イーサリアム メインネット 2021 年末レビュー: 4 回のハードフォークと Eth2.0 ロードマップの進化

原題: イーサリアム メインネット 2021 年末レビュー

イーサリアム財団のティム・ベイコ氏は11月に「プルーフ・オブ・ステークへの移行を理解する」と題した講演を行った。この共有では、2021 年の Ethereum メインネットの 4 つのハードフォークをレビューして整理し、それぞれの側面で行われた改善点を概説しました。 Ethereum 2.0 ロードマップの進化を整理し、現在ロールアップを中心に据え、実行可能なビーコン チェーン アーキテクチャを採用している理由を説明しました。統合されたイーサリアムのアーキテクチャと移行プロセスを詳細に分析しました。最後に、2021 年の合併の実装とテストに関するクライアント チームの調査を確認し、現在の進捗状況と将来の実装計画について説明しました。

このスピーチは、過去 1 年間の Ethereum メインネットの概要として非常に適しています。 ECN は、このビデオのスピーチ部分を特別に翻訳し、読者が確認して整理しやすいように、関連する記事リソースを補足資料と索引として添付しました。

2021年のイーサリアムの4つのハードフォーク

ベルリンアップグレード（4月）

含まれるEIP:

➤ EIP-2565: ModExp ガスコスト

以前はモジュラー指数演算用のプリコンパイル済みモジュールを導入していた EIP-198 (Large Number Modular Exponentiation) の価格を再設定しました。これにより、RSA 署名検証など、モジュラー指数演算を必要とする多くの暗号化アルゴリズムを導入できるようになります。 EIP-2565 では、このモジュール ModExp (0x00..05) のガス コストを他の操作を実行するコストと同じレベルに削減することを提案しています。

➤ EIP-2718: 型付きトランザクションエンベロープ

この提案では、複数のトランザクション タイプのサポートを容易にする新しいトランザクション タイプであるトランザクション エンベロープが導入されます。イーサリアムがメインネット上で初めて起動されたとき、トランザクション タイプは「To」（トランザクションの宛先を指定）フィールドと「Data」（トランザクション内の任意のデータを含む）フィールドを持つ 1 つのみでした。そのため、イーサリアム クライアントは、まったく同じ変更がまったく同時に行われるように、連携して作業する必要がありました。その後、トランザクション タイプが変更されると、Spurious Dragon ハード フォーク中に EIP-155 (リプレイ攻撃に対する単純な保護) が組み込まれ、クライアントがフィールドを異なる方法で解釈できるようになりました。 EIP-2718 は、EIP-155 によって導入された複雑さを解決するものではありませんが、将来的にさらなる複雑さが導入されるのを防ぎ、EIP-1559 タイプのトランザクションなどの新しいトランザクション タイプを追加しやすくなります。

➤ EIP-2929: 状態アクセスオペコードのガスコストが増加

この EIP は、最初に SLOAD、CALL、BALANCE、EXT、および SELFEDESTRUCT を呼び出すときに、トランザクションのガス コストを増加させます。ただし、各アドレスまたはストレージ スロットについて、このような高いオーバーヘッドは最初のトリガーでのみ発生し、その後の複数の呼び出しでは毎回 100 ガスしか消費されないことに注意してください。これらのガス コストを増やすと、一方では、イーサリアム プロトコルにまだ存在する最大の DoS 攻撃ベクトルの影響を軽減でき、他方では、ステートレス イーサリアムの将来の実装のための監視データのサイズを制限できます。

➤ EIP-2930: オプションのアクセスリスト

この提案の目的は、EIP-2929 によって既存の契約に生じた損害を是正し、ガス コストの増加によって生じた問題を軽減することです。この提案では、トランザクションがアクセスする予定のアクセスのリスト (アドレスとストレージ項目キー) を含む新しいトランザクション タイプを追加します。アクセス リストを指定することで、クライアントはトランザクションをより簡単に処理でき、ガス消費を安全に削減できます。

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ベルリンハードフォーク後のガスコスト

《イーサリアムベルリンアップグレード発表》

ロンドンアップグレード（8月）

含まれるEIP:

➤ EIP-1559: ETH1.0チェーンの手数料市場の変更

EIP-1559 は、イーサリアムの歴史の中で最も期待されていた変更の 1 つであり、ロンドン アップグレードで最大の変更をもたらす EIP です。この EIP はネットワーク ブロックに「基本料金」を導入し、ブロック スペースの需要に基づいてネットワークが受け入れるガス価格を追跡します。つまり、ウォレットとユーザーは取引の価格をより簡単に予測できるようになります。さらに、EIP-1559 では、ユーザーが支払う最大金額を指定できる新しいトランザクション タイプが追加されています。この最大手数料をマイナーに送信すると、最大手数料と基本手数料およびマイナーのチップの合計との差額が返金されます。最後に、この EIP により一部の取引手数料が削減されますが、これはコミュニティのほとんどによって、Ethereum ネットワークの経済性にとって重要な改善であると考えられています。

➤ EIP-3198: BASEFEE オペコード

この EIP は EIP-1559 とペアになっています。トランザクションが実行されたブロックの基本手数料を返す BASEFEE オペコードを追加するだけです。これにより、スマート コントラクトはチェーン上でこの値にアクセスできるようになり、不正の証明の提出や信頼できないガス価格デリバティブの作成が容易になります。

➤ EIP-3529: 払い戻しの削減

ロンドンで導入されたもう一つの大きな変更は、SELFDESTRUCT オペコードのガス払い戻しの削除と、SSTORE オペコードのガス払い戻しの削減でした。リターンを設定する当初の目的は、開発者が可能な場合に状態をクリアするようにインセンティブを与えることでしたが、実際には、これによりガストークンが出現し、状態のサイズが増加しました。この返還されたガスを使用して、ガス トークンはガス価格が低いときに状態を満たすことができ、ガス価格が上昇したときにこれらのトランザクションを実行するために払い戻されます。さらに、ガスリターンによってブロック実行時間も変化します。 EIP-3529 は、「実行ガス払い戻し」を 50% から最大 20% に削減します。この変更は、EIP-1559 によって導入された追加のブロック サイズの変更を相殺するのに役立ちます。これにより、ブロックは現在のガス制限の 2 倍を使用できるようになります。

➤ EIP-3541: 0xEFバイトで始まる新しい契約を拒否する

この EIP は、ロンドン アップグレード後に 0xEF バイトで始まる新しいコントラクトが展開されるのを防ぎ、将来的に EIP-3540 セマンティクスに準拠するコントラクトを識別する方法として保持されます。 EIP-3540 で提案された EVM オブジェクト フォーマット (EOF) は、展開時に 1 回検証される、拡張可能でバージョン管理された EVM バイトコード コンテナー フォーマットです。したがって、EIP-3541 は、将来のより広範な EVM の改善の基盤を築きます。

➤ EIP-3554: 難易度爆弾が2021年12月1日に延期

EIP-3554 遅延難易度爆弾、別名アイスエイジ。ディフィカルティボムまたはアイスエイジは、ネットワークがプルーフオブステークに移行している間にマイニングを「凍結」するためにイーサリアムによって導入されたメカニズムです。プルーフ・オブ・ステークへの移行はまだ準備ができていないため、爆弾の「爆発」を延期する必要があります。これは過去に 3 回行われています: メトロポリス (EIP-649)、コンスタンチノープル (EIP-1234)、ミュア氷河 (EIP-2384)。

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ロンドンアップグレードの概要

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なぜ 1559 が必要なのでしょうか?

EIP-1559 のブロックサイズの変更が懸念事項ではないと考える理由

《MEVとEIP-1559》

「MEVの観点から見たEIP-1559に基づくトランザクションパッケージ市場の分析」

イーサリアム ロンドン アップグレードが完了したら (イーサリアムの第 37 回 7 日間)

《EIP-3529: GASリターンの削減》

ビーコンチェーン アルタイル アップグレード (10月)

Altair はビーコン チェーンのアップグレードです。新しい機能は次のとおりです。

• ライトクライアントをサポートする同期委員会

• 規制の複雑さを軽減するためのインセンティブ計算の改革

• インセンティブの互換性を向上させるためにステーク証明報酬を変更する

• 各バリデーターのアイドルペナルティを個別に計算する

• ペナルティパラメータは元のペナルティレベルに更新されます

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《Altair メインネットアップグレードのお知らせ》

《Altairアップグレードの影響のモデル化と分析》

最終決定第24号

Altair アップグレードの説明 (第 30 号: Ethereum の 7 日間)

コンセンサスレイヤーの進捗状況の更新

アロー氷河のアップグレード（12月）

Arrow Glacier は、Muir Glacier に似た別のネットワーク アップグレードです。含まれるEIPは1つだけで、ブロックチェーンの凍結、つまり「氷河期」を防ぐために、難易度爆弾を来年の夏まで延期するものです。

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イーサリアムの難易度爆弾の歴史

Arrow Glacier アップグレードのお知らせ

Ethereum 2.0 ロードマップの進化

2018 年に台北で開催されたセミナーで、イーサリアムのコア開発者が 3 段階のイーサリアム 2.0 ロードマップを作成しました。各段階で提供された内容は次のとおりです。

• フェーズ0ではビーコンチェーンが導入される

• フェーズ1では、データシャーディングが追加されます

• フェーズ 2 では、システム内で計算を実装するために各シャードに仮想マシンが追加されます。

2020年末、ビーコンチェーンのローンチ直前まで、フェーズ1の作業は順調に進んでいたものの、フェーズ1で導入されたシャード上にコンピューティング機能を実装するフェーズ2では、未解決の課題がまだ多く残っていました。一方で、ロールアップ（第2層の拡張ソリューション）は非常に急速な進展を遂げています。複数のチームがテストネットを立ち上げる計画を発表し、有望な初期結果を達成しました。この頃、Vitalik は Ethereum Magicians フォーラムに長い投稿を公開し、短期および中期のスケーリングの取り組みはロールアップに集中すべきだと主張しました。彼らはフェーズ 2 が完了する前にメインネットに参加するだけでなく、フェーズ 1 の最大の受益者にもなります。

同年 11 月、ミハイル・カリニンは「Executable Beacon Chain」を公開し、現在の統合アーキテクチャを提案し、いくつかの洞察をもたらしました。

• ビーコン チェーンが起動され、コンセンサス エンジンとして使用できるようになりました。

• Rollup は計算をスケーリングするための最良の短期的ソリューションです。

• 現在の Eth1 クライアントは、統合された実行レイヤーに最適な基盤です。

• プルーフオブステークへの移行は、現在実行中のアプリケーションへの影響を最小限に抑えて実行できます。

記事の中で、ミハイルは、クライアントが使用する新しいコンセンサスアルゴリズムとして、プルーフオブステークを直接使用することを提案しました。

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ヴィタリック：イーサリアムのロードマップはロールアップを中心に据える

《実行可能ビーコンチェーン》

イーサリアム コア開発者会議アップデート 006

ヴィタリック：ロールアップを中心としたイーサリアムの最終図

合併後の構造と合併プロセス

要約すると、合併後、クライアントは PoW チェーンに依存するのではなく、PoS チェーンに依存して、Ethereum の最新の有効なブロックを決定するようになります。さらに、クライアント機能のほとんど、そしてさらに重要な EVM、その状態、およびトランザクションの実行方法は同じままです。現在の Eth1 および Eth2 クライアントは、それぞれ Ethereum の実行レイヤーとコンセンサス レイヤー (またはエンジン) になっています。つまり、Eth1 またはビーコン チェーン クライアントのノード ランナーは、完全な検証ノードを実現するために、スタックの「もう半分」を実行する必要があります。

マージプロセス中、ビーコンノードは現在の PoW チェーンを監視します。ブロックの合計難易度が設定された TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY (ターミナル合計難易度) に達すると、そのブロックは最終的な PoW ブロックとなり、後続のブロックはビーコン チェーン上のバリデータによって構築および認証され始めます。このブロックがビーコン チェーン上で確定されると、マージが完了します。

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イーサリアム コア開発者会議アップデート 007

イーサリアム合併の要点まとめ

合併を実現するためのプロセスと計画

合併のきっかけとなった3つの画期的なイベントは、4月のRayonism Hackathon、10月のAmphora Workshop、11月のKintsugi Projectでした。

実行可能ビーコン チェーン アーキテクチャの実現可能性を検証するために、クライアント チームはプロトタイプの設計を実施し、1 か月にわたる Rayonism ハッカソンでテスト ネットワーク Nocturne を構築し、実行可能ビーコン チェーンが実現可能なアーキテクチャであることを証明しました。

10 月に、クライアント チームは Amphora ワークショップ イベントに再び集まり、仕様に関する未解決の問題を解決しました。イベントの最後に、クライアント チームは開発テストネットを構築し、すべてのクライアントの組み合わせの変換プロセスを実行し、マージされたブロックを確定しました。

Amphora イベントの後、4 つの短い開発テストネットを経て、開発者は Kintsugi テストネット イニシアチブを立ち上げました。 11月から12月中旬にかけて、開発者は毎週新しい開発テストネットを立ち上げ、前回のテストネットに基づいて改善を行っていきます。クリスマス休暇中に、長期のパブリックテストネットワークが立ち上げられ、誰もがテストに参加することが奨励されています。

現在、実装作業の80％～90％が完了しています。 Arrow Glacier は難易度爆弾を来年の 6 月に延期しました。つまり、来年の 6 月までにさらにテスト作業が行われることになります。

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