライズ時間の最小化
• ノードの実行コストを最小化する

理想的には、イーサリアムは経済的最終性を保持しつつ、2つの改善を実現したいと考えています。

1. 15分ではなく、1つのスロット内でブロックを確定する。
2. ステーキングの敷居を32 ETHから1 ETHに引き下げる

これらの改善により、より多くのユーザーがより高いレベルのセキュリティを享受できるようになり、プロトコルとインフラが簡素化され、より多くの独立したステーキング者が参加できるようになります。

しかし、より速い確実性と低いステーキングのハードルは、コストを最小限に抑えるという目標と対立しています。最近の研究では、いくつかの可能な解決策が提案されました：

1. ZK-SNARKsを使用するなど、署名集約プロトコルを改善する
2. オービット委員会メカニズムは、ランダムに選ばれた中規模委員会がチェーンの最終確定を担当することを許可します。
3. ダブルステーキングメカニズム、2種類の異なる預金要件を設定したステーカー

各プランにはそれぞれ利点と欠点があり、安全性、非中央集権、および技術的実現可能性の間でバランスを取る必要があります。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通しの分析(1):マージ

シングルシークレットリーダー選挙

現在、次のブロックの提案者は事前に知ることができ、これはセキュリティ上のリスクがあります。解決策は提案者の情報を隠すことであり、少なくともブロック生成前に秘密にすることです。シンプルで効果的な単一の秘密リーダー選挙プロトコルを実現することは依然として課題であり、プロトコルの複雑性とセキュリティの間でバランスを取る必要があります。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通しの分析(1):マージ

より速い取引確認

取引確認時間を12秒から4秒に短縮することで、ユーザー体験が大幅に改善され、DeFiプロトコルの効率が向上し、L2がより分散化されます。主に2つの技術的なアプローチがあります：

1. 時間間隔を8秒または4秒に減らす
2. 提案者が単一のタイムスロット内にプレ確認を発表することを許可する

しかし、隙間時間を短縮することは、バリデーターの集中化リスクを引き起こす可能性があります。事前確認方法は平均確認時間を改善できますが、最悪の状況を改善することはできず、事前確認をどのように奨励するかは依然として問題です。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通し分析(1):マージ

量子攻撃耐性の代替案

未来の量子コンピュータの脅威に直面して、イーサリアムは現在の楕円曲線に依存するプロトコル部分のために、ハッシュまたはその他の量子耐性の代替案を開発する必要があります。これは、ステークプルーフ設計において保守主義を維持する合理性を証明しています。

まとめ

イーサリアムPoSシステムの技術進化は多くの課題に直面しています。単一スロットの最終確定性、ステーキングの民主化、単一の秘密リーダー選挙、より速い取引確認、量子攻撃に対する対策の開発は、解決すべき重要な問題です。イーサリアムは絶えず探索と革新を続けており、さまざまな技術的解決策の間で最適なバランスを見つけることを目指し、より高い安全性、性能、分散化の程度を実現しようとしています。

! イーサリアムプロトコル技術アップグレードの見通し分析(1):マージ