ETH2 バリデーター：「証明」の有効性を判断する方法

ソース |証明者

ジム・マクドナルド

翻訳者注: Eth2.0 バリデーターはどのようにしてより高い報酬を得ることができるのでしょうか?証明がブロックチェーンに早くパッケージ化されるほど、バリデータが受け取る報酬が高くなることが判明しました。この論文は、検証者が「包含距離」という重要な指標に基づいて「単一証明」と「集約証明」の有効性を判断するのに役立ちます。

証明する

認証とは、バリデーターによる Eth2.0 ブロックチェーンの現在の状態に対する投票を指します。各アクティブバリデーターは、エポック（約 6.5 分）ごとに次の要素で構成される証明を発行します。

図1: 証明の構成要素

興味深いプロセスの 1 つは、チェーン ヘッド投票です。これは、バリデータが最新の有効なブロック、つまりチェーン ヘッドを証明するために投票することを指します。チェーンヘッド投票の構成を下図に示します。

図2: チェーンヘッド投票の構成

ここで、スロットはバリデーターが証明するために投票する現在のチェーンヘッドの場所を指し、ハッシュ値はバリデーターの場所を識別します。これら 2 つの組み合わせにより、ブロックチェーン上のポイントが一意に識別され、十分な投票数を獲得すると、ネットワークはチェーンの状態について合意に達します。

各証明のデータは比較的小さいですが、何千ものバリデータが参加するとすぐに大きくなる可能性があります。このデータはチェーン上で永久に保存されるため、保存データのサイズを縮小することが重要であり、これは集約と呼ばれるプロセスを通じて実現できます。

集約は、チェーンヘッド投票とファイナリティ投票を含む、すべて同じ委員会によって投票された複数の証明で構成され、その後、1 つの集約証明にマージされます。

図3: 集計証明の構成

集約証明は、単純な証明とは 2 つの点で異なります。まず、集約証明には複数のバリデータが存在します。第二に、彼の署名は、一致する単純な証明の署名で構成される集約署名です。集約証明はストレージに非常に適していますが、追加の通信と計算の負担が伴います (これについては後述します)。

各バリデーターにすべての証明を集約することを要求するということは、各証明に関する情報をすべてのバリデーターに伝達する必要があることを意味し、通信量によってネットワークがすぐに過負荷になります。同様に、集約がオプションである場合、バリデーターはリソースを無駄にすることを躊躇するでしょう。ただし、アプローチを変更すると、ネットワークは集約タスクを実行するためにバリデーターのサブセットを選択します。そうすれば、集約証明にはより多くのバリデーターが含まれ、チェーンにパッケージ化される可能性が高くなるため、バリデーターはより積極的に仕事をするようになります。つまり、バリデータが報酬を受け取る可能性が高くなるのです。

この集約プロセスを実行するバリデータは、アグリゲーターと呼ばれます。

認定報酬の増加

Eth2.0 はメトリック包含距離を使用して、検証者が証明に対して得る報酬を計算します。スロットのパッキング距離とは、証明が作成されるスロットと、最初に証明をブロックにパックするスロット間の差を指します。たとえば、証明がスロット ss で実行され、スロット s+1s+1 のブロックにパックされる場合、パッキング距離は 11 です。s + 5s + 5 のブロックにパックされる場合、パッキング距離は 55 です。

Eth2.0 では、証明の価値はパッケージング距離に依存し、パッケージング距離が短いほど優れています。情報がウェブ上で早く公開されるほど、より有用になるからです。

証明の相対的な価値を反映するために、パッケージング距離の大きさに応じて、証明を担当する検証者に異なる報酬が与えられます。具体的には、報酬は 1/d 倍になります。ここで、d はパッキング距離です。

図4: 証明報酬とパッケージング距離の関係

ネットワークが正常に動作している場合、すべての証明のパッキング距離は 1 になります。これは、証明が最大の効果を達成し、それに応じて最大の報酬を受け取ることを意味します。証明に遅延が生じた場合、バリデーターが受け取る報酬もそれに応じて減額されます。

包装認証プロセス

では、証明はどのようにして Eth2.0 ブロックチェーンにパッケージ化されるのでしょうか?プロセスは次のとおりです。

1. 各証明検証者は、チェーンの状態に関連するデータに基づいて証明を生成します。

2. 証明は Eth2.0 ネットワーク内の対応するアグリゲータにブロードキャストされます。

3. 証明を受け取ったアグリゲータは、それを同じ委員会によって投票された他の証明と組み合わせます。

4. 集約証明は0ネットワーク内のすべてのノードにブロードキャストされます。そして

5. 集約証明がまだチェーンに追加されていない場合、ブロックを提案するバリデーターはそれをブロックに含めることができます。

証明のパッキング距離が 1 を超える場合、その理由を調べる必要があります。影響する要因はいくつかあります。

証明書生成の遅延

検証者は「証明生成の遅延」の問題を経験する可能性があります。たとえば、チェーンの状態に関する情報が古くなっている場合や、バリデータが検証できず、証明の生成と署名に時間がかかりすぎる場合があります。理由が何であれ、証明の遅延はプロセスの残りのステップに間接的な影響を及ぼします。

認証伝播遅延

バリデーターが証明を生成したら、それをネットワークのアグリゲータにブロードキャストする必要があります。このプロセスは、アグリゲータが最も早い証明情報をタイムリーに受信できるように設計されており、証明情報がネットワーク全体にブロードキャストされる前に証明を集約することができます。バリデーターは、アグリゲータへの証明の迅速なブロードキャストを確実にするために、できるだけ多くの他のバリデーターに接続するようにする必要があります。

集計生成遅延

集約プロセスに遅延が発生する可能性があることを証明します。最も一般的な理由は、生成された証明がノードに過負荷をかけることです。ただし、証明を集約する必要があるバリデーターの数が多い場合、集約アルゴリズムの速度によって集約に顕著な遅延が発生する可能性もあります。

総伝播遅延

証明ブロードキャストの遅延と同様に、集約証明もネットワークにブロードキャストする必要があり、同じ遅延が発生する可能性があります。

ブロック生産の失敗

証明がオンチェーンデータの一部になるためには、それをブロックにパッケージ化する必要があります。ただし、ブロック生成が失敗する可能性があります。バリデーターがオフラインの場合、またはネットワークの残りの部分のデータを正常に同期できない場合、生成された無効なデータはチェーンによって拒否されます。

ブロックの生成に失敗すると、別の影響が発生します。以前の有効な証明はブロックにパッケージ化されていないため、次に生成されるブロックはより多くの証明データを受信する必要があります。次のブロックに含めることができる証明の数が収容可能な範囲を超える場合、バリデーターはより多くの報酬を得ることができるため、パッケージング距離が最も短い証明を選択する可能性が高くなります。その結果、残りの証明が受け取る報酬はますます少なくなり、最良のブロックとそれに続くブロックを見逃すことになります。

ブロック生成はバリデーターのステータスによって影響を受けるため、有効なブロックが生成され証明されたスロットの後の最初のスロットである、最も早いパッケージング スロットを定義します。この定義により、存在しないブロックに証明が含まれないようにすることができ、検証者の有効性による影響を受けなくなります。

邪悪な行為

それでも、悪意のあるバリデーターが特定の証明を集約することを拒否したり、証明をブロックに含めることを拒否したりする可能性があります。前者に対する解決策は、各証明グループに複数のアグリゲータを割り当てることですが、後者に対する解決策は、集約された証明をブロックにパッケージ化することを拒否する動作を罰することです。ただし、ブロックを含めることを拒否した場合のペナルティが金銭的に補償される場合、または、その行動が政治的により価値がある場合、証明を担当するバリデータは、ブロックを生成するバリデータに証明をブロックに含めるよう強制することはできません。

計算による証明の妥当性

証明の有効性は、ブロック生成とパッケージング距離を考慮して、証明がネ​​ットワークにとってどれだけ有用であるかを示します。計算方法は次のとおりです。

パーセンテージ値として表されます。有効性の計算の例をいくつか示します。

パッキング距離が最大値の 32 であるために証明をパッキングできない場合、証明の有効性は 0 になります。

有効性の総合的な証明

単一の証明の場合、証明の妥当性を計算することは興味深いかもしれませんが、値自体にはあまり意味がありません。有効性の集約された証明（より長い期間とより多くのバリデーターをカバー）により、バリデーターのグループの全体的な有効性をよりよく理解できるようになります。集約された証明の有効性は、個々の証明の有効性の平均です。たとえば、特定のグループ内のすべてのバリデーターの有効性が 7 日間記録され、平均が算出されます。

要約する

Eth2.0 が起動すると、何千ものノードが互いの位置を特定し、ブロックの提案とブロックの証明を開始します。すべての未熟なネットワークと同様に、ノードを可能な限り効率的にするためには、解決すべき問題がまだ多く残っています。この記事で説明したように、ノード効率を記録するための明確な指標は、有効性を証明することです。報酬を最大化したいバリデーターは、有効性の証明を使用して全体的なパフォーマンスを判断できます。

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