イーサリアムの合併後、DVT分散型検証技術が重要に

2022年9月15日、イーサリアムブロックチェーンは7年間で最も重要な合併を完了し、PoWからPoSコンセンサスメカニズムに移行しました。 エネルギー消費の削減や参入障壁の低下に加えて、PoSは多数のステークを保有する人々により多くの議決権を与えるため、PoSのコンセンサスメカニズムがネットワークの集中管理を強化することを懸念しています。 したがって、アップグレードが完了した後、開発者は開発とテストに参加して、潜在的なネットワーク障害を最小限に抑え、分散化を強化し、ネットワークを可能な限り拡張する必要があります。

イーサリアムのロードマップは、分散型検証技術がマージ後の次の重要な開発になることを示しています。 Messariの最新レポートによると、DVTはバリデーターのセキュリティを向上させることができ、イーサリアムネットワークの進歩の1つになる可能性があります。

DVTとは?

分散型バリデーター技術(DVT)は、マルチシグのコンセンサス投票に似ています。 これにより、イーサリアムのPoSバリデーターは複数のノードやマシンで運用することができ、バリデーターはイーサリアムをサポートする複数のノードに投票することができます。 このテクノロジーの主な目的は、分散操作を検証することです。 当初はイーサリアム財団のメンバーによる研究論文で紹介され、当初はSSVと呼ばれていました。 DVTは、3-of-4の設定(以下で概念的に説明)により、ノードの個人、グループ、またはコミュニティが協力して単一のバリデーターを形成することを可能にします。 DVTは、検証器にフォールトトレラント層を導入することで、フォールトトレランスを強化します。 検証プロセス中に、特定のノードに障害が発生しても、検証ツールは引き続き実行を継続できるため、シングルポイント障害、二重署名ペナルティ、フォークペナルティのリスクが排除されます。

関連概念:

コンセンサス: 1人のバリデータの責任は複数の共同バリデーターに割り当てられ、メッセージに署名するには、共同バリデーターが投票を通じてコンセンサスに達する必要があります。

M-of-N しきい値署名: 検証者の秘密鍵は N 個の共有に分割され、各検証者は 1/N を保持します。 M個のバリデーターがコンセンサスに達して署名すると、署名プロセスが完了します。

働き主義

DVTは、分散鍵生成、BLS署名のためのShamir鍵共有、安全なマルチパーティ計算、DVT BFTコンセンサス層の4つの主要部分で構成されています。

分散キー生成 (DKG): 暗号化された秘密キーはすべての参加者に配布されるため、一方の当事者が秘密キー全体を直接制御することはできません。

Shamir の秘密鍵共有: 秘密鍵共有とは、秘密鍵が分割され、異なる参加者に配布されることを意味します。 秘密キーをリセットする必要がある場合は、事前定義された共有しきい値を組み合わせる必要があります(たとえば、4 つの共有のうち 3 つ)。

マルチパーティ計算(MPC):マルチパーティ計算は、分散型バリデータ技術において最も重要なものです。 スケーリングされたコンピューティングでは、オペレーターは秘密鍵共有を使用してメッセージに署名し、単一のデバイスで再作成することなく計算を実行できます。 マルチパーティコンピューティングにより、オペレーターは異なるマシン間で分散してキーを安全に調整し、キーの生成と再構築を可能にします

コンセンサス到達:フォールトトレランスは、しきい値署名スキームのビーコンノード間のコンセンサスアルゴリズムによって達成されます。 ETHバリデーターがビーコンノードに接続されると、コンセンサスに達することができます。

上の図に示すように、DVT オペレーターは、最初に共有公開キーと秘密キーの暗号化を生成するプロセスを計算します。 その後、秘密鍵は分割され、異なる参加者と共有され、秘密鍵の共有もオペレーターに配布されます。 次に、オペレーターはマルチパーティ計算を実行して、検証ノードをランダムに選択します(検証ノードは他のノードと情報を共有します)。 参加する検証者が事前定義された閾値認証に合格すると、コンセンサスを得ることができます。

なぜDVTが必要なのか?

DVTは、合併後に発生する多くの問題を解決するように設計されていますが、その中でも中央集権化は対処すべき主要な脅威です。 また、プロトコルルールの影響下で、バリデータ資産へのダメージやイーサリアムの生態学的安定性の低下も、早急に解決しなければならない問題です。

中央集権化のリスク

イーサリアムのルールによると、保有しているETHが32ETH未満のユーザーは、バリデーターの維持が制限されています。 これらのユーザーにとって、ステーキングサービスは唯一の解決策であり、さらに多数の暗号資産が中央集権的な取引所に保管されることにつながります。 イーサリアム最大のステーキングサービスであるLido Financeは、ステーキングされた暗号資産の総額の32%を占める400万ETH以上を入金しています。 取引所に大量の暗号資産が預けられると、ハッカーの攻撃、不当な検閲システム、技術的なエラーなど、イーサリアムのエコシステムにリスクをもたらし、中央集権化のリスクをもたらします。

単一障害点

秘密鍵は、独立したバリデーターにとって非常に重要です。 秘密鍵を紛失したり忘れたりすると、資産にアクセスできなくなります。 マージ後、PoSプロトコルのルールは冗長性を禁止し、各バリデーターが1つのバリデーターにのみ署名できるようにします。 つまり、ノードのダウンタイムやハッカーの攻撃などの問題が発生した場合、障害保護のない単一ノードのバリデーターはバリデーターを失敗させる可能性があります。 その結果、資産は直接影響を受け、イーサリアムの全体的な安定性にさらに影響を与えます。

二重署名のペナルティ

バリデーターが同じ鍵を使用して複数回署名し、ネットワーク障害やクラウド障害などの問題によりオフラインになった場合、ユーザーはステーキングされた金額の一部を失います。

フォークペナルティ

PoSシステムでは、バリデーターに接続されたビーコンノードに障害が発生すると、フォークが確立されます。 ただし、この場合、検証者が影響を受け、オフラインと見なされた場合、検証者は引き続き罰せられます。

中央集権化と中央集権化の結果はブロックチェーンの目的に反し、セキュリティ上の脅威と資産のペナルティは悪影響を与える可能性があります。 上記のジレンマを解決するために、分散型バリデーター技術が登場しました。

DVTにはどのような発展の可能性がありますか?

イーサリアムの分散化、セキュリティ、運用効率を高めるために、DVTは業界の専門家から高い期待を集めています。

メリット

DVTは、ノードクラスタとして実行されるバリデーターとして、柔軟性が高く、リスクが低いため、ステーキングの安定性を向上させることができます。

大規模なバリデーターの場合、DVTは高可用性を確保し、インフラストラクチャコストを削減します。 冗長性の向上と削減リスクの低減により、より少ないバリデーターでより多くのノードを実行できるようになり、ハードウェアコストが削減されます。 さらに、DVT を使用すると、クライアントは複数のノードでアドレスを構成して実行できるため、1 つのアドレスやクライアントの障害のリスクが軽減されます。

小規模なバリデーターの場合、DVTは大規模なバリデーターに匹敵するレベルの保護を提供することができます。 DVTを使用することで、小規模なバリデーターは大規模なバリデーターと同様の効率を達成することができます。 さらに、DVTはノードを実行するためのETH要件を軽減し、ユーザーがコミュニティのステーキングに参加したり、検証のためにプールやファミリーバリデーターを利用したりできるようにします。

流動性ステーキングプロトコルの場合、DVTは効率を高め、リスクを軽減し、オペレーターが参加できるようにすることができます。 ネットワークに冗長性を提供することで、DVTはオフラインのダウンタイムを引き起こす可能性のある1つのオペレーターに依存しなくなります。 さらに、オペレーターは自分自身を異なるクラスターに編成することができ、ステーキングプロトコルのパフォーマンスを向上させることができます。

ユースケース

分散型ステーキングプールへの適用:DVTを使用すると、ステーキングプールを分散型モデルに切り替えることができ、ダウンタイムを短縮することでペナルティやスラッシュを減らすことができます。

ステーキング・インフラストラクチャー・プロバイダー:DVTを通じて、インフラストラクチャー・プロバイダーはアクティブ/アクティブ・クラスターの冗長性を実現し、デプロイと構成の柔軟性を実現することができます。 以前は、個人または機関投資家のステーキングに対応するために、インフラプロバイダーは、アクティブ/パッシブ構成の機関投資家に冗長ソリューションを提供する必要がありました。 アクティブ/アクティブ冗長性は、冗長システムが常に動作できるようにすることを目的として、複数のマシンにバリデータを分散させることでフォールトトレランスを作成できるようになりました。

独立したバリデーターの設定:DVTを使用すると、バリデーターはアクティブ/アクティブクラスターの冗長性で複数のノードに署名権限を分散できるため、ダウンタイムや二重署名などによる署名の失敗やペナルティのリスクを最小限に抑えることができます。

関連プロジェクト

DVTの提案以来、Obol NetworkとSSV Networkの両社はDVTに基づくプロジェクトを展開してきた。

1.オボルネットワーク

Obol Networkは、フォールトトレラントな分散方式で実行できるDVTを有効にするプラグインクライアントCharonをリリースしました。 DVT技術を採用することで、Obolはアクティブ/アクティブ冗長性を導入し、アクティブ/パッシブシステムの運用上の欠点に対処します。 バリデータは、1台のマシンで実行する代わりに、複数のマシンで実行してフォールトトレランスを作成し、部分的なノード障害を許容します。 コミュニケーションを取り、コンセンサスを得ることで、複数のCharonクライアントが連携して、統一されたバリデーターをシミュレートします。 そうすることで、Charonは、Beacon Chain標準のHTTP APIをサポートし、既存のリモート署名インフラストラクチャーを維持するすべてのクライアントでバリデーターを使用できるようにします。 そのため、バリデーターにとって、Charonは採用へのより簡単な道筋を提供します。

今後の開発の方向性として、Obol Labsは引き続きDVTに焦点を当て、応用暗号と暗号経済学への応用を推進していきます。

2. SSVネットワーク

SSV Networkは、分散型ステーキングのためのネットワークインフラストラクチャレイヤーを導入しました。 SSVのモデルでは、各バリデーターはマルチシグ投票のためにオペレーターネットワークから4つのノードを選択する必要があります。 ネットワークは、SSVピアツーピア(P2P)ネットワーク層と、ネットワークガバナンスのためのイーサリアムコントラクト層の2つの層で構成されています。 P2Pレイヤーは、主にスマートコントラクトからオペレーターリストとバリデーターエクイティアロケーションを読み取り、バリデーターを操作します。 コントラクトレイヤーは、DVTオペレーターのランキングと評価に基づいて、オペレーターの追加、作成、アセットの割り当てを担当します。

現在、SSVネットワークはDVTを活用した複数のプロジェクトに資金を提供しています。 今後、ネットワークは分散型イーサリアムステーキングインフラストラクチャを使用したアプリケーションの開発に引き続き注力していきます。

結論

ユーザーにとって、DVTはステーキングの多くの課題を解決し、一般の人々の参入障壁を下げます。 開発者にとっても、DVTには大きなメリットがあります。 DVTにより、機関投資家や独立したバリデーターは、プロトコルのセキュリティと柔軟性を享受し、アクティブ/アクティブの冗長構成を享受し、さまざまな要因に基づいて運用を多様化することができます。 近い将来、DVTがステーキングを強化し、補完的な検証ノード構成と共同作業を可能にし、真の分散型イーサリアムを実現することが期待できます。

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