イーサリアムの開発方向を理解する: ビーコンチェーンPoSメカニズムはどのように機能しますか?

【ティッカー】DR】

1. イーサリアム財団は最近、「イーサリアム1.0」(ETH1)とイーサリアム2.0(ETH2)という用語を禁止し、それぞれ「エグゼクティブレイヤー」と「コンセンサスレイヤー」を使用することを発表しました。

2. スロット, エポックとバリデータは、ビーコンチェーンPoSメカニズムの重要な用語であります.

3. ビーコンチェーンが新世代のイーサリアムの心臓と比較された場合、スロットとエポックは心臓の鼓動サイクルです。

4. イーサリアムアルゴリズムのセキュリティ設計により、このPoSコンセンサスメカニズムは安全であると考えられています。


2021年1月25日、イーサリアムの創設者であるVitalik Buterinは、 ethereum.org のシングルスロットのファイナリティへの道 と題する記事を発表しました。 イーサリアムの開発のための彼の最新の計画を紹介しました。

その開発パスを理解することはEthereumを理解するために非常に重要ですが、Vitalik Buterinによってリリースされた記事を読む前に解決すべきいくつかの概念的な問題がまだあります。 EthereumがPoSメカニズムにアップグレードされた後、ビーコンチェーンのブロックをどのように生成して確認し、そのセキュリティをどのように保証するかは、私たちが調査し、回答を提供してきた質問です。

イーサリアムアップグレードスキームの概要

Ethereumのアプリケーションの急速な成長以来、スケーラビリティはEthereumとそのユーザーにとって当惑させる問題でした。 現在最も人気のあるスマートコントラクトブロックチェーンプロジェクトとして、イーサリアムは膨大な取引量を持ち、しばしば輻輳につながり、手数料は高いままであり、トレーダーの使用経験やさまざまなプロジェクトの推進に大きく影響します。 イーサリアムネットワークのパフォーマンスの問題を解決するために、レイヤー2とイーサリアム2.0の概念はイーサリアムをスケーリングするために生まれました。

イーサリアム2.0はイーサリアム1.0のアップグレード版で、フェーズコード「セレニティ」が付いています。イーサリアム1.0は ビットコインと同じPoWコンセンサスメカニズムを使用し、イーサリアム2.0はPoWメカニズムよりも省エネで効率的なPoSコンセンサスメカニズムを使用します。 アップグレード後、イーサリアムは「ビーコンチェーン+シャードチェーン+レイヤー2」構造を形成します。 ビーコンチェーンブロックには、トランザクション情報を直接含まれます。 アップグレードの前に, PoWチェーン上のコンテンツはシームレスにビーコンチェーンに転送されます. このプロセスは「マージ」と呼ばれます。 合併後、イーサリアムはPoSコンセンサスメカニズムに完全に移行します。

しかし、イーサリアム1.0とイーサリアム2.0は、後者と前者の間の単純な関係ではなく、しばしば誤解され、無法者によってだまされることさえあります。

合併が近づくにつれて、イーサリアム財団は最近、「イーサリアム1.0」(ETH1)とイーサリアム2.0(ETH2)という用語の使用を禁止し、「エグゼクティブレイヤー」と「コンセンサスレイヤー」をそれぞれ使用すると発表しました。

その中で、実行層はすべてのスマートコントラクトとネットワークルールをEthereumに格納し、コンセンサス層はPoSコンセンサスの処理を担当します。 合併後、2つのチェーンは1つに結合され、将来的には完全なイーサリアムになります。


イーサリアムのアップグレードプロセスは段階的に完了します。 2020年12月、PoSメカニズムに基づくビーコンチェーン(以前はEthereum 2.0として知られていました)が開始され、ユーザーは収入を得るためにETHを賭けました。 2021年のベルリンとロンドンのアップグレードは、ビーコンチェーンを調整し、一時的にガス料金を制御するための料金破壊メカニズムを導入しました。 2022年には、現在のEthereumメインネットワークがビーコンチェーン、つまり上記の「エグゼクティブレイヤー」と「コンセンサスレイヤー」と統合され、元のメインネットワークの歴史、 ステータス 、スマートコントラクトが完全に継承されます。 シャーディングは合併より後に発生する可能性があり、2022 年または 2023 年に発生すると予想されています。

これは主に、イーサリアムのパフォーマンス圧力を緩和するlayer2の活発な開発によるものです。 シャーディングの主な目的は、Ethereumのパフォーマンスをさらに向上させ、ネットワークの輻輳を減らすことです。 その時点で合計64のシャードチェーンが発売されます。

イーサリアムのアップグレードの詳細については、以前のブログ記事を参照してください。
エンドゲーム:Vitalik Buterinによるブロックチェーンスケーリングの最適なソリューションの発見
レイヤー2と2022年にアクティブ化される将来のシャーディングアップデートは、スケーラビリティを高めるためのEthereumの究極のソリューションになりますか?

ビーコンチェーンPoSメカニズムの概要:スロット、エポック、バリデーター

Vitalikの記事で言及されているスロット、エポック、バリデータは、ビーコンチェーンPoSメカニズムの重要な用語です。

ビーコンチェーンは、将来的にはイーサリアムの中核となるでしょう. イーサリアム全体にプルーフオブステーク(PoS)を提供し、コンセンサス層を形成することに加えて、他のシャードチェーン架橋との同期の役割も果たします。 その後、ユーザーはビーコンチェーンにETHを賭け、Ethereum 1.0の預金契約口座に32thを入金し、Ethereumのバリデーターになることができます。 これらのバリデータはイーサリアムの「仮想マイナー」であり、イーサリアムのブロックアウトにとって特に重要です。

ビーコンチェーンを新世代のイーサリアムの心臓と比較すると、スロットとエポックは心臓の鼓動サイクルです。 各スロットは12秒間持続し、各エポックは32スロットで構成されています(以前の技術仕様の別のバージョンでは、1つのスロットが6秒間持続し、64スロットがエポックを構成するとされていました)。 すべてのシャードチェーンは、ビーコンチェーンのスロットとエポックと同期する必要があります. したがって、各エポックは約 6.4 分間続きます。


現在PoWメカニズムを使用しているEthereum(Ethereum 1.0)では、システムは15秒ごとにブロックを生成します。 将来アップグレードされたEthereumでは、各ブロック間の時間間隔は不確実です。ただし、PoSメカニズムでは、スロットごとに、ビーコンチェーンはバリデータからノードをランダムに選択してブロック提案者になります。 シャード チェーンの場合、各スロットはブロック プロポーザーも生成します。


さらに、各エポックにおいて、ビーコンチェーンはバリデータを各スロットに均等に分配し、各スロットのバリデータからアレイノード(各グループに少なくとも128個)をランダムに選択して委員会にします。 委員会のノードは、ビーコンチェーンとシャードチェーンによって生成されたブロックへの証明を担当し、そのバランスによって重み付けされ、ビーコンチェーンブロックとシャードブロックの有効性は投票によって判断されます。 委員会がブロックの有効性についてコンセンサスに達すると、ブロックはチェーン上で確認され、ノードはこのスロットに正常に出力され、認証者の投票データはチェーンに記録され、バリデータには報酬が与えられます。

それどころか、コンセンサスに達していない場合、スロットは空になります。 さらに、スロット内のブロック提案者がオフラインの場合、空のスロットもあります。 空のスロットが存在するため、ブロックによって生成されるスロットは固定されません。 全エポックの後(すなわち、 32スロットまたは約6.4分)、システムはバリデータからノードを再選択し、検証委員会を手配して再度形成します。 シャーディングが正式に開始されると、各シャーディングには、各スロットとエポックに独自のブロック提案者と検証委員会もあります。 検証が完了したら、シャードチェーンのメンバーもシャードチェーンヘッドをビーコンチェーンに接続する必要があります。 このプロセスは、架橋または架橋の作成と呼ばれます。


現在のPoWコンセンサスメカニズムでは、各ノードがネットワーク内の各トランザクションを検証して実行する必要があり、膨大なオーバーヘッドが発生します。 相対的に言えば、PoSコンセンサスメカニズムはより速く実行され、より少ないエネルギーを消費します。 さらに、イーサリアムPoSアルゴリズムのセキュリティ設計により、このPoSコンセンサスメカニズムは非常に安全です。 理論的には、バリデーターがすべてのバリデータのステークの1/3未満を保有している限り、各委員会の潜在的なハッカーの数が1/3未満であることを保証でき、システムをハッキングすることはできません。

ノード数に関しては、各委員会がセキュリティを確保するために128ノードを必要とするため、最高のセキュリティを確保するためには、ノードの総数が128 * 32 = 4096に達する必要があります。 ノードの合計数が 4096 * 2 = 8192 より大きい場合、各スロットは検証のために 2 つ以上の委員会に割り当てることができます。


結論

イーサリアムのアップグレードは、暗号通貨の分野で歴史的な出来事になるでしょう。 次回の記事では、Vitalikがリリースしたイーサリアムの開発方向について引き続き議論します。
乞うご期待!


著者: Gate.io オブザーバー: エドワード・H
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