イーサリアムの取引確認を加速：ユーザー体験を向上させる新しいソリューションを探る

ブロックチェーンユーザー体験の核心要素の一つは、迅速な取引確認時間です。近年、イーサリアムはこの点で顕著な進展を遂げました。EIP-1559の恩恵と、プルーフ・オブ・ステークへの移行後の安定したブロック生成時間により、ユーザーがメインネットで送信する取引は通常5〜20秒以内に確認され、基本的にクレジットカード決済の体験レベルに達しました。しかし、確認時間をさらに短縮する価値は依然としてあり、一部のアプリケーションではミリ秒単位の遅延が必要です。本記事では、イーサリアムが取引確認時間を改善するためのいくつかの実行可能な方法について探ります。

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先行技術の概要

単一スロットの最終性

現在、イーサリアムのGasperコンセンサスはスロットとエポックの二層構造を採用しています。12秒ごとに1つのスロットがあり、一部のバリデーターがチェーンヘッドに投票します。32のスロット(6.4分)内にすべてのバリデーターが1回投票する機会があります。これらの投票は後に、クラスPBFTコンセンサスアルゴリズムのメッセージとして解釈され、2つのエポック(12.8分)後に強い経済的保証の最終性を提供します。

近年、この方法の限界がますます明らかになっています。まず、複雑度が高く、スロットレベルの投票とエポックレベルの最終性の間に多くの相互問題があります。次に、12.8分の待機時間が長すぎて、ユーザー体験が不十分です。

シングルスロット最終性(SSF)は、Tendermintに類似したメカニズムによってこのアーキテクチャを置き換え、ブロックNはブロックN+1が生成される前に最終的に確認されます。Tendermintとの主な違いは、「非アクティブリーク」メカニズムを保持しており、1/3を超えるバリデーターがオフラインの際にもチェーンが継続して動作し、復元できることです。

SSFの主な課題は、各ステーカーが12秒ごとに2つのメッセージを発信する必要があり、チェーンに大きな負荷をかけることです。この問題を緩和するいくつかの巧妙なソリューションが存在しますが、最近提案されたOrbit SSFのように、ユーザーは依然として5〜20秒待つ必要があります。

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ロールアップの事前確認

近年、イーサリアムはrollupを中心としたロードマップに従い、基盤層をデータの可用性やその他の機能をL2プロトコルが利用できるように設計しています。これにより、ユーザーに対してより大規模な安全保障を提供します。

これにより、イーサリアムエコシステム内での関心の分離が生じました：L1は検閲への耐性、信頼性、コア機能の改善に焦点を当てており、L2は異なる文化と技術を通じてユーザーに直接サービスを提供しています。しかし、L2はユーザーに5-20秒よりも速い確認を提供したいと考えています。

理論的に、分散型ソートネットワークの構築はL2の責任です。少数のバリデーターが数百ミリ秒ごとにブロックに署名し、資産をステークする可能性があります。これらのL2ブロックのヘッダーファイルは最終的にL1に公開されます。

L2バリデーターは不正を行う可能性があります：ブロックB1に署名した後、衝突するブロックB2に署名し、B1より先にチェーンに提出します。しかし、これを行うと彼らは発覚し、ステーキング資産を失うことになります。すでに中央集権的なバージョンの実際のケースはありますが、ロールアップは分散型ソートネットワークの開発において遅れています。

すべてのL2に非中央集権的なソートを要求するのは合理的ではないようです。これは、rollupに新しいL1を作成するのとほぼ同じ作業を要求することに相当します。したがって、すべてのL2（およびL1）がイーサリアムの範囲内で共有される事前確認メカニズムを使用することを提案する人もいます：基本的な事前確認。

基本事前確認

基本的なプリコンファーム仮定は、イーサリアムの提案者がMEVを処理する複雑な参加者であることです。この方法は、これらの提案者がプリコンファームサービスを提供する責任を負うように促すことで、彼らの専門性を活用します。

その核心的な思想は、標準プロトコルを作成することであり、ユーザーは追加料金を支払うことで、取引が次のブロックに含まれるという即時の保証と実行結果の声明を得ることができる。提案者が約束に違反した場合、罰則が科される。

このメカニズムはL1取引だけでなく、"ベース"のロールアップに対しても適用され、すべてのL2ブロックはL1取引であるため、任意のL2に事前確認を提供することもできます。

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今後の展望

単一スロットの最終性が実現され、Orbitクラスの技術を使用して各スロットで署名する検証者の数を減らし、32 ETHのステーキングの目標を低下させることができたと仮定します。スロットの期間は16秒に増加する可能性があり、ロールアップの事前確認または基本的な事前確認と組み合わせて、ユーザーにより迅速な確認を提供します。最終的には、エポック-スロットアーキテクチャを得ることができるかもしれません。

このアーキテクチャは回避が難しいようです。というのも、何かに近似的な合意を達成するために必要な時間は、「経済的最終性」を最大限に達成するために必要な時間よりもはるかに短いからです。その理由には、ノードの数とノードの「質」が含まれます。もし、専門化されたノードのサブセットを利用して近似的な合意を達成し、同時に完全なバリデーターセットを使用して最終性を確定できれば、確認時間は約2秒に短縮される可能性があります。

したがって、エポック-スロットアーキテクチャは正しい方向に見えますが、異なる実装間には違いがあります。探求する価値があるのは、Gasperのように密接に結合するのではなく、2つのメカニズム間により強い関心の分離を確立することです。

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L2ポリシーの選択

L2には現在3つの合理的な戦略があります：

1. 技術と理念の両方で"イーサリアム"に基づき、その基盤層の属性と価値観を最適化する。
2. "ブロックチェーンのスキャフォールドを持つサーバー"になり、サーバーの効率を最大限に活用します。
3. 妥協案：約100のノードを持つ高速チェーンで、イーサリアムは追加の相互運用性とセキュリティを提供します。

特定のアプリケーションにとっては、12秒のブロック時間で十分です。他のアプリケーションにとっては、唯一の解決策はエポック-スロットアーキテクチャです。3つのケースでは、「エポック」はイーサリアムのSSFですが、「スロット」はそれぞれ異なります：

1. イーサリアム原生の紀元-スロットアーキテクチャ
2. サーバーの事前確認
3. 委員会による事前確認

重要な問題は、最初の提案がどれだけうまく機能するかです。効果が顕著であれば、3番目の提案の意義は弱まるかもしれません。2番目の提案は常に存在します。なぜなら、「基づく」提案は特定のオフチェーンデータL2には適用できないからです。もしイーサリアムのネイティブなエポック-スロット構造がスロット時間を1秒に短縮できるなら、3番目の提案のスペースは大幅に縮小されるでしょう。

現在、これらの問題の最終的な答えはまだ確定していません。重要な不確実性は、ブロック提案者がどれほど複雑になるかということです。Orbit SSFのような新しいデザインは、エポック-スロット内のエポックとしてそれを使用するなど、更なる探求の機会を提供します。選択肢が多ければ多いほど、L1およびL2ユーザーにより良いサービスを提供でき、同時にL2開発者の作業を簡素化できます。

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