プロトダンクシャーディング：概念と動作原理

合併と上海アップグレードの完了に伴い、イーサリアムはプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークのコンセンサスプロトコルに移行しました。イーサリアムのロードマップの次の重要なプロジェクトは、イーサリアム改善提案(EIP)4844、通称「ネイティブデータブロブ」です。このコード変更は、イーサリアム上に構築されたロールアップ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「Protolambda」とDankrad Feistの名前にちなんで名付けられ、ブロブ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とストレージの要求を増やし、ブロブと通常の取引を別々に価格設定する新しい料金市場を作成します。

Rollupsは、イーサリアム(のようなLayer 2ブロックチェーン)に依存して、データの可用性(DA)(を広く普及させ、取引データのバッチを一時的に保存する機能)のプロトコルです。一般的に、スマートコントラクトに基づくrollupは、イーサリアムのDAに依存し、取引の決済(の検証)にも依存します。これらのrollupは、イーサリアムなどのDAレイヤーからデータを読み取り、有効な取引とスマートコントラクトコードを実行します。イーサリアム上に構築されたrollupは、イーサリアムブロックに含まれるバッチ取引データを使用して取引の真実性を実現します。ソーターは、コスト効率の良い方法でユーザーの取引をバッチ処理し、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、その一因としてネットワークがデータを取引履歴の一部として永続的に「CALLDATA」と呼ばれるフィールドに保存するためです。EIP 4844により、各ブロックはrollup用に追加の512kBまたは768kBのデータ空間を作成します。Ethereumのコア開発者たちは、blob取引のためにどれだけの追加空間を作成すべきかを検討しています。重要なのは、この空間に公開されたデータは約三週間の間保存されることです。blob取引によって検証されるデータの短命性と、他の種類の取引から隔離されたblobの価格設定の独立した費用市場により、理論的には、rollupがEthereumにデータを公開するコストは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予定であり、これによりblobデータをEthereumのフルノードにダウンロードする必要がなくなり、さらなるrollupコストの削減が期待されます。Proto-dankshardingは完全なdankshardingの前段階と「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。

この記事では、EIP-4844の動作原理の詳細、proto-dankshardingの限界、EIP-4844から完全なdankshardingへの進化計画について深く掘り下げ、2023年秋に予定通り実施されるコード変更が最終ユーザーと分散型アプリ(dapp)開発者に直接もたらす利益について論じています。完全なdankshardingがLayer 2 rollupエコシステムをサポートし、イーサリアムのモジュラー拡張を通じて機能することに焦点を当てると、次回のイーサリアムアップグレードで実施されるコード変更は、世界最大のパブリックブロックチェーンの1つにおけるモジュラーブロックチェーン理論のスケールでの適用に関する重要なテストケースとなるでしょう。

! 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

背景

EIP-4844はイーサリアムのスケーラビリティアップグレードと見なされています。しかし、注意すべきは、このコードの変更がイーサリアム自体の取引能力の実質的な改善を増加させたり導入したりしていないことです。Proto-dankshardingはイーサリアムに大量のデータを公開するコストを削減し、それによりロールアップの運営コストを低下させました。EIP-4844はイーサリアムのスケーラビリティの向上と見なされていますが、イーサリアムに構築されたLayer 2ネットワークをよりコスト効果的にする一方で、このコードの変更は取引やスマートコントラクトコードの実行における汎用ブロックチェーンとしてのイーサリアムのスケーラビリティを向上させていません。

過去四年間、Arbitrum、Optimism、StarkNet、zkSync、Polygon zkEVMなどのイーサリアムロールアップの取引活動は増加しています。あるデータプラットフォームは、すべてのLayer 2ネットワークで実現される毎秒の取引量(TPS)がイーサリアムの日平均TPSの3.8倍であると推定しています。

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ある研究機関がデータ分析プラットフォームを通じて提供したデータによれば、イーサリアムに直接コードをデプロイし取引するコストと比較して、ロールアップはエンドユーザーとDApp開発者に99%以上のガス費用を節約しています。

2023年6月13日現在、最も人気のある2つのイーサリアムロールアップでの取引コストは、あるOPクラスのロールアップと別のOPクラスのロールアップで約0.03ドルから0.05ドルの範囲です。しかし、オンチェーン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々1ドル以上に急上昇することがあります。

EIP-4844の目標は、バイナリ大規模オブジェクト、つまりblobという新しい取引タイプを導入することによって、ロールアップコストを削減することです。以下は、EIP-4844で定義されたblob取引のライフサイクルの段階的な説明です:

1. ユーザーはロールアップオーダラーに取引を提出します
2. ソーターは複数のユーザー取引を1つの大規模な取引バッチにバッチ処理します。
3. ソートメイカーは blob データを含むトランザクションを生成します
4. ソーターは blob トランザクションをイーサリアムのメモリプールに送信します
5. イーサリアムのバリデーターは、blob トランザクションをブロックにパッケージします。
6. ブロックがネットワークにブロードキャストされ、他の検証者によって検証されます
7. blobデータは、ビーコーンチェーンに約3週間保存されます。
8. blobデータは期限切れ後に破棄されますが、取引ハッシュはブロック内に保持されます。

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EIP-4844は、Ethereumのメモリプールに提出される通常の取引がどのようにブロックに含まれるかには影響せず、Ethereumのブロックスペースの価格を決定する費用市場にも影響しませんが、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、blobトランザクションをブロックに追加するためのものです。Blobは副車のようなもので、Ethereumブロックに追加されても、既存のブロックスペースを影響させたり、通常の取引を処理するために占有したりすることはありません。Blobブロックスペースは、EIP-1559の費用市場の設計を模倣して、その独自の費用市場に基づいてオークションされます。EIP-1559に関する詳細については、関連する研究報告をお読みください。最初は、blobトランザクションはほとんどコストがかかりません。その後、各ブロックが確認されるごとに、blobブロックスペース(が少なくとも256kB)利用されている場合、blobトランザクションのコストは12.5%増加します。十分に利用されていないblobブロックスペースを持つブロックの場合、すなわちblobブロックスペースが50%未満で埋められている場合、blobのコストは12.5%減少します。

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Blob 取引はイーサリアム上に無期限に保存されるのではなく、イーサリアムのコンセンサス層(CL)、つまりビーコンサイン上に保存され、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のテストに応じ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、単一のロールアップオーダーの機会であり、イーサリアムに単一のバッチ取引を確認することができます。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可能性があります。各ブロックの最大数のblobを連続的に処理するコストは、オーダーを行う者にとって非常に高額です)。

過去六ヶ月間、あるOPタイプのロールアップ上で動作しているオーダーラーは、取引活動に基づいて第二に人気のあるイーサリアムロールアップであり、毎日イーサリアムに約3126の取引バッチを提出しています。

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ある OP 種類のロールアップで確認された取引量は、別の OP 種類のロールアップのおおよそ2倍であり、別の OP 種類のロールアップと同様に、ソーターを介して CALLDATA を使用してイーサリアムにデータを公開することで取引を完了します。イーサリアム上で人気のあるロールアップの他の例には、ある ZK ロールアップ、ある ZK ロールアップ、ある ZK ロールアップなどが含まれます。ある OP 種類のロールアップでは、90%以上の手数料が Layer 1 CALLDATA 手数料から来ています。

専用のデータストレージスペースの導入は、最初がどんなに小さくても、EthereumをすべてのEthereumベースのrollupのDAレイヤーとして使用するコストを削減するためのものです。保守的に見積もると、rollup開発者は、EIP 4844のアクティベーションから、rollup手数料が100%から900%減少するだろうと考えています。しかし、これらの見積もりは、元のデータベースがアクティブになる前後の数ヶ月の間に、rollupの採用や活動の増加によって変わる可能性があります。

blob 取引のコストは、EIP 4844 の初期においては通常の取引よりも安価である可能性がありますが、Ethereum 上に構築された rollup の数が増加すると、急速に上昇する可能性があります。また、各 blob は単一のオーダラーに最大 128kB のデータを公開する機会を提供することを目的としていますが、rollup オーダラーが協調して、単一の blob に複数の rollup からのデータを含める可能性があります。Ethereum 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 取引の全 128kB の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 の価格設定のための二次市場が出現する可能性があることを認識しています。チェーン外の二次市場の出現を防ぐことは優先事項ですが、こ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 によって 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 EIP 4844 のさらなる最適化を計画しています。

Proto-danksharding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のより先進的な技術を導入する基盤を築きました。完全dankshardingと呼ばれるblobの完全な概念は、各ブロックのblobの最大数を4から64に増やすことです。

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完全なダンクシャーディング

4つのblobはEthereumのブロックサイズを512kB増加させます。6つのblobはEthereumのブロックサイズをさらに768kB増加させます。前述の通り、追加のブロックスペースは厳密にblobトランザクションのために使用され、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個の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これを実現することです。完全なダンクシャーディングを実現するために、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。

データ可用性サンプリング(DAS)

Layer 2 rollup 取引の検証の文脈において、DAS の目標は、ソート主によってバンドルされたすべてのデータ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 からデータの一部をダウンロードし、データ可用性証明を生成します。完全ノードがデータサンプリングを行う回数が多いほど、すべてのデータがソート主から提供されていることが保証されます。