「ダンクシャーディング」とは何ですか？

北京時間2月14日バレンタインデーの夜、イーサリアム創設者のヴィタリック・ブテリン氏とイーサリアム財団（EF）研究者のダンクラッド・ファイスト氏が、拡張ソリューション「Danksharding」に関する教育セミナーを開催した。ブロックチェーンが「分散化」と「セキュリティ」という特性を高めながら、どのように大規模展開を実現できるのかを理解したいなら、このセミナーは良い出発点となるでしょう。

注: イーサリアムにとっての「ダンクシャーディング」の重要性については、まず「イーサリアムの「スケーリングキラー」ダンクシャーディングを1つの記事で理解する」という記事を読むことをお勧めします。

以下の内容は、Dankrad Feist が提供した「Dude、Danksharding の状況はどうなっているのか? 」PPT からの抜粋です。セミナービデオ全体を視聴したい場合は、Ethereum Foundation の公式 YouTube チャンネルをご覧ください。

概要

1. 古いものとは何か:

（１）データシャーディング

（２）KZGが約束したデータの利用可能性を利用する。

（３）別のシャーディングスキームを使用して元のデータをシャーディングする。

2. 新機能:

（１）提案者・構築者（データ生成者）分離（PBS）

（２）crリスト

（３）２Ｄソリューション

（4）推奨アーキテクチャ

3. メリットとデメリットをまとめる

古いものとは何か

データシャーディング

Rollup およびその他のスケーリング ソリューションにデータ可用性 (DA) を提供します。

データの意味はアプリケーション層によって定義されます。

1. Ethereum の基盤となるコンセンサス (フルノードとバリデータ) は、データが利用可能であることを保証する以外の責任を負いません。

2. シャーディングが実行されないのはなぜですか?ネイティブ実行と比較すると、ロールアップ レイヤー 2 ネットワークは 100 倍効率的であり、シャーディングが必要になる理由がわかりにくいです。

目標: 約 1.3 MB/秒のデータ可用性レイヤーと完全なシャーディング機能 (現在の最大データ容量の 10 倍、通常容量の 200 倍) を提供します。

データシャーディングは、2019 年後半から Ethereum の目標となってきました。

データ可用性サンプリング（DAサンプリング）

O(1) の作業で得られた O(n) のデータが利用可能であることを知りたい。

アイデア: データを n 個のチャンクに分散します。

各ノードは k 個の（ランダムに選択された）チャンクをダウンロードします。

消失訂正符号

1. リード・ソロモン符号化（多項式補間）を使用してデータを拡張します。

2. たとえば、コーディング レート r = 0.5 の場合、ブロックの 50% (d0 ～ e4) があれば、データ全体を再構築するのに十分であることを意味します。

3. サンプリングが効率的になりました (たとえば、30 個のランダム ブロックをクエリし、すべてが利用可能な場合、50% 以上が利用できない確率は 2 ^ (-30) です)

4. ただし、エンコーディングが正しいことを確認する必要があります。

KZGのコミットメント

多項式

コミットメントC(f)

y = f(z)を評価する

1. 証明者はπ(f,z)を計算して証明できる。

2. C(f)、π(f,z)、y、zを用いて検証者はf(z) = yであることを確認できます。

C(f) と π(f,z) は楕円曲線要素 (それぞれ 48 バイト) です。

KZGはデータ可用性の根源として機能することを約束します

「KZG ルート」は Merkle ルートのようなものだと考えてください。

違いは、「KZG ルート」は「多項式」に従うことです (すべての点が同じ多項式上にあることが保証されていますが、Merkle ルートはこれを保証できません)。

分割シャーディング提案

新着情報

プロポーザ-ビルダー（データジェネレータ）分離（PBS）

MEV による中央集権化の傾向に対抗するために発明されました。

MEV は、より洗練された参加者が通常のバリデーターよりも多くの価値を引き出せることを意味し、大規模なマイニング プールにとって有利になります。

PBS は、少数の仮定に基づいて、この複雑さ/集中化を別の役割で「抑制」します。

1. 提案者 = 検証者、正直な多数派の仮定は高度な分散化要件を意味します。

2. データ ジェネレーター (ビルダー) = 単一の役割、正直な少数派の想定。つまり、分散化には正直な (検閲のない) データ ジェネレーターの確保のみが必要です。

検閲抵抗プログラム – crList

1. PBS の危険性: 効率的なビルダーは、一部のトランザクションを永久に検閲することができます (一定の経済的コストがかかります)。

2. [注: 今日の賄賂モデルでは、取引を検閲するコストは、すべての提案者にその取引を含めないように恒久的に賄賂を贈るコストです。]

3. crLists を使用すると、提案者は、ビルダーが古い残高を復元するために含めなければならないトランザクションのリストを指定できます。

crList（「ハイブリッド PBS」設計）

KZG 2d ソリューション

KZG コミットメントですべてをエンコードしないのはなぜですか?

1. 障害が発生した場合に構築および再構築するには、スーパーノード (「ビルダー」) が必要です。

2. 私たちはこの有効性の仮定を避けたいのです。

目標: m 個のシャード BLOB を d 個の KZG コミットメントでエンコードする。

1. これを単純に行うと、m * k 個のサンプルが必要になりますが、これはデータが多すぎます。

2. 代わりに、リード・ソロモン符号化を再度使用して、m 個のコミットメントを 2 * m 個のコミットメントに拡張することができます。

KZG 2D スキームのプロパティ

すべてのサンプルは約束事項と直接照合して検証できます (不正行為の証明はありません)。

一定数のサンプルにより、確率的なデータの可用性が保証されます。

サンプルの 75%+1 が利用可能な場合:

1. すべてのデータが利用可能です。

2. 行と列のみを監視するバリデーターから再構築できます。

3. ノードがすべての状況を観察する必要はありません。

組み合わせはダンクシャーディング

実行ブロックとシャード ブロックは一緒に構築されます。

1. 以前は、各シャード ブロブが個別に使用できない可能性があるため、シャード コミッティが必要でした。

2. ここで、実行ブロックを有効にし、すべてのシャード BLOB を利用可能にするのはデータ プロデューサーの責任です。

⇒ 検証を集約できます。

Danksharding 正直な多数派の検証

各バリデーターは s = 2 のランダムな行と列を選択します。

割り当てられた行/列がエポック期間全体で使用可能かどうかのみを証明します。

利用できないブロック（利用可能率 75% 未満）は、2^(-2s) = 1/16 を超える証明を取得できません。

Danksharding リファクタリング

各バリデータは、遭遇した不完全な行/列を再構築する必要があります。

そうすることで、欠落しているサンプルを直交線にシフトする必要があります。

各バリデーターは行/列間で 4 つの欠落サンプルを転送できます (完全な再構築を保証するには約 55,000 のオンライン バリデーターが必要です)

Danksharding DA サンプリング (悪意のある多数派の安全)

将来のアップグレード

各フルノードはブロック マトリックス上の 75 個のランダム サンプルをチェックします。

これにより、利用できないブロックが通過する確率が 2^(-30) 未満になることが保証されます。

帯域幅 75*512 B / 16s = 2.5 kb/s;

メリットとデメリットをまとめる

アドバンテージ

シンプルなデザイン:

1. シャード委員会のインフラストラクチャは必要ありません。

2. シャード BLOB の確認を追跡する必要はありません。

3. 追加のビルダーインフラストラクチャはありません（実行レイヤーからの同期支払いがこれに代わる）

4. 既存の執行レベルの手数料市場インフラストラクチャを利用できます。

実行チェーンとシャード間の密結合:

1. ロールアップ設計がシンプルになります。

2. zkRollup と実行チェーン間の同期呼び出しが可能です。

スライスには別途 PBS は必要ありません。

データはバリデータ セットの 1/32 によって即座に確認され (古いシャーディング スキームの 1/2048 ではなく)、1 エポック以内にバリデータ セット全体に増加するため、賄賂に対する耐性が向上します。

2D スキームのおかげで、フルノード (バリデーターを実行しない) は、30 * 64 = 1920 サンプル (60 kb/s) ではなく 75 サンプル (2.5 kb/s) でデータの可用性を確保できるようになります。

新たな課題

データ ジェネレーターの要件を追加しました:

1. 32MB のデータに対する KZG 証明を構築する (100 個のコアが必要ですが、CPU 実装は現在研究中です)

2. サンプルを配布するには 2.5 GBit/s のインターネット接続が必要です。

実行 + データ レイヤー サービス プロバイダーとして機能するデータ ジェネレーターにさらに強力な機能を提供します。

1. crList によって軽減される必要があります。