イーサリアム1万TPSへの道: ZK技術駆動のスケーリング新時代

イーサリアムは創世ブロックの10周年を迎えようとしており、10年間の探求を経て、その拡張ロードマップは新しい方向に発展しています。最近ETHの価格上昇がコミュニティに信頼をもたらしましたが、本当に興奮を呼ぶのは、数年のL2拡張探索を経て、イーサリアムL1が最大の非中央集権を維持しながら極限の拡張を実現する信頼できる道筋をついに見つけたことです。

簡単に言うと、今後はイーサリアムのGas上限とTPSが毎年数倍に増加する予定です。バリデーターはもはや各取引を繰り返し実行するのではなく、1つのゼロ知識証明(ZK-proof)のみを検証し、このバッチの取引が正しく実行されたことを証明します。これにより、基盤となるネットワークのTPSが毎秒数万件に向上します。同時に、L2も同時にスケーリングし、数十万件さらには数百万件のTPSを実現します。また、「ネイティブロールアップ」という新しいタイプのL2は、プログラム可能なシャーディングのように動作し、L1と同じセキュリティを提供します。

これらの提案は正式にイーサリアムのガバナンスプロセスによって承認されていないが、Vitalik Buterinが2017年に探求を始めた考え方に基づいており、イーサリアム財団の核心研究員Justin Drakeの支持を得ている。Drakeは次のように述べた："私たちはイーサリアムのスケーラビリティの重要な転換点にいます。私は、私たちがL1のGigaGas時代、約1万TPSに突入しようとしていると確信しています。この時代を開く鍵はzkEVMとリアルタイム証明です。"

Drakeの究極の目標は、10年以内にイーサリアムエコシステムが1000万TPSを実現することですが、これは単一のブロックチェーンがそのスループット要件を満たすことはできないことを意味します。未来は必然的に「ネットワーク内のネットワーク」アーキテクチャになるでしょう：異なるL2がそれぞれ異なるシーン、トレードオフ、利点を担い、共にエコシステム全体を拡張して世界的な需要を満たします。

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イーサリアムL1はなぜ大規模なスケーリングが難しいのか?

他のブロックチェーンがすでに強力なハードウェアと計算能力を用いてスループットを拡大しようと試みているにもかかわらず、イーサリアムは去中心化に対してほぼイデオロギー的な執着を持ち続けている。ETH最大主義者の観点から見ると、いくつかの「データセンター・チェーン」は数百万ドルの中央集権的リスクポイントを持っており、政府はこれらのノードに直接取引を審査することができる。たとえハードウェアの仕様要件が比較的低いチェーンであっても、そのコストと帯域幅の要求は圧倒的であり、去中心化の程度に影響を与える。

対照的に、イーサリアムはラズベリーパイ上でも動作することができ、この低いハードルの設計により、15,000〜16,000以上の公開ノードと数百万の検証者がネットワークに参加しているため、イーサリアム上の取引を検閲することはほぼ不可能であり、ネットワーク全体が攻撃に対して非常に強いレジリエンスを持っています。

もちろん、代償は速度が非常に遅いことであり、現在のTPSは約毎秒18〜20件の取引を処理しており、他のいくつかのパブリックチェーンのTPSは約毎秒1500件の取引です。

ある意味で、ブロックチェーンアーキテクチャは生まれつき非効率的であり、電子スプレッドシートのようなものです。セルを変更する前に、全世界のすべてのコピーを持つコンピュータがまず全体のスプレッドシートを再計算し、誤りがないことを確認してから更新する必要があります。

某ZK技術会社の共同創設者Uma Royは次のように説明しています:"イーサリアムの設計は、誰もがネットワークに追いつき、すべての取引を再実行できることを望んでいます"。これは、取引量を無限に増やすことができないことも意味し、なぜならすべての取引は誰かが再計算する必要があるからです。

正因为在保持去中心化前提下,主网扩容空间有限,イーサリアムは2020年にL2分層拡張という議論を呼ぶルートを選ばざるを得なかった。

ZKはどのようにブロックチェーンの不可能な三角を解決するのか?

イーサリアムの創設者Vitalik Buterinは"ブロックチェーン不可能の三角"という概念を提唱し、パブリックチェーンが安全性、拡張性、非中央集権の三者間で同時に得ることが難しいというジレンマを表現しました。ほとんどのスケーリングソリューションは、同時にそのうちの二つしか満たせず、必然的に三つ目を犠牲にします。

今まで。

ゼロ知識証明(ZK-Proof)は、Drakeによって「月面着陸級の数学」と形容された技術で、取引の詳細を漏らすことなく、数学的に多くの複雑な取引が正しく実行されたことを証明することができます。

ZK証明の生成プロセスは非常に複雑ですが、証明が正しいかどうかを検証するのは速くて軽量です。

したがって、イーサリアムの将来の構想は: 多くの性能の低いラズベリーパイノードがすべての取引を逐次再計算するよりも、検証者が極小のZK証明の数学的結果を確認するだけで済む方が良いということです。

ウマ・ロイは続けて説明しました。「皆にすべての取引を再実行させるよりも、直接証明書を渡して、これらの操作がすでに行われたことを知らせた方が良い。そうすれば、誰でも計算をやり直すことなく、その証明を検証できます。」

ドレイクは、将来のZK証明の計算量が、価格が7ドルのRaspberry Pi Pico(の性能が普通のラズベリーパイの十分の一)にも満たないほど小さいと冗談を言った。まったく大規模なデータセンターは必要ない。

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zkEVM:1万TPSへのロードマップ

イーサリアム財団のソフィア・ゴールドが最近ブログで発表したニュースがコミュニティで話題になっています: 来年以内に、L1メインネットがゼロ知識証明駆動のイーサリアム仮想マシン(zkEVM)を統合する可能性があります。

注目すべきは、多くのZK技術の実用化探索は、実際にはL2ネットワークから始まっていることです。例えば、イーサリアムの共同創設者であるJoe Lubinの下にある機関によって孵化されたあるL2ネットワークは、100% EVM互換のZK Rollupパブリックチェーンであり、イーサリアム上で動作するアプリケーションは、すべてこのネットワーク上でシームレスに動作できます。

このネットワークは、さらにはイーサリアムの延長と見なされており、最近、L1の価値の流入をサポートするために20%のETH取引手数料を焼却すると発表しました。

ネットワークの責任者は、ZK技術がブロックチェーンの不可能三角に対する答えを提供していると説明しました。「ZKの魔法は、L1のGas上限を大幅に引き上げることができ、計算量の拡張が検証をより複雑にすることはないという点です。」

彼は、ZK証明の生成にかかる遅延とコストが絶えず低下するにつれて、より高いスループットを処理できるようになり、検証のハードウェア要件を非常に低く保つことができると付け加えました。スマートウォッチでも検証作業をこなすことができるのです。

しかし、コミュニティは過度に楽観的になる必要はありません。たとえ来年のうちにzkEVMがL1に成功裏に統合されたとしても、初日から1万TPSを直接実現することはありません。

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一歩ずつ進み、そして一瞬で完成する

イーサリアムには現在、ネットワークを運営するための5つの主要なソフトウェアクライアントがあります。これは、特定のクライアントに問題が発生しても、ネットワークが他のパブリックブロックチェーンのように直接停止することはないことを意味します。

将来的なアップグレードロードマップでは、イーサリアムは最初に2つから3つのZK検証をサポートする改造版クライアントをリリースする計画であり、検証者は各取引を再実行することなく、(ZK-proofs)を確認することで検証を完了することができます。

最初、少数のバリデーターが新しいバリデーションモードに切り替え、初期段階で潜在的な問題を特定して修正することになります。

イーサリアム財団の協定調整チームのラディスラウスは、「snark化されたEVMへの切り替えは段階的なプロセスになるだろう」と述べています。ここでの「snark」化はSNARKタイプのゼロ知識証明を採用することを指します。

ユーザーは主にL1のGas上限が引き上げられることを徐々に感じるでしょう。つまり、ネットワークの経済活動能力が向上するということです。L1からZK検証への移行には時間がかかりますが、Gas上限の拡張はほぼ矢が弦に引かれている状態です。

先週、L1ガス上限が22%引き上げられ、4500万に達しました。研究者のダンクラッド・ファイストは、クライアントが毎年自動的に3回ガス上限を引き上げることを提案するEIPを提出しました。この計画に従えば、4年後にはイーサリアムメインネットで約2000 TPSを実現できるでしょう。

そして、ジャスティン・ドレイクはさらに、このペースを2年延長し、2031年までに1ギガガスのスループットに達し、約1万TPSを実現することを提案しました。

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