Vitalik Buterin氏が示したEthereumの最新の長期ビジョンでは、ゼロ知識証明、最適化されたプルーフ・オブ・ステーク、分散型のオフチェーンインフラが、かつてすべてのフルノードが直接担っていた機能を引き継ぎ、2030年までにネットワークを「暗号学的なワールドコンピューター」へと向かわせる道筋が描かれている。
Ethereumの共同創設者は、検閲耐性、決定論的なルール実行、不可逆的な決済というネットワークの中核的な保証を維持しながら、参加者がブロックを検証し、データを処理し、計算を組織する方法を変えるシステムについて説明した。この方向性により、初期のブロックチェーン設計から受け継いだ、すべてのノードが全活動をダウンロードして再実行する必要性が減る一方、ユーザーはより低コストで、場合によってはよりプライバシーに配慮した形でアプリケーションを利用できるようになる。
この提案は、Ethereumのベースレイヤーが日常的な利用から消えることを示唆しているわけではない。むしろ、メインネットワークを決済・検証エンジンとしての役割により明確に位置づけ、データ可用性システム、証明ネットワーク、アプリケーションが、チェーン上でもっとも制約の大きい実行環境の外でより多くの処理を担う構想だ。
完全な再実行に代わる証明とサンプリング
Buterin氏が提案する検証モデルは、PeerDAS（Peer Data Availability Samplingの略）と、ゼロ知識証明の一種であるSNARKsという2つの技術要素に依存している。
PeerDASを使えば、各参加者がブロック全体をダウンロードしなくても、ノードはブロックデータがネットワーク全体で広く利用可能かどうかを確認できる。ノードはネットワーク全体からデータの小さな部分をサンプリングし、十分な数のサンプルが正常に取得できれば、必要な場合に完全なデータセットを復元できるという信頼性が得られる。この手法により、ノード運用のコストを過度に高めることなく、Ethereumがはるかに大量のデータを扱えるようにすることが目指されている。
SNARKsは、計算が正しく実行されたことを証明する別の役割を担う。ブロック内のすべてのトランザクションを独立して繰り返し実行する代わりに、検証者は簡潔な暗号学的証明を確認できる。このモデルでは、検証が大規模な再実行から証明のチェックへと移行するため、証明の生成に依然として大きな計算負荷がかかる場合でも、検証者側の処理を大幅に軽くできる。
Ethereumはすでにロールアップを通じてこの構造の一部を採用している。ロールアップはオフチェーンでの活動をまとめ、トランザクションデータと証明をEthereumに提出する。Buterin氏の構想はこの考え方をスケーリングネットワークの先へと拡張し、証明に基づく検証がプロトコル自体により深く組み込まれる可能性を示している。
より速い承認に向けた目標
レイテンシーは、ブテリン氏のロードマップにおける最も明確な指標の一つです。同氏は、2015年のEthereumでは約17秒ごとにブロックが生成され、12回の承認を求めるユーザーは約200秒待っていたと指摘しました。
同氏は、2030年までに、ブロックを提案できる時間間隔である単一スロットが、およそ4～8秒になる可能性があると予測しました。Ethereumのコンセンサスルールの下でトランザクションを覆すことが極めて困難になる時点であるファイナリティには、8～32秒以内に到達する可能性があります。
これらの目標は、Ethereumのプルーフ・オブ・ステーク設計とブロック生成プロセスの改善にかかっています。ブテリン氏は、Ethereumの当初のコンセンサスメカニズムであるプルーフ・オブ・ワークから、プルーフ・オブ・ステーク、さらに最適化されたプルーフ・オブ・ステークへと移行する進展を説明しました。また、単一の生成者が支配するブロック構築から、複数の当事者が関与するシステムへの移行にも言及しました。
FOCIL（Fork-Choice Enforced Inclusion Lists）は、その取り組みで言及されたメカニズムの一つです。これは、有効なトランザクションがブロックに取り込まれるためのより強力な経路を提供するよう設計されており、ブロックビルダーや仲介者が特定の活動を排除する可能性への懸念に対処します。スロットを速くするだけでは取り込みの高速化は保証されないため、検閲耐性とトランザクションの伝播が設計上の議論の中心となります。
異なる役割分担
ブテリン氏は、アプリケーションのコストは、開発者が計算処理をどのように構成するかにますます左右されると主張しました。共有状態への変更を厳密な順序で行う必要がある処理は、依然としてシリアルでなければなりません。つまり、ある操作を次の操作より先に実行する必要があります。この種の活動は、ネットワークが結果を共通の順序付き記録として保持する必要があるため、依然として高コストです。
その他のワークロードは再構成できます。計算を並列実行したり、決済前に集約したり、外部で完了させて証明とともに提出したりできます。この設計では、Ethereumのベースレイヤーは、グローバルに順序付けられた決済を本当に必要とする情報に集中し、機密性が低い処理や並列化しやすい処理は別の場所で行われます。
この役割分担は、アプリケーション設計に直接的な影響を及ぼします。汎用スマートコントラクト実行は柔軟性を提供しますが、狭い機能に特化したシステムと比べて、コストが高く、プライバシーも弱くなる可能性があります。特化型の取引所、IDシステム、またはプライベート決済アプリケーションは、目的に合わせた暗号技術とより制約されたロジックを利用することで、完全に汎用的なオンチェーンプログラムよりも低コストまたは高い機密性を実現できる可能性があります。
Buterinはまた、分散化を単なるセキュリティ対策ではなく、パフォーマンスの源泉になり得るものとして示した。並列ストレージ、並列計算、そしてブロックへの取り込み前に保留中のトランザクションが待機する領域であるメンプールで実行される処理によって、作業負荷を参加者間で分散できる可能性がある。暗号学的証明を使えば、大規模な調整委員会に依存する従来の設計よりも少ない遅延と複雑さで、外部委託した計算を検証できるようになる。
プライバシーはユースケースによって依然としてばらつきがある
このロードマップは、特定のアプリケーションでより強固なプライバシーを実現する道筋を示しているが、すべてのEthereumの活動がデフォルトで非公開になることを意味するものではない。汎用的な実行は、専用システムよりも依然としてコストが高く、プライバシー保護も弱いと見込まれている。
より長期的な研究について、Buterinは識別不能性難読化（iO）を挙げた。これは、同値な2つのプログラムを計算上識別不能にすることを目指す暗号技術である。iOが実用化され、安全性も確立されれば、取り込み前もトランザクションの内容を隠したままにできる暗号化メンプールなどのツールを支えられる可能性がある。
この技術は、より近い将来の変更に必須というより、依然として研究の最前線にある。Buterinは、Ethereumの証明ベースの検証、データ可用性の向上、コンセンサスの最適化への移行は、iOが利用可能になることに依存しないと述べた。
ノード運用とプロトコルのアップグレード
この計画は、Ethereumのスケーリング戦略における継続的な緊張関係、すなわち独立した検証を利用しにくくすることなく容量を増やす方法にも対処している。Buterinの枠組みによれば、ノードを運用することは、ユーザーがEthereumを独立して検証する最も強力な方法であり続ける一方、ノードがサンプリングと証明検証により大きく依存するようになれば、ハードウェアと運用の負担は軽減される可能性がある。
大規模なステートは、依然として未解決の課題である。Ethereumは、多くの参加者が拡大するアカウント残高、スマートコントラクトのストレージ、アプリケーションデータにアクセスして更新できる方法を見つけなければならない。それによって、十分な資金を持つ運用者だけが実行できるインフラへとネットワークが変わることは避ける必要がある。大規模かつ効率的で安全な証明生成も、別の技術的な難関である。
ガバナンスとアップグレードについて、ButerinはStrawmap計画に言及し、来年予定されているHegotaフォークがEthereumにとって最後の「通常の」ハードフォークになる可能性があると述べた。その後の技術的な議題は、再帰的STARKs、自動化された形式検証、高度に最適化されたコンセンサスメカニズム、量子耐性暗号に焦点を当てることになる。
再帰的STARKは、証明を組み合わせてより簡潔な証明へと段階的にまとめることを可能にし、大量の計算を検証する負担を軽減できる可能性があります。形式検証では数学的手法を用いてプロトコルコードが意図どおりに動作するかを確認します。Ethereumの中核システムがより複雑になるにつれて、このアプローチの価値はさらに高まる可能性があります。
量子耐性も長期的な設計の一部です。Buterinは、基本的なデジタル署名が将来的に量子耐性を備えた署名方式やゼロ知識手法によって補完または置き換えられる可能性を示唆しました。こうした変更には大規模なテストと調整が必要になりますが、ロードマップに盛り込まれていることは、Ethereumが決済レイヤーに期待する長い寿命を反映しています。
PeerDASはすでに、すべての参加者がブロックデータの全要素を処理する単純なモデルから、Ethereumを移行させ始めています。Buterinが説明した次の段階では、この初期の変化をより広範なコンピューティングアーキテクチャへと発展させます。そこではEthereumがすべての処理を直接実行するのではなく、膨大な量の作業を検証します。
Ethereumの進化について理解を深めるには、 こちらの詳細なEthereumガイド をご覧いただき、ロードマップの理論を実際の利用方法と結び付けてください。
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