プロトダンクシャーディング: 原始データ処理とは何か、そしてそれはどのように機能するのか

イーサリアムは、マージと上海アップグレードを完了した後、プルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークのコンセンサスメカニズムに成功裏に移行しました。イーサリアムのロードマップにおける次の重要なプロジェクトはEIP-4844であり、「原データ処理」とも呼ばれています。このコード変更は、イーサリアムのレイヤー2スケーリングソリューションの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。EIP-4844は、イーサリアムのコア開発者である「Protolambda」とDankrad Feistの名前にちなんで名付けられており、blobと呼ばれる新しい取引タイプを導入し、イーサリアムブロックのデータおよびストレージ要件を増加させ、blobと通常の取引を別々に価格設定する新しい料金市場を創出します。

Layer 2拡張ソリューションは、Ethereum(のようなLayer 1ブロックチェーン)に依存し、データ可用性(DA)のプロトコルを使用します。これは、取引データのバッチを広く伝播し、一時的に保存する機能です。通常、スマートコントラクトに基づくLayer 2ソリューションは、EthereumのDAに依存し、Ethereumを用いて取引決済(検証)も行います。これらのLayer 2ソリューションは、EthereumのようなDA層からデータを読み取り、有効な取引およびスマートコントラクトコードを実行することに特化しています。Ethereumの上に構築されたLayer 2ソリューションは、取引の真正性を確保するために、Ethereumブロックに含まれるバッチ取引データに依存しています。ソーターは、コスト効率的な方法でユーザーの取引をバッチ処理および圧縮し、DA層のアクターに提出します。

通常の場合、Ethereumに大量のデータを公開するコストは非常に高く、その一因はネットワークがデータをトランザクション履歴の一部として"CALLDATA"というフィールドに永続的に保存するからです。EIP-4844を通じて、各ブロックはLayer 2ソリューション用に追加の512kBまたは768kBのデータスペースを作成します。Ethereumのコア開発者は、blobトランザクションのためにどれだけの追加スペースを作成すべきかを慎重に検討しています。重要なのは、このスペースに公開されたデータは約三週間保存されるということです。blobトランザクションによって検証されるデータの短命性と、他のタイプのトランザクションから隔離されたblobの価格設定に関する独立した費用市場により、理論的にはLayer 2ソリューションがEthereumにデータを公開するコストが大幅に削減されるでしょう。時間が経つにつれて、開発者はデータサンプリング技術を導入することを計画しており、これによりblobデータをEthereumのフルノードにダウンロードして検証する必要がなくなり、Layer 2のコストがさらに削減されます。Proto-dankshardingは完全なdankshardingの前奏と"プロトタイプ"であり、Ethereumノードがblobデータの断片をダウンロードして完全なblobの可用性を確認できるようにします。

本報告は、EIP-4844がどのように機能するかの詳細、原始データ処理の限界、EIP-4844が完全なダンクシャーディングへの計画的な進化を含む、2023年秋に計画通りに実施される際のコード変更が最終ユーザーおよび分散型アプリ(dapp)開発者に直接もたらす利点に関するいくつかの考慮事項を深く探ります。完全なダンクシャーディングの重点がLayer 2エコシステムをサポートし、モジュラー化によってイーサリアムを拡張することであることを考慮すると、次のイーサリアムのアップグレードで実施されるコード変更は、世界最大の公共ブロックチェーンの1つにおけるモジュラー化ブロックチェーン理論のスケールでの重要なテスト場所となります。

背景

EIP-4844はEthereumのスケーラビリティのアップグレードと見なされています。しかし、注意すべき点は、このコードの変更がEthereum自体の取引能力の改善を実質的に増加または導入していないことです。Proto-dankshardingは、Ethereumに大量のデータを公開するコストを削減し、それによってLayer 2ソリューションの運営コストを低下させます。EIP-4844はEthereumのスケーラビリティの向上と見なされており、Ethereumの上に構築されたLayer 2ネットワークをよりコスト効率的にしますが、このコードの変更はEthereumを取引およびスマートコントラクトコードの実行のための汎用ブロックチェーンとしてのスケーラビリティを向上させていません。

過去4年間、Ethereum Layer 2ソリューションの取引活動は増加しています。L2Beat.comによると、すべてのLayer 2ネットワークで実現された毎秒の取引量(TPS)は、Ethereumの日平均TPSの3.8倍に達しています。

! イーサリアムのモジュール化の最初のステップ:Proto-dankshardingの基本的な紹介とその仕組み

データプラットフォームがDune Analyticsを通じて提供したデータによると、直接Ethereumにコードをデプロイし、取引を行うコストと比較して、Layer 2ソリューションはエンドユーザーとdapp開発者に99%以上のガス料金を節約しています。

! イーサリアムのモジュール化の最初のステップ:Proto-dankshardingの基本的な紹介とその仕組み

2023年6月13日現在、最も人気のある2つのEthereum Layer 2ソリューションでの取引コストの傾向は約0.03ドルから0.05ドルです。しかし、オンチェーンの活動が頻繁でネットワークが混雑している場合、これらのコストは時折1ドルを超えることがあります。

EIP-4844の目的は、新しいトランザクションタイプであるバイナリ大オブジェクト、またはblobを導入することでLayer 2のコストを削減することです。以下はEIP-4844で定義されたblobトランザクションのライフサイクルのステップバイステップの説明です:

! イーサリアムのモジュール化の最初のステップ:プロトダンクシャーディングの基本的な紹介とその仕組み

EIP-4844は、Ethereumメモリプールに提出された通常の取引がブロックに取り込まれる方法や、Ethereumブロックスペースの価格を決定する費用市場には影響を与えませんが、EIP-4844は確かにEthereumブロックのストレージ要件を増加させます。追加のデータスペースは、ブロブ取引をブロックに追加するためのものです。ブロブはサブカーのようなもので、Ethereumブロックに追加することができ、通常の取引を処理する既存のブロックスペースに影響を与えたり、圧迫したりすることはありません。ブロブブロックスペースは、その独自の費用市場に基づいてオークションされる予定で、EIP-1559の費用市場設計を模倣しています。最初は、ブロブ取引にはほとんどコストがかかりません。その後、ブロックが1つ確認されるごとに、ブロブブロックスペース(が少なくとも256kB)利用されている場合、ブロブ取引のコストは12.5%増加します。ブロブブロックスペースが十分に利用されていないブロック、つまりブロブブロックスペースが50%未満しか埋まっていない場合、ブロブのコストは12.5%減少します。

Blob取引は無期限にイーサリアムに保存されるわけではなく、イーサリアムのコンセンサス層(CL)、つまりビーコーンチェーンに保存され、3週間後にCLノードから削除されます。Proto-dankshardingにより、各ブロックには最大4つのblobがあり、各blobは最大128kBの追加データを含むことができます。512kBのblobスペースの最大制限は、進行中のEIP-4844のテストに基づいて変更される可能性があります。開発者たちはこの制限を4つのblobから6つに増やす可能性について活発に議論しています。各blobは、単一のレイヤー2ソート装置がイーサリアムに一括取引を確認する機会です。イーサリアムでは毎日約7094のブロックが生成され、EIP-4484の後、4つのblob/ブロックの制限を仮定すると、毎日最大28376のblobを処理できる可能性があります。(これは理論上の最大値であり、blob料金の動的変化により、実際には決して達成されないかもしれません。各ブロックの最大数のblobを連続して処理するコストは、ソート装置にとって非常に高価です)。

過去6か月間、特定のLayer 2ソリューション上で稼働しているオーダラーは、取引活動に基づいて第2の最も人気のあるイーサリアムLayer 2ソリューションであり、毎日約3126件の取引バッチをイーサリアムに提出しています。

! イーサリアムのモジュール化の最初のステップ:Proto-dankshardingの基本的な紹介とその仕組み

別のLayer 2ソリューションの確認された取引量はこれのおよそ2倍であり、また、ソートエンジンを通じてCALLDATAを使用してEthereumにデータを公開することによって取引を完了します。Ethereumで人気のあるLayer 2ソリューションの他の例もたくさんあります。あるLayer 2ソリューションでは、90%以上の手数料がLayer 1 CALLDATA手数料から来ています。

! イーサリアムのモジュール化の最初のステップ:Proto-dankshardingの基本的な紹介とその仕組み

専用のデータストレージスペースの導入は、最初はどれほど小さくても、すべてのEthereumベースのLayer 2ソリューションのDAレイヤーとしてEthereumを使用するコストを削減するためのものです。控えめに言って、Layer 2の開発者は、EIP-4844の活性化から、Layer 2の費用が100%から900%減少すると見積もっています。しかし、これらの見積もりは、原始データ処理の活性化前後の数ヶ月におけるLayer 2の採用と活動の増加に応じて変わる可能性があります。

blob取引のコストは、EIP-4844が初めて有効化されたときには通常の取引よりも安い可能性がありますが、Ethereum上のLayer 2ソリューションの数が増えると急速に上昇する可能性があります。また、各blobは単一のオーダリング者に最大128kBのデータを提供する機会を提供することを目的としていますが、Layer 2オーダリング者は調整を行い、単一のblobに複数のLayer 2ソリューションからのデータを含める可能性があります。Ethereumの開発者は、各ブロックの数が限られており、単一の取引バッチが各blob取引の128kBデータスペースを完全に活用できない可能性があるため、blobの価格設定に関する二次市場が発生する可能性があることを認識しています。オフチェーンの二次市場の出現を防ぐことは優先事項ですが、その可能性を防ぐためにより高いレベルのプロトコルの複雑さを導入するのではなく、現在、開発者はEIP-4844を通じてblobを導入する「待って観察する」アプローチを取っており、将来的にはEIP-4844をさらに最適化する計画です。

原始データ処理は、ノードの計算負荷を増加させることなくblobコストをさらに削減するために、より高度な技術を導入する基盤を築きました。完全なdankshardingと呼ばれ、blobの完全な構想は、各ブロックのblobの最大数を4から64に増加させることです。

完全ダンクシャーディング

4つのblobにより、Ethereumのブロックサイズは512kB増加します。6つのblobでは、Ethereumのブロックサイズがさらに768kB増加します。前述のように、追加のブロックスペースは厳密にblob取引に使用され、通常のブロックスペースのようにデータを永久に保存することはありません。EIP-4844の完全なビジョンは、Ethereumに最大64のblobを導入し、ブロック検証のノード計算負荷を大幅に増加させることなくそれを実現することです。完全なdankshardingを実現するために、Ethereumは2つの技術を実装する必要があります: データ可用性サンプリング(DAS)と消去符号化。

データ可用性サンプリング(DAS)

Layer 2取引の検証の文脈において、DASの目標は、ソートされたすべてのデータの断片がチェーン上に公開されていることを保証することです。完全ノードはランダムに選択され、blobからデータのブロックをダウンロードしてデータの可用性証明を生成します。完全ノードがデータをサンプリングする回数が多いほど、すべてのデータがシーケンサーから提供され、重要なデータが保持されていない確率の決定的な可能性が高くなります。ノードにとって、データをサンプリングするプロセスは、全体のblobデータをダウンロードする計算量よりも少なくなりますが、理論的には同じデータの可用性の保証を提供します。元のデータ処理と同様に、完全なdanksharding下でのblobデータのサンプリングは、ソートされた取引が検証され、チェーン上に公開されていることを保証し、任意のユーザーまたはネットワークの利害関係者が評価できるようにします。その後、ユーザーと利害関係者は、これらの取引を確認し、EthereumのようなDAレイヤーで最終的に完了していることを確認し、前の取引のバッチに基づいて新しい取引バッチを構築するための時間を持ちます。

DASを通じて、Ethereumの開発者は、ノードの計算負荷を増加させることなく、EthereumへのBlobsの数とデータ量を増やす自信を持っています。さらに、開発者は将来のアップグレードで、歴史の期限切れなどの提案を実施することで、ノードの計算負荷をさらに軽減することを計画しています。Ethereumの研究者であるDankrad Feistの言葉を借りると、時間が経つにつれて、Ethereumは「アーカイブシステムではなく公共の掲示板」のようになり、取引履歴の完全なコピーを保持する責任を、これらのデータを頻繁に使用するネットワークの利害関係者、例えばLayer 2ソリューションやブロックチェーンインフラ企業に委ねることになります。EIP-4844がBlobsを導入しましたが、これはすべての取引がいつかEthereum上のストレージになる可能性があるという初期の例です。

! イーサリアムのモジュール化の第一歩:プロトダンクシャーディングの基本的な紹介とその仕組み

エンコーディングを消去

エラーディング技術はデータのサンプリングを強化しました