イーサリアムのスケーリングロードマップ: ZKとzkEVM技術を通じて毎秒1万件の取引を実現

イーサリアムは創世ブロックの10周年を迎えようとしており、10年の探索を経て、そのスケーラビリティのロードマップが新しい方向性とビジョンを切り開いています。最も興奮すべきは、数年にわたるL2スケーラビリティの探索を経て、イーサリアムL1が最大の非中央集権を維持しながら、極限のスケーラビリティを実現する信頼できる道を見つけたことです。

簡単に言えば、今後、イーサリアムのGas上限とTPSは毎年数倍に増加する予定です。検証者は各取引を繰り返し実行するのではなく、単に一つの零知識証明(ZK-proof)を検証して、このバッチの取引が正しく実行されたことを証明することで、基盤ネットワークのTPSを毎秒数万件に引き上げることができます。

同時に、L2も同期してスケーリングし、数十万、さらには数百万TPSを実現します。「ネイティブロールアップ」と呼ばれる新しいタイプのL2は、プログラム可能なシャーディングのように機能し、L1と同じ安全性を提供します。

これらの提案は正式に承認されていないが、2017年からVitalik Buterinが探求し始めた考え方に基づいており、イーサリアム財団の主要研究者Justin Drakeの推進と支持を受けている。

DrakeはEthCC大会で次のように述べました:"私たちはイーサリアムのスケーリングの重要な転換点にいます。私は、私たちがL1のGigaGas時代に突入しようとしていると確信しています——約1万TPS。この時代を切り開く鍵はzkEVMとリアルタイム証明です。"

ドレイクの究極の目標は、10年以内にイーサリアムエコシステムで1000万TPSを実現することです。これは、将来必然的に「ネットワークの中のネットワーク」アーキテクチャになることを意味します。異なるL2が異なるシナリオ、トレードオフと利点を担い、全体のエコシステムを共同で拡張し、世界のニーズを満たすことになります。

イーサリアムL1はなぜ大規模にスケールアップできないのか?

他のブロックチェーンがすでにより強力なハードウェアと計算能力を使ってスループットを拡大しようとしているにもかかわらず、イーサリアムは常に分散化に対してほぼイデオロギー的なこだわりを持っています。ETHの最大主義者の観点から見ると、Solanaのような"データセンター系チェーン"は数百万ドルの中央集権的リスクポイントを持ち、政府は直接これらのノードに対して取引を審査することができます。Suiのようにハードウェア要件がやや低いチェーンでさえ、そのコストと帯域幅の要件は非常に高く、分散化の程度に影響を与えます。

比較すると、イーサリアムはラズベリーパイ上でさえ動作することができます。この低いハードル設計により、15,000を超える公開ノードと数百万人の検証者がネットワークに参加し、取引の検閲はほぼ不可能であり、全体のネットワークは攻撃に対して非常に強い耐性を持っています。

代償は非常に遅いです——現在のTPSは毎秒約18〜20トランザクションであり、ソラナは約毎秒1500トランザクションです。

ある意味で、ブロックチェーンのアーキテクチャは生まれつき非効率的で、まるでGoogleスプレッドシートのようです。セルを一つ変更するたびに、世界中のすべてのコピーのコンピュータがまず全体のスプレッドシートを再計算し、正確であることを確認してから更新しなければなりません。

正因在保持去中心化前提下主网扩容空间有限,イーサリアムは2020年にL2分層拡張という物議を醸すルートを歩まざるを得なかった。

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ZKはどのようにブロックチェーンの不可能三角を解決するのか?

ヴィタリック・ブテリンは「ブロックチェーン不可能三角」の概念を提唱し、パブリックチェーンが安全性、スケーラビリティ、分散化の三つを同時に満たすことが難しいというジレンマを表現しました。ほとんどすべてのスケーリングソリューションはそのうちの二つだけを満たすことができ、必然的に第三の要素を犠牲にします。

ZK技術が登場するまで。ゼロ知識証明は、取引の詳細を漏らすことなく、数学的に多くの複雑な取引が正しく実行されたことを証明できます。ZK証明の生成プロセスは非常に複雑ですが、証明が正しいかどうかを検証するのは迅速かつ軽量です。

したがって、イーサリアムの未来の構想は: 一群性能の劣るラズベリーパイノードがすべての取引を逐次再計算するのではなく、検証者がごく小さなZK証明の数学的結果をチェックするだけで済む方が良いということです。

ドレイクは未来のZK証明の検証に必要な計算量が7ドルのラズベリー・パイ・ピコでも対応できるほど小さいと冗談を言い、大規模なデータセンターは全く必要ないと述べました。

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zkEVM:1万TPSへのロードマップ

イーサリアム基金のソフィア・ゴールドは最近ブログで明らかにしました: 今後1年以内に、L1メインネットがゼロ知識証明駆動のイーサリアム仮想マシン(zkEVM)を統合する可能性があります。

注目すべきは、多くのZK技術の実用化探求が実際にはL2ネットワークから始まったということです。例えば、100% EVM互換のZK Rollupパブリックチェーン——イーサリアム上で動作するアプリケーションは、すべてそこでシームレスに動作することができます。

その公衆チェーンの責任者は、ZK技術がブロックチェーンの不可能な三角形に対する答えを提供していると説明しました:"ZKの魔法は、L1のガス上限を大幅に引き上げることができる点にありますが、計算量の拡張は検証をより複雑にすることはありません。"

彼は、ZK証明の生成に伴う遅延とコストが継続的に低下するにつれて、私たちはより高いスループットを処理できるようになり、同時に検証のハードウェア要件を非常に低く保つことができると付け加えました——さらにはスマートウォッチ一台でも検証作業をこなすことができるのです。

しかし、コミュニティは過度に楽観的になる必要はありません。たとえ来年のうちにzkEVMがL1に成功裡に統合されたとしても、それが初日から1万TPSを直接実現するわけではありません。

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一歩一歩進む、そして一瞬で完成する

イーサリアムには現在、ネットワークを運営するために使用できる5つの主要なソフトウェアクライアントがあります。これは、特定のクライアントに問題が発生しても、ネットワークが直接停止することはないことを意味します。

今後のアップグレードロードマップでは、イーサリアムは最初にZK検証をサポートする改良版クライアントを2〜3つリリースする予定です。これにより、検証者は各取引を再実行することなく、ゼロ知識証明を確認することで検証を完了できるようになります。

最初、少数のバリデーターが新しい検証モードに先行して切り替え、初期に潜在的な問題を特定し修正することができます。

イーサリアム財団のプロトコル調整チームのラディスラウスは、「snark化されたEVMへの切り替えは段階的なプロセスになるだろう」と述べました。

ユーザーは主にL1のガス上限が引き上げられることを段階的に感じることになります。つまり、ネットワークの経済活動能力が強化されるということです。L1からZK検証への移行には時間がかかりますが、ガス上限の拡張はほぼ射る準備が整っています。

先週、L1 Gasの上限が22%引き上げられ、4500万に達しました。研究者のDankrad FeistはEIPを提案し、クライアントが毎年自動的にGas上限を3回引き上げることを提案しました。この計画に従えば、4年後にはイーサリアムのメインネットで約2000 TPSを実現できるでしょう。

そして、ジャスティン・ドレイクはさらに進めて、これを2年延ばし、2031年には1ギガガスのスループットに達し、約1万TPSを実現できると提案しました。

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