イーサリアム設計の芸術（パート 1）

Ethereum 2.0 の第一フェーズが近づくにつれ、かつて ETH2 は絶対に来ないと思っていた人たちも、再び Ethereum の開発に注目し始めています。 2020年10月19日、BanklessはVitalik氏を招待し、イーサリアムの設計哲学と本来の意図について深く議論しました。

インタビューの冒頭で、ヴィタリック氏はETH2のロードマップを簡単に繰り返し、宣伝通り、フェーズ0では誰でも使える基本的なPoSパブリックチェーンが構築され、フェーズ1ではアプリケーション拡張のためにシャーディングとロールアップが提供され、最終的には10万TPSに到達すると述べました。

PoS+シャーディングの理由

PoS のような複雑なシステムを適用する主な目的は、いくつかの重要な目標を達成することです。 1 つは、PoW システムの非効率性とエネルギーの無駄を排除することです。もう 1 つは、ASIC がますます成熟するにつれて、PoW システムは集中化のリスクを回避する必要があるということです。 PoW システムと比較すると、PoS システムはより民主的でオープンであり、一般ユーザーでも誓約者でも、より簡単にネットワークに参加できます。

シャーディングは、Ethereum が処理できるトランザクションの総量を増やすことを主な目的とするスケーリング ソリューションです。 Ethereum は誰でもやり取りできるグローバルなパブリック インフラストラクチャであるため、スケーラビリティは Ethereum にとって非常に重要です。新しい時代のインターネットの基盤となるインフラは、オープンで誰でも簡単に参加できるものでなければなりません。シャーディングなどの分散型拡張ソリューションが採用されない場合、代替案としては、中央集権型組織がスーパーネットワークを運営し、信頼できるサイドチェーンに接続できるようにするという方法があるかもしれないが、これは Vitalik が構築したいものではない。多くの歴史的出来事は、過度に集中化されたシステムは操作が非常に容易であり、最終的には設計者の本来の意図から逸脱することを証明しています。

イーサリアムの本来の意図を維持する

分散型非許可ネットワーク

Ethereum ネットワークはスーパーノードに依存するネットワークになりたくありません。これが Ethereum ネットワークと他のネットワークの違いです。 Ethereum は、スーパーコンピューターに依存せず、理想的には Ethereum ネットワークを実行する家庭用ラップトップの集合体で完全に機能するシステムである必要があります。ビットコイン信奉者の中には、ネットワークが過度に集中化され、少数の機関によって制御されると、最終的には望ましくない方向に進む可能性があると述べている人もいます。

EHT2 は、誰でも参加できる PoS エコシステムを構築したいと考えています。これが、イーサリアムがスーパーノードアプローチに傾倒したことがなく、ビットコインの考え方と非常によく似た「多数決の誠実さ」という仮定を信じていない理由です。ネットワークでは、マイナーが必ずしも正直であるとは限らないため、参加者が自分でチェーンを検証し、マイナーを信頼しないようにすることが最善です。

全体：

1.ETH2はより環境に優しく、より効率的です。

2.ETH2 は、ほとんどの一般ユーザーがチェーン書き込みに直接参加できるようにします。

3. 同時に、ほとんどの一般ユーザーが信頼できる API に依存せずにチェーンデータを直接読み取ることができるようになります。

4. ほとんどの一般ユーザーがチェーンのコンセンサスに参加できるようにします。

2、3、4 を組み合わせると、監査や社会政治的攻撃に対して非常に耐性のあるブロックチェーンが得られます。

人々は本当にイーサリアムが支持するこれらの品質を気にしているのでしょうか?

分散化、無許可性、イーサリアムの保守的な性質を妥協するイーサリアムの競合製品は数多くありますが、本質的には集中型の方法は短期的には非常に効率的ですが、長期的には深刻な副作用をもたらすことになります。例えば、ジャスティン・サンが買収したSteemitがその典型例です。過度の中央集権化は、最終的にコミュニティの分裂につながります。 EOS も贈収賄攻撃に見舞われています。最終的には、集中型チェーンの中核参加者が結託し、一般ユーザーの権利と利益を侵害することになります。

ガバナンスの観点から見ると、チェーンの投票権とガバナンス権が大規模なコイン保有者によって管理されている場合、長期的には非常に危険です。

したがって、長期的には、ユーザーは分散化や許可なしなどの特性を非常に懸念しています。人々がこれらの資質の重要性を認識するには時間がかかります。全体的な環境が良好であれば、コミュニティ内での争いがなく、全員の意見が統一される傾向があります。この場合、誰もが幸せになり、ガバナンス上の問題は発生しません。しかし、問題が発生するとコミュニティ内で紛争が発生し、意見が統一されなくなり、過度に集中化されたチェーンのユーザーの権利や利益が損なわれる可能性があります。

これらの資質を支持する他のコミュニティ

コーダはとても良いです。彼らは、ゼロ知識証明を使用できるチェーンを構築しようとしています。これにより、zk snark は個人に代わってチェーンを直接検証でき、ノードは直接悪事を働くことができなくなります。 MimblewimbleやETCも良いですね。 ETC はシャーディングを実装していませんが、分散型の拡張計画を維持しようとしています。

しかし、これらの特徴をセールスポイントとするプロジェクトは、他のコンセプトに重点を置いたプロジェクトほど人気が​​ありません。なぜなら、これらの特性に固執すると、語られる物語がどうしても限られてしまうからです。一方、他の概念を使って物語を語れば、多くのことが語られることになります。こうした特徴に重点を置くチェーンは少ないだろうが、ヴィタリック氏はこれらのプロジェクトは最終的には成功すると信じている。

PoSとシャーディング

ETH1.0 のリリース前に、PoS とシャーディングはすでに ETH を改善するための方向性として特定されていました。 Vitalik 氏は、コミュニティが初期段階で技術的な方向性をどのように選択すべきかという質問に答えました。

2015年にはすでに、コミュニティはPoSとシャーディングの技術的な方向性について基本的に合意に達していました。 DAO フォーク事件により、この傾向はさらに強まりました。 PoS とシャーディングに反対していた人たちは DAO フォークにも反対していたため、最終的には ETC を支持することを選択しました。

PoS とシャーディングが正しい技術的方向性であると自分たちを納得させるには、確かに時間がかかりました。 Slasher に関する最初のブログ投稿を振り返ってみると、この記事の冒頭に次のように書かれています。「Slasher は、将来的に PoS を実装できるように準備を進めています。」 2014 年 1 月、Vitalik 氏は POS に根本的な欠陥があるかどうか実際には確信が持てませんでした。

シャーディングを振り返ると、当時ヴィタリックはブロックチェーンにおけるシャーディング技術の応用も未解決の問題であると信じていました。このブログ記事では、シャーディングは、ブロックチェーンが当時解決できなかった問題、または根本的なトレードオフを伴って解決できた問題として、他のいくつかの問題とともに挙げられていました。

2014年以降、PoSシステムの「Nothing at Stake」問題という別の問題が話題になりました。 Vitalik 氏はこの記事でこれに答えました。 PoS は PoW とまったく同じ特性を持つことはできませんが、PoW システムの利点を最大限に吸収することができます。

2016 年から 2017 年にかけて、他のコンセンサス アルゴリズムに関する徹底的な研究が行われ、最終的に PoW のセキュリティ モデルを PoS に適用する方法が解明されました。

シャーディングの場合、主な問題は最適なセキュリティ モデルを選択する方法です。 2015 年、Vitalik 氏と技術コミュニティはランダム サンプリングの実験を開始しました。これは、チェーンにシャーディング技術を適用する上で画期的な進歩でした。 2017 年、コミュニティはデータ可用性の証明において画期的な進歩を達成し、これにより「大多数の不正」に直面してもシャード チェーンの安全性を維持できるようになりました。これらの調査の結果、シャーディングが実行可能なソリューションであることがわかりました。

2015年にETH1.0がリリースされたとき、私たちはPoSが1年から1年半で実現すると考えていましたが、リアルタイムの結果を見ると、当時のアイデアは楽観的すぎたことがわかりましたが、当時は誰もが非常に自信を持っていました。

イーサリアムの金融政策の観点から見たトークン配布メカニズム

イーサリアムの金融政策に関するコミュニティのコンセンサスは、現在のものとはかなり異なっていました。オリジナルのイーサリアムのホワイトペーパーを見ると、当初の発行計画では毎年1600万ETHを発行し、発行量を永続的に増やす予定だったことがわかります。このポリシーの基本原則は、システムのセキュリティを維持するために、システムがより多くのコインを発行し続ける必要があるということです。当時、コミュニティは、PoS のセキュリティコストが必ずしも PoW よりも低いわけではないと信じていたため、PoW メカニズムを永久に維持することが可能でした。そしてコミュニティは、現在ネットワークに参加している人が ETH を取得できるだけでなく、後でネットワークに参加する人も ETH を取得できるようになることを望んでいます。これが当時の設計ロジックでした。

その後、Vitalik 氏と技術チームは、PoS は必要かつ実現可能ではあるものの、PoW が最も平等かつ公正な配布方法である可能性があると考えました。 2010年から2013年にかけて、PoWは最も民主的なトークン配布モデルとみなされ、当時のBTCの大きなセールスポイントにもなりました。つまり、コンピューターの電源を入れるだけで、BTCを入手できたのです。おそらくこれが当時の BTC の最も魅力的な点だったのでしょう。しかし実際には、PoW は技術において長期的に安定した均衡を形成することはできません。マイニングの収益性が非常に高くなると、専用のマイニングマシンが登場します。 BTC は、GPU 革命から FPGA 革命、そして ASIC 革命へと続く最良の例です。 Ethereum の場合、PoW アルゴリズムは ASIC に対して特別な耐性があり、ETH マイニングの公平性を確保していますが、時間が経つにつれて、GPU ベースのシステムはますますお金とリソース指向になり、最終的には ETH HASH が ASIC リスクに苦しむ可能性があります。

したがって、PoW はいずれにしても ASIC へと移行するでしょう。 ETH は GPU を使用してマイニングされますが、プロの ETH マイナーは依然としてアマチュア マイナーを市場から追い出すことになります。

これは PoW マイニング メカニズムの問題です。 BTC にはすでに金権政治の問題があり、ETH も時間の問題です。アルゴリズムがどれだけ改善されても、ASIC への移行は避けられません。

トークン配布メカニズムを設計する際の課題は、その中立性を確保することです。 PoW システムの利点は、アルゴリズムがどのようなものかがわかっており、誰でも検証でき、誰でも参加できることです。しかし、ソーシャルメディアを介したリップルのような配布方法は非常に不公平です。まず、誰もが参加できるわけではありません。第二に、ハッカーはトークンを取得するために 10,000 個のアカウントを登録できます。このような基盤となるパブリック チェーンのトークン配布モデルは見たくないでしょう。 PoS システムの本質は、トークンをトークン保有者に再分配し、トークン保有者にネットワークのセキュリティを維持させることです。既存の PoS および PoW トークン配布メカニズム以外に、中立的なトークン配布メカニズムは存在しません。 PoW と PoS の割り当てメカニズムにわずかな変更があった場合、別の紛争が発生する可能性があります。

PoW 対 PoS

PoS のデメリットは、初期段階でネットワークに参加してトークンを取得すれば、誓約者として永遠にネットワークに参加できるが、PoW のマイナーはハードウェア設備を継続的に更新する必要があることだと考える人が多い。

Vitalik 氏は、POS が POW より 100% 優れているわけではないと考えています。この観点から見ると、長期的なキャプチャを減らすには PoW の方が PoS よりも優れています。

まず、PoW 市場はまだ非常に若く、外部要因の影響を受けることが多いかもしれませんが、成熟した PoW 市場ではこれらの問題はもはや問題にならないかもしれません。しかし、BTCマイナーがよく議論する熱力学的限界問題に関しては、ハッシュ回答を生成するコストが限界まで低くなると、効率はそれ以上向上できず、これは確かにPoWでは解決できない問題になります。次に、POS の場合、32 ETH を持っている場合は、自分でバリデーターになり、より多くのトークンを取得できます。それほど多くの ETH を持っていない場合は、他の人とステーキングすることで ETH を取得することもできます。 PoW システムでは、マイニング マシンを購入するのに十分な初期資本が必要です。そうでないと、マイニングを行うことはできません。このようにして、PoS は富の過度な集中の問題も排除します。最後に、POS の収益は一般に POW よりも低く、参加者が増えるほど収益も低くなります。

したがって、全体的に見ると、PoW には利点があり、PoS は参加しやすいものの、リターンは低くなります。

最も重要な点は、誰かがコインの 51% または計算能力の 51% を所有した場合にどうするかということです。 PoW と比較して、PoS はコミュニティにより多くの救済オプションを提供します。 POW の場合、51% 攻撃が発生するのを観察することしかできません。ソフトフォークはできるかもしれませんが、攻撃者はフォークされたチェーンを攻撃し続けることができます。 Vitalik はこの攻撃を「SPAWN CAMP ATTAC」と呼んでいます。この問題を解決する唯一の方法は POW アルゴリズムを変更することですが、これは攻撃者だけでなく一般のマイナーにも損害を与えます。 PoW アルゴリズムが変更されると、一定期間、新しいアルゴリズムを搭載した ASIC マイナーを所有する人は誰もいなくなります。攻撃者が CPU GPU 市場を独占した場合、攻撃者は攻撃を継続することができ、連鎖は終了します。したがって、PoW チェーンには 51% 攻撃に対処する方法がありません。しかし、POS システムの場合は異なります。攻撃を受けた人は、別のフォークされたチェーンを再開し、フォークされたチェーン上で攻撃者が取得したコインを削除することができます。ハードフォークを実行する必要すらありません。したがって、攻撃者は攻撃するたびに大量のコインを失うことになります。

ETH2 ステーキングに参加するべき理由は何ですか?

Vitalik 氏はこれを、イーサリアム市民としての発表であると同時に、収入を得るためのインセンティブでもあると考えています。

検証ブロック生成ノードになれない場合は、ネットワークに参加して Ethereum ネットワークを検証することも試みる必要があります。その理由はこの記事に記載されています。チェーン上のすべてを検証する必要はありません。データの可用性の検証や不正の証明の検証など、選択的に検証できます。特定のノードを信頼しないようにするために、ライトノードを実行することもできます。この自律的な動作は、ユーザー自身にとって有益であるだけでなく、最終的には Ethereum エコシステム全体にも有益です。