編集者注:編集者注:Medium最近、ブロックチェーン分野では「イーサリアム・コンスタンティノープル・フォーク」が話題になっており、イーサリアムの代替案として、本当の「ハードディッシュ」であるETH2.0が徐々に姿を現すことになるだろう。退屈な用語の定義の解釈はさておき、James Prestwich が現在のイーサリアムのロードマップについて語ります。同時に、彼は心を開いて、これらの具体的な議論の中でイーサリアムの後期段階の可能な方向性を想像しました。からの記事
、以下はその編纂の全文です。
編集者 | 陸暁明
編集者 | 陸暁明
副題
ETH2.0とは何ですか?
ETH2.0 はイーサリアムの代替として計画されています。今後数年間で、ETH2.0の開発者は現在のコンセンサスシステムとイーサリアムの状態を完全に組み込む予定です。その範囲は非常に広いため、ETH2.0 に何が含まれるのか、何が含まれないのかを正確に伝えることはできません。実際、私たちはいくつかの実用的な仕様を構築しており、初期の実装に向けてかなりの量のチームの努力が行われています。 ETH2.0開発者は暫定的に、シャーディング技術（Sharding）、Casperプロトコル、状態リース（State Rent）、およびイーサリアム仮想マシンEVMのアップグレードプロジェクトeWASMを含めることを計画しています。本日、ETH2.0 の初期クライアントがオンラインでテストされ、期待されています3ヶ月以内に, ETH2.0ではイーサリアムチェーン内のイーサリアムを過去にマッピングできるようになりますが、ETH2.0の設計者は最終的にはETH2.0をメインチェーン、イーサリアム1.Xを管理下のブランチチェーンにすることでこれを変更する予定です。状況。
副題
エンジニアにとってそれは何を意味するのでしょうか？あなたがプロの Solidity プログラマーまたは Dapp 開発者で、ETH2.0 スマート コントラクトの展開の「熱心なファン」である場合。まあ、更新を何度も繰り返す必要があるかもしれません。 ETH2.0 はイーサリアムの完全な代替品であり、スマート コントラクトを作成する際の多くの前提を覆します。計画されている複数年にわたる展開は、アップグレード サイクルというよりは、製品リリース サイクルのように感じられます。ETH1.X用に作成したツールとスマートコントラクトは再発明する必要があるかもしれません
段階的な展開
段階的な展開
現在のところ、現在のところ、シャーディングのロードマップ(ETH2.0ロードマップの2倍)には7つのフェーズがリストされています。のみステージ0明確な仕様があり、。定期的に更新フェーズ 1 仕様はるかに厳格ではなく、精度も低く、次のようなものになる可能性があります。ネガティブな開発状況
。フェーズ 1 以降、ロードマップは技術文書ではなく目標のリストになります。ethresear.ch Github へのリンクの 3 倍です。今後のステップはエンジニアリングというよりも推測に近いため、具体的な議論はフェーズ 0、1、2 に限定されます。同時に、これらの具体的な議論では、後の段階で考えられる方向性に関するいくつかの大まかな概要が取り上げられています。
最初のレベルのタイトル
フェーズ 0: ビーコン チェーンフェーズ 0 では「ビーコン チェーン」が導入され、(日々のメモ: ビーコン チェーンはまったく新しいブロックチェーンであり、新しいイーサリアムの中核的な位置を占めています。このチェーンの機能の 1 つは、検証者がプレッジ システムに参加し、マイナーの役割を置き換え、マイナーになることを可能にすることです。チェーン ビルダー。もう 1 つの機能は、シャード状態のインデックスを保存することです)。
明らかに、この「ビーコン チェーン」のような初期のイテレーションは可能な限りシンプルになるように設計されており、そのためフェーズ 0 ではスマート コントラクト、アカウント、資産移転がサポートされておらず、シャーディングも含まれていません。同時に、ビーコンチェーンに基づくイーサをチェーン上に転送することはできないため、ユーザーはビーコンチェーンを取引所に預けることができません。
副題
ベス: 新しいエーテル
新しい資産タイプとして、ビーコン ETH (BETH) はビーコン チェーン上のステーカー (コイン所有者またはユーザー) によってのみ使用されます。 BETHは以下の2通りの方法で作成できます。
ビーコン チェーン (およびフェーズ 1 後のシャード) を検証したことに対する報酬として。ETH1.Xユーザーなら誰でも通過可能ETH1.X 契約
BETH の 1 ETH を購入します。契約ではそれを「デポジット/リチャージ」(Deposit) と呼びます。
エンジニアは、契約書に失効機能が記載されていないことに気づくかもしれません。これはフェーズ 0 によるもので、ユーザーはビーコン チェーンから BETH を引き出すことができません。つまり、ユーザーが ETH1.X バリデータ登録コントラクトに保存されると、ETH1.X イーサは破棄されます。ビーコンチェーン検証者は契約を遵守し、リチャージ情報をビーコンチェーンに送信し、ビーコンチェーンはユーザーにリチャージするための新しい BETH を発行します。
したがって、ETHが検証登録コントラクトに送信された直後、ユーザーはビーコンチェーンによって発行された対応する金額のBETHを受け取ることになります。このプロセス中に、リチャージは一時的に確認できますが、Casper プロトコルによれば、永続的に確認することはできません。
過去には、BETH のような一部の低機能トークン プロジェクトが IOU を通じて取引所で取引されていました。たとえば、Tezos のクラウドセール中に、HitBit および BitMEX XTZ 先物市場を立ち上げました。したがって、BETH に対する需要がある場合は、管理された BETH の取引とステーキングをサポートする取引所エコシステムの構築に注力する必要があります。ただし、ユーザーは現在の BETH の需要について疑問を抱いているかもしれません。 ETH から BETH への一方向ペッグにより、BETH 価格の上限は 1 ETH となるため、BETH は優れた投資対象ではありません。言い換えれば、BETH が ETH よりも価値があることは決してなく、むしろ価値が低い可能性さえあります。
最初のレベルのタイトル
ステージ 0+: ステーキング
ビーコンチェーンでは、ユーザーは 32 BETH のデポジットを賭けてバリデーターになることができます。フェーズ 0 では、バリデーターはビーコン チェーンを管理するだけで済みますが、フェーズ 1 の開始時から、バリデーターはビーコン チェーンを管理しながら 1024 個のシャード チェーンも管理します。ビーコン チェーンと各シャード チェーンは Casper FFG を使用してブロック生成を完了します。 FFG は、チェーン上の不正行為に対するペナルティ (つまり、ステークのカット) を実装するために使用されるプルーフ オブ ステーク アルゴリズム (プルーフ オブ ステーク) です。注意深い読者は、シャーディング ロードマップの「イーサリアム 3.0」部分に FFG のいとこである Casper CBC が含まれていることに気づくでしょう。ただし、FFG (そしてもちろん CBC) の詳細な解釈はこの記事の範囲を超えています。興味があれば、イーサリアムの創設者ヴィタリック・ブテリンの記事を読んでください。ハイブリッド PoW / FFG に関する注意事項カット条件の最小化についてそしてFFG ペーパーズ。
副題
ユーザー (ステーカー) は何をする必要がありますか?
シャーディングの目的は、どのノードも同時にネットワークの全体像を把握する必要なく、シャードの状態情報をノード間で分割することです。これに基づいて、バリデーターはすべてのシャードを検証するわけではありません。代わりに、ビーコン チェーンが他のシャードの検証を調整し、すべてのバリデーターがビーコン チェーンの検証を実行します。一定時間 (64 ブロックまたは約 6.4 分) 後、ビーコン チェーンはバリデーターを「チェック」します。、そしてそれをランダムに割り当てます断片化断片化。シャードに割り当てられたバリデータのグループは委員会と呼ばれます。委員会には次のものが含まれます。会員数128名多段階乱数生成プロセス同様に同様に検証可能な遅延関数
、それによって委員会の選出プロセスを操作する試みを阻止することができます。
委員会は、そのフラグメントの安全性、活動性、完全性を保護する責任を負い、同時にビーコンチェーン上のフラグメントの状態を確認（証明）する必要があり、その存在の重要性は自明のことです。したがって、ETH2.0は委員会のランダムな選択と委員会メンバーの頻繁な交代になります。同時に、これはビーコン チェーンがシャードの状態を知ることができる唯一の方法であり、その逆も同様です。64。
副題
PoS 証明にはどのような影響がありますか?ステートレス簡易支払検証 (SPV)そしてそして非対話型プルーフ・オブ・ワーク (NIPoPoW)
言い換えれば、プルーフ・オブ・ステークにおけるリモートのプルーフ・オブ・ステートには、PoW ステートレス SPV 検証とほぼ同じ量のデータが含まれますが、PoS 履歴全体の事前検証が必要になります。対照的に、ステートレス SPV 検証では、検証のための追加情報は必要ありません。これは、主観的なプルーフ オブ ステーク環境では、クロスシャードまたはクロスチェーン アプリケーションの機能は低下しますが、オーバーヘッドが増加することを意味します。
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フェーズ 1: シャーディング
フェーズ 1 は、シャード チェーンの意味ではなく、その内容についての合意を達成することを目的としています。言い換えれば、これは拡張 (Scale) のためにシャーディングを使用しようとするのではなく、シャーディング構造の「試行」です。ビーコン チェーンは、シャード チェーンを構造や単純な意味を持たないビットの集合と見なします。シャード チェーンはまだアカウント、資産、スマート コントラクトを所有していません。シャードバリデーターは、シャードの各エポックのビーコンチェーンによってランダムに選択されます。各ブロックの内容に同意するだけです。すべての委員会メンバーが合意に達し、シャード上のビーコン チェーンを定期的に更新している限り、シャードにどのような情報が表示されるかは問題ではありません。クロスリンク (Crosslinking) と呼ばれるプロセスを通じて、シャード検証ツールはシャードの内容と状態を検証できます。簡単に言えば、委員会はビーコン チェーン内のシャードに関する検証可能な情報 (ルート ハッシュなど) を含める必要があります。フェーズ 2 以降では、クロスリンクはシャード間通信 (クロスシャード通信) をサポートします。ビーコンチェーンは複数の委員会から特定のクロスリンクを受け取ります正確さの証明
その後、ビーコン チェーンは、シャード全体を検証することなく、クロスリンクがシャードの真の表現であると信頼できます。クロスリンクの有効性に関して委員会が同意しない場合、つまり委員会のいずれかが間違っていることが明らかな場合、バリデーターは削除されるべきです。
これはすべてのシャードのセキュリティの根幹です。つまり、バリデーターの不正行為は最終的にビーコン チェーンによって発見され、罰せられます。
興味深いことに、フェーズ 0 の実装は仕様の開発と同時に進行しています。テストネットから 3 か月も経っていない現在でも、フェーズ 0 の仕様は定期的に改訂されています。タイムラインの見積もりは、将来の ETH2.0 フェーズの開発時間に大きな差異が生じることも意味します。楽観主義者は 6 か月で十分だと言いますが、フェーズ 0 がテストに入るのを見ると、フェーズ 1 には 12 ～ 18 か月の開発サイクルが必要になるように思えます。
最初のレベルのタイトル
フェーズ 2: スマート コントラクト eWASM最終的に、フェーズ 2 では、イーサリアムでよく知られているシステムと同様のシステムが実現します。フェーズ 2 リリースでは、シャード チェーンは単純なデータ コンテナから構造化されたチェーン状態に移行します。この時点で、新しい BETH は譲渡可能となり、スマート コントラクトが再導入されます。各シャードのベースとなるのは、
(「EVM2」と呼びます) は仮想マシンを管理します。
この段階では、EVM2 は使い慣れたアカウント、契約、状態、その他の抽象化をサポートします。ただし、舞台裏で多数の変更が行われると、既存のツールのほとんどが機能しなくなる可能性があります。幸いなことに、eWASM 技術チームは、Solc コンパイラー、イーサリアムの開発およびテスト フレームワーク Truffle、および Ganache の基本的な作業をいくつか完了しました。フェーズ 2 テストネットの前または最中に、EVM2 をサポートするためにここに移植された最も一般的に使用されるツールを確認できるようになります。State Rent はフェーズ 2 に含まれる可能性がありますが、これも現在の Solidity プログラミング言語エンジニアにいくつかの興味深い課題をもたらします。国家リースではコードとデータが無期限に保存されるわけではありませんが、契約開発者とユーザーは一定期間にわたって EVM2 ストレージの料金を支払う必要があります。未使用の情報が時間の経過とともに状態から外れるようにすることで状態の肥大化を防ぐことで、最終的にはユーザーにノード全体ではなく状態のコストを支払わせるという目標を達成できます。人々は異なる提案をしますモデル
, 「思想百派が争う」が、未だ明確な結論は出ていない。一部でイーサリアムアップグレードプラン前進、そして有名なイーサリアムコア開発者
また、フェーズ 2 が最終的にどこに到達するかはわかりません。まだ初期の研究段階にあり、いくつかの主要な未解決の問題が含まれています。非公式の仕様と開発プロセス、およびフェーズ 2 のフェーズ 1 への延長を考慮します。 2020 年より前にフェーズ 2 を開始するのは合理的とは思えません。言い換えれば、ETH2.0は今年開始される可能性がありますが、ETH2.0バージョンは少なくとも2020年までは資産移転やスマートコントラクトをサポートしないと予想されます。
最初のレベルのタイトル
フェーズ 3: オフチェーン状態ストレージ
フェーズ 3 では、可能な限り多くの状態をオフチェーンに移動することで、オンチェーンの状態を最小限に抑えます。チェーンに保存する場合、状態全体を保存する必要はなく、一部の状態情報とアグリゲーター (アグリゲーターは長いデータ リストを表す短いデータです。マークル ツリーはアグリゲーターの一種です) のみが保存されます。ユーザーは完全な状態をオフチェーンに保存する責任があります。
ユーザーが状態を操作すると、トランザクション内の現在の状態の証明が含まれます。この方法では、バリデーターを実行するためのリソース要件が大幅に低くなります。現在、さまざまな機能やパフォーマンス特性を備えた多数のアグリゲーター設計が登場していますが、これまでのところ具体的な選択は行われていません。チェーンがデータの可用性を保証できなくなったため、この段階で、ユーザー調整のためのオンチェーン通信の使用を停止します。フェーズ 3 では、オフチェーン状態の維持と取得が DApps の設計を制限する重要な要素の 1 つになります。
フェーズ 4: スマート コントラクトのシャーディング
文章
しかしながら、克服できない問題が残されている。 ETH2.0 コントラクトはイーサリアム コントラクトと同じくらい強力ですが、必然的に 1 つのシャードにバインドされ、別のシャードのコントラクトと直接対話することはできません。これは、他のシャードを直接知ることなくシャード間で状態を分割することを目的としたシャーディングの直接的な結果です。スケーリングは、状態を分割し、バリデーターのワークロードを可能な限り軽減することによって実現されます。
直接的な対話には、直接的な知識の蓄積が必要です。設計上、シャードは他のシャードを直接認識しません。他のシャードについては、ビーコン チェーンとのクロスチェーン通信を通じてのみ認識されます。したがって、ユーザーがシャード間で対話したい場合は、ビーコン チェーンを待つ必要があります。具体的には、これは、SafeMath モジュールがシャード A にデプロイされている場合、シャード B のユーザーはアクセスを待つか、新しい SafeMath モジュールをシャード B にデプロイする必要があることを意味します。
CDP のアクティベーションと DAI 収集の間に長い遅延があると、許容できない経済的損失が発生する可能性があります。ユーザーが DAI を受け取る前に市場が変化し、CDP が清算された場合はどうなりますか?実際には、これはユーザーがスマート コントラクトを含む各シャードにアカウントを持つ必要があることを意味しますが、シャード間の構造は役に立ちません。 Maker と 0x は、両方が同じシャードにデプロイされている場合にのみ対話できます。0x ユーザーは、そのシャード上に一定量のアセットを所有する必要もあります。
副題
基本的なトレードオフ: 同期またはスケール
ETH2.0 バージョンの設計者は、最終的なクロスシャード通信システムがどのようなものになるのか知りませんでした。多くの提案を読むことで、システムは即時フィードバックと予測可能性の間で根本的なトレードオフを行う可能性があります。シャーディングの性質は変わりません。どのユーザーもシャード間の通信を待つ必要があります。ただし、トランザクションのローカル実行フェーズとリモート実行フェーズを各シャードに密結合または疎結合することができます。
密結合により待機が優先されます。トランザクションは、シャードが通信するまで何も行いません。代わりに、部分を今実行し、部分を後で実行することで、トランザクションを疎結合にすることができます。トランザクションはローカル シャードで実行され、シャード間通信後にリモート シャードで実行されます。
疎結合により、より優れたユーザー エクスペリエンスが提供されます。ユーザーは、自分の取引がローカルで実行されたことを即座に確認でき、将来のある時点でリモート実行が行われることを知ることができます。しかし、幸運と不運は同時に起こり、ユーザーは疎結合トランザクションのリモートフェーズの結果を知るまで待たなければなりません。密結合トランザクションは、疎結合トランザクションよりも予測可能です。同時に、リモート状態はローカル実行ステージとリモート実行ステージの間で遷移しないため、ユーザーは結果をよりよく認識します。しかし、「熱い豆腐を急いで食べることはできません」、密結合では結果が表示されるまでユーザーは待つ必要があります。ETH2.0の通信モデルに関する情報はほとんどありません。このモデルでは、ほぼすべてのスケーリング上の利点を犠牲にして、クロスシャード コントラクト呼び出しを提供する必要があることがわかっています。ここで読むのをやめても私はあなたを責めません、なぜならフェーズ 4 だけが存在するからですマインドマップといくつかのあいまいなリンク
。この状況の明らかな結果として、ETH2.0 はフェーズ 4 まで複雑なスマート コントラクト システムに大きなスケーリング上の利点を提供しないことになります。以前は、他のコントラクトと対話するスマート コントラクトはシャードと共存する必要があり、そのシャードの速度とスケーリング効果に制限されていました。 ETH1.X と比較すると、シャーディングはせいぜい小さな一定係数の高速化しか達成できない可能性があります。これは、フェーズ 4 (2025 年頃) のリリース前に、そのメリットが小さいため、スマート コントラクト コードやユーザーを移行する理由がないことを意味します。重要: 以下の内容はすべて推測です。
副題
基本モデル: 受領と証明
すべての形式のクロスチェーン通信はビーコン チェーンに依存します。ビーコン チェーンはすべてのシャードの状態を取得でき、各シャードはビーコン チェーンの状態に影響を与えるため、シャード チェーン エコシステムのコアとして使用されます。ある意味、あるチェーンから別のチェーンへの情報はビーコンチェーンを介して伝達されなければならないが、これではビーコンチェーン自体が各トランザクションを処理する必要があることを考えると、拡張効果は全く得られず、完全な情報を送信することは望ましくない。情報。
代わりに、シャード A のユーザーまたはコントラクトがシャード B と対話したい場合、シャード A はその対話に対するメッセージを含む「領収書」を生成します。シャード A はブロック ヘッダーですべてのレシートを送信し、ビーコン チェーンはシャード A のブロック ヘッダーに送信する (レシートの送信を含む) 前に A が完了を確認するのを待ちます。シャード B も、ビーコン ブロック ヘッダーにコミットする前に、ビーコンの最終確認を待つ必要があります。
このプロセスには多大な時間がかかることは容易に理解できます。 4 つの通信ステップのそれぞれが完了するまでに数分かかります。残念ながら、待ち時間を完全に避けることはできません。リモート状態を判断したい場合は、各ステップで最終結果を待つ必要があります。往復通信の最適なケースは、最終確認サイクルが 4 回であることです。言い換えれば、ユーザーはシャード A がデータを確認する前にシャード B のデータを確認できるため、ユーザーは 3 回の確認サイクル後に自信を得ることができます。 ETH2.0 のエポック長が 6.4 分である場合、ユーザーは結果が表示されるまでに 19 分、オンチェーンで結果を取得するまでに 26 分待つ必要があります。
副題
具体的な受信: シャード間のトークンの移行
ERC20 トークンの多用途性により、ERC20 トークンは今日のイーサリアムで広く普及しています。ただし、ETH2.0 はトークンにいくつかの論理的な問題ももたらします。スマート コントラクトはすべてのトークン残高を管理し、スマート コントラクトは単一のシャードにのみ存在するためです。したがって、シャード A のトークンはシャード B にはまったく存在しません。しかし、スマートなシャード間通信を使用すると、同じトークンを複数のシャードにデプロイし、シャード間のトークン転送を許可して、トークン コントラクト間に双方向のペグを効果的に確立できます。
解決策はとても簡単です。
各シャードにトークン コントラクトを再デプロイする必要がありますが、それだけの価値はあると思われます。移行は一方向であり、シャード間通信の最終確認を少なくとも 2 回必要とします。したがって、MigrateSend を呼び出してから、受信シャードで「CCT」が使用可能になるまでに約 10 分かかります。
副題
引っ張る（引っ張る）Yanking レシートは、シャード間で情報を渡す一般的な方法です。スマートコントラクト全体を含め、あらゆるオンチェーン情報をレシートに含めることができます。
これにより、1 つのスマート コントラクトが他のスマート コントラクトと通信できるようになります (クロスシャード待機時間の後)。ただし、領収書には契約書全体とそのすべてのストレージが含まれるため、大規模な契約やユーザーに人気の契約の転送コストは高くなる可能性があります。領収書は転送中のため、契約は完全に使用できなくなります。シャード A から取得されましたが、まだシャード B に到達していません。これは、シャード B に到達するまで、他のすべてのユーザーがコントラクトを使用できないことを意味します。同時に、シャード B をすでに使用しているユーザーのみがシャード B を操作できます。したがって、Yank はユーザーが少ない小規模なスマート コントラクトに最適であり、密結合した実行が可能になりますが、一般的なソリューションではありません。
副題
シャードペアリング
さらに創造的なビルドのアイデアに移りましょう。
受信は、非同期 (疎結合) 通信を可能にするように設計されています。ただし、同期通信も必要になる場合があります。これを行うには、私たちはより創造的になる必要があります。シンプルな設計により、シャード ペアリングにより、手間を最小限に抑えながら密結合した実行が可能になります。
このモデルでは、A と B の間でクロスチェーン トランザクションが必要な場合、A と B がランダムにペアになるまで待つ必要があります。しかし、Vitalik 氏は 100 件のシャーディングの事例について説明しています。シャードは 1024 個あり、512 ブロックかかると予想されるため、約 1 時間かかります。ただし、ペアリングはランダムであるため、より長くまたはより短くする必要がある場合があります。 Vitalik 氏が述べたように、複数のシャードを操作したい場合、これはうまく拡張できません。
副題
シャードゾーン
これはシャード ペアリングの拡張版です。
さらに、ゾーンはバリデーターがゾーン内のすべてのシャードの状態を知る必要があるため、シャーディングのスケーリングの利点の多くを無効にします。リージョンが 16 個のシャードで構成されている場合、スケーリングの利点の約 15/16 (94%) が犠牲になり、ネットワーク全体の密結合された実行の 15/1024 (1%) しか得られません。
副題
ただし、スマート コントラクトに適用すると、状態は決して置き換えられないため、このソリューションは複雑になります。ステートフル IOU は実装が不可能であるため、一般的な対話には適していません。制約は、疎結合におけるユーザー エクスペリエンスの向上、疎結合が密結合をシミュレートできるようにすること、および特定のトランザクションの高速実行と考える必要があります。
副題
コンセンサスと国家分離
実行ブロックに含まれるすべての状態のみ更新する更新する
その後、イーサリアムマイナーとフルノードがブロックを受け入れます。しかし実際にはそうではありません。代わりに、最初にブロックを受け入れてから状態を更新できます。この場合、イーサリアムのようにシステムの状態について合意に達するのではなく、すべてのシャードにわたるすべてのトランザクションの合計履歴 (または「合計順序」) について合意に達します。
最初のレベルのタイトル
まとめ
まとめ
ETH2.0はイーサリアムとはまったく異なるシステムとなり、両者は異なる機能セットを備えながら長年にわたって共存することになります。近い将来、ETH から BETH への一方向ペッグが期待されます。取引所またはエスクロー サービスを運営している場合は、BETH がチェーン上に転送される前に、ユーザーが BETH エスクロー トランザクションとベットを実行できるようにサポートすることを検討できます。長期的には、スマート コントラクトがシャード間通信の有無にかかわらずシャーディングにどのように適応できるかを検討する必要もあります。
