プロトダンクシャーディング：概念と動作原理

合併と上海アップグレードの完了に伴い、イーサリアムはプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークコンセンサスプロトコルに成功裏に移行しました。イーサリアムの開発ロードマップの次の重要なプロジェクトは、イーサリアム改善提案(EIP) 4844、通称「プロトタイプデータシャーディング」です。このコード変更は、イーサリアム上に構築されたロールアップのスケーラビリティを向上させることを目的としています。EIP 4844は、イーサリアムのコア開発者「Protolambda」とDankrad Feistの名前にちなんで名付けられ、blobsと呼ばれる新しい取引タイプを導入し、イーサリアムブロックのデータとストレージ要件を増加させ、新しい料金市場を作成し、blobsを通常の取引とは別に価格設定します。

ロールアップは、イーサリアム(のようなLayer 2ブロックチェーン)に依存しており、データの可用性(DA)(を広く普及させ、一時的に取引データのバッチを保存する機能を持つプロトコルです。一般的に、スマートコントラクトに基づくロールアップは、イーサリアムのDAに依存するだけでなく、イーサリアムでの取引決済)検証(にも依存しています。これらのロールアップは、イーサリアムなどのDA層からデータを読み取り、有効な取引やスマートコントラクトコードを実行します。イーサリアム上に構築されたロールアップは、イーサリアムブロックに含まれるバッチ取引データを利用して取引の真正性を実現します。ソーターは、コスト効率の良い方法でユーザーの取引をバッチ処理し、DA層のアクターに提出します。

通常の場合、Ethereumに大量のデータを公開するコストは非常に高く、その一因はネットワークがデータをトランザクション履歴の一部として永久に"CALLDATA"というフィールドに保存するためです。EIP 4844により、各ブロックはrollup用に追加の512kBまたは768kBのデータスペースを作成します。Ethereumのコア開発者たちは、blobトランザクションのためにどれだけの追加スペースを作成すべきかを検討しています。重要なのは、このスペースに公開されたデータは約3週間保存されるということです。blobトランザクションによって検証されるデータの短命性、および他のタイプのトランザクションから隔離されたblobの価格設定の独立した課金市場により、理論的には、Ethereumにデータを公開するrollupのコストが大幅に削減されることになります。時間が経つにつれて、開発者たちはデータサンプリング技術を導入する予定であり、これによりblobデータをEthereumのフルノードにダウンロードして検証する必要がなくなり、rollupコストがさらに削減されることになります。Proto-dankshardingは完全なdankshardingの前奏と"プロトタイプ"であり、Ethereumノードがblobデータの断片をダウンロードして完全なblobの可用性を確認できるようにします。

本報告は、EIP-4844の動作原理の詳細、プロトタイプシャーディングの限界、EIP-4844から完全シャーディングへの進化計画を深く掘り下げており、2023年秋に予定通り実施されるコード変更が最終ユーザーと分散型アプリケーション)dapp(の開発者に直接もたらす利益についての考慮事項も含まれています。元のダンクシャーディングがLayer 2ロールアップエコシステムをサポートし、イーサリアムをモジュラーで拡張することに重点を置いていることを考えると、次回のイーサリアムアップグレードで実施されるコード変更は、世界最大のパブリックブロックチェーンの1つにおけるモジュラー・ブロックチェーン理論のスケールでの適用の重要なテストケースとなるでしょう。

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背景

EIP-4844は、イーサリアムのスケーラビリティアップグレードと見なされています。ただし、注意すべき点は、このコードの変更がイーサリアム自体の取引能力の改善を実質的に増加または導入していないことです。Proto-dankshardingは、イーサリアムに大量のデータを公開するコストを削減し、これによりロールアップの運営コストを削減します。EIP-4844は、イーサリアム上に構築されたLayer 2ネットワークをより費用対効果の高いものにするため、イーサリアムのスケーラビリティの向上と見なされていますが、このコードの変更は、取引やスマートコントラクトコードの実行のための汎用ブロックチェーンとしてのイーサリアムのスケーラビリティを向上させていません。

過去4年間、イーサリアムのロールアップの取引活動は増加しています。あるデータプラットフォームによると、すべてのLayer 2ネットワークで実現される毎秒の取引量)TPS(は、イーサリアムの日平均TPSの3.8倍に達しています。

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ある研究機関が提供したデータによると、Ethereumに直接コードをデプロイし取引するコストと比較して、rollupはエンドユーザーとdapp開発者に99%以上のガス代を節約しています。

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2023年6月13日現在、最も人気のある2つのイーサリアムロールアップでの取引コストは、トレンドとして0.03ドルから0.05ドル程度です。しかし、オンチェーンのアクティビティが活発でネットワークが混雑している場合、これらのコストは時々1ドル以上に急上昇することがあります。

EIP-4844の目的は、バイナリ大規模オブジェクト、またはblobと呼ばれる新しい取引タイプを導入することで、ロールアップコストを削減することです。以下は、EIP-4844によって定義されたblob取引のライフサイクルの段階的な説明です:

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EIP-4844は、Ethereumのmempoolに提出された通常の取引がブロックにどのように含まれるかには影響を与えず、またEthereumのブロックスペースの価格を決定する料金市場にも影響を与えませんが、EIP-4844は確かにEthereumのブロックのストレージ要件を増加させます。追加のデータスペースは、blob取引をブロックに追加するためのものです。Blobは副車のようなもので、Ethereumのブロックに追加でき、通常の取引を処理するための既存のブロックスペースを影響を与えたり圧迫したりすることはありません。Blobのブロックスペースは、EIP 1559の料金市場設計に倣って、独自の料金市場でオークションされます。最初、blob取引はほとんどコストがかかりません。その後、各ブロックが確認されるたびに、もし半分以上のblobブロックスペース)が少なくとも256kB(使用されている場合、blob取引のコストは12.5%増加します。十分に利用されていないblobブロックスペースのブロック、つまりblobブロックスペースが50%未満しか埋まっていない場合、blobのコストは12.5%減少します。

Blob 取引は無期限にイーサリアムに保存されるのではなく、イーサリアムのコンセンサスレイヤー)CL(、つまりビーコーチェーンに保存され、3週間後にCLノードから廃棄されます。Proto-dankshardingにより、各ブロックには最大4つのblobが含まれ、各blobは最大128kBの追加データを含むことができます。512kBのblobスペースの最大制限は、進行中のEIP-4844のテストによって変更される可能性があります。開発者たちは、この制限を4つのblobから6つに増やす可能性について積極的に議論しています。各blobは、イーサリアムに単一のロールアップソートの機会を提供し、単一のバッチトランザクションを確認します。イーサリアムでは、毎日約7094ブロックが生成されており、EIP 4484の後、ブロックあたり4つのblobの制限がある場合、毎日最大28376のblobを処理できます。)これは理論上の最大値であり、blobの料金の動的な変動により、実際には決して達成されない可能性があります。各ブロックの最大数のblobを連続して処理するコストは、ソーターにとって非常に高価です(。

過去6ヶ月間、あるロールアップ上で稼働しているオーダラーは、取引アクティビティに基づいて第二に人気のあるイーサリアムロールアップであり、毎日約3126の取引バッチをイーサリアムに提出しています。

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あるrollupで確認された取引量は、そのrollupの約2倍であり、同様にそのrollupもソーティングマシンを介してCALLDATAを使用してイーサリアムにデータを公開することで取引を完了します。イーサリアムで人気のあるrollupの他の例には、特定のrollupを含むがそれに限定されません。あるrollupでは、90%以上の手数料がLayer 1 CALLDATA手数料から来ています。

専用のデータストレージスペースの導入は、最初はどんなに小さくても、イーサリアムをすべてのイーサリアムベースのロールアップのDAレイヤーとして使用するコストを削減するためです。保守的に言えば、ロールアップ開発者は、EIP 4844の有効化から、ロールアップ費用が100%から900%減少すると推定しています。しかし、これらの推定は、元のデータベースが活性化される前後の数ヶ月間におけるロールアップの採用と活動の増加に応じて変わる可能性があります。

blob 取引のコストは、EIP 4844 が有効化された当初は通常の取引よりも安価である可能性がありますが、Ethereum 上の rollup の数が増えると急速に上昇する可能性があります。また、各 blob は単一のオーダラーに最大 128kB のデータを公開する機会を提供することを目的としていますが、rollup オーダラーは協調して単一の blob に複数の rollup からのデータを含める可能性があります。Ethereum の開発者たちは、各ブロックの数に限りがあり、単一の取引バッチが各 blob 取引の 128kB のデータスペースを完全には活用できない可能性があるため、blob の価格設定に関するセカンダリーマーケットが出現する可能性があることを認識しています。チェーン外のセカンダリーマーケットの出現を防ぐことは優先事項ですが、その可能性を防ぐためにプロトコルの複雑さを高めるのではなく、現在、開発者たちは EIP 4844 を通じて blob を導入し、今後 EIP 4844 のさらなる最適化を計画する「待機と観察のアプローチ」を取っています。

プロトタイプのシャーディングは、ノードの計算負荷を増やすことなく、blob コストをさらに削減するために、より高度な技術を導入する基盤を築きました。完全シャーディングと呼ばれるこのアプローチでは、各 blob の最大数を 4 から 64 に増やすことを目指しています。

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完全ダンクシャーディング

4つのblobはEthereumのブロックサイズを512kB増加させます。6つのblobはEthereumのブロックサイズをさらに768kB増加させます。前述の通り、追加のブロックスペースは厳密にblobトランザクションのために使用され、通常のブロックスペースのようにデータを永続的に保存することはありません。EIP 4844の完全なビジョンは、Ethereumに最大64のblobを導入し、ブロック検証のノード計算負荷を大幅に増加させることなく実現することです。完全なdankshardingを実現するために、Ethereumは2つの技術を実装する必要があります: データ可用性サンプリング)DAS(と消去符号化。

) データ可用性サンプリング###DAS(

Layer 2 rollup 取引を検証する文脈において、DASの目標は、ソート者によって束ねられたすべてのデータ断片がチェーン上に公開されていることを保証することです。完全ノードはランダムに選ばれ、blobからデータの一部をダウンロードしてデータの可用性証明を生成します。完全ノードがデータサンプリングを行う回数が多いほど、すべてのデータがソート者から提供され、重要なデータが保持されていない確率の確実性が高くなります。ノードにとって、データをサンプリングするプロセスは、全体のblobデータをダウンロードする計算量よりも小さいですが、理論的には同じデータの可用性保証を提供します。プロトタイプのシャーディングと同様に、完全シャーディング下のblobデータサンプリングは、ソート者からの取引が確認され、チェーン上に公開されていることを保証し、任意のユーザーやネットワークの利害関係者が評価できるようにします。その後、ユーザーと利害関係者は、これらの取引を確認し、EthereumのようなDAレイヤーで最終的に完了したことを確認し、前の取引のバッチに基づいて新しい取引バッチを構築するための時間を持ちます。

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DASを通じて、Ethereum開発者は増やさずに自信を持っています。