イーサリアムの取引承認速度を向上させる実用的なソリューションについての考察

イーサリアムは近年、取引確認速度において顕著な進歩を遂げました。現在、ユーザーがL1で送信した取引は通常5〜20秒以内に確認され、これはクレジットカードでの支払い体験に匹敵します。しかし、ユーザー体験をさらに改善することは依然として非常に重要であり、一部のアプリケーションでは遅延を数百ミリ秒にまで短縮する必要があります。本稿では、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オプションを探ります。

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既存技術とアプローチの概要

単スロット最終性

イーサリアム現在採用しているGasperコンセンサスメカニズムは、単一のスロットとエポックのアーキテクチャを使用しています。12秒ごとに1つのスロットがあり、一部の検証者がチェーンのヘッドに投票します。32スロット（6.4分）の間に、すべての検証者は1回投票する機会があります。これらの投票は、その後PBFTコンセンサスアルゴリズムのメッセージに似たものとして解釈され、2エポック（12.8分）後に、最終性を提供する強力な経済的保証と呼ばれるものが得られます。

しかし、この方法には2つの主な問題があります：複雑性が高く、12.8分の最終確認時間が長すぎることです。これらの問題を解決するために、シングルスロットファイナリティ（Single Slot Finality、SSF）は、次のブロックを生成する前に現在のブロックの最終確認を完了させる、Tendermintコンセンサスに類似したメカニズムを提案しました。

SSFの主な課題は、各ステーキング者が12秒ごとに2つのメッセージを発信する必要があり、これがネットワークに大きな負担をかけることです。Orbit SSF提案のような革新的なアイデアがこの問題を緩和しようとしていますが、ユーザーは依然として取引の確認を5〜20秒待つ必要があります。

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ロールアップ事前確認

イーサリアムがロールアップ中心の発展路線を採用するにつれて、L2プロトコル（ロールアップ、バリディウム、プラズマなど）はユーザーにイーサリアムと同等の安全性を持つ大規模サービスを提供できるようになります。これにより、イーサリアムエコシステム内の役割分担が生まれました：L1は検閲耐性、信頼性、コア機能の維持と改善に集中し、L2は異なる技術と文化を通じてユーザーのニーズに直接サービスを提供することに専念しています。

理論的には、L2は独自の「分散型オーダラー」ネットワークを構築でき、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、そのステーキング資産を保証として使用します。これらのL2ブロックのヘッダーは最終的にL1に公開されます。

しかし、すべてのL2が分散型の順序ネットワークを構築することを要求するのは現実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。そこで、すべてのL2（およびL1）がエーテルの範囲内でのプレ確認メカニズムを共有することを提案する人もいます：基本プレ確認。

基本事前確認

基本的な事前確認方法は、イーサリアムの提案者が高度に複雑な参加者であると仮定しています。この方法は、これらの提案者が事前確認サービスを提供する責任を受け入れるように動機づけることによって、彼らの専門性を活用します。

その核心的な考え方は、ユーザーが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取引実行結果の声明を得られる標準化されたプロトコルを作成することです。提案者が約束を破った場合、彼らは罰則に直面します。

このメカニズムはL1取引だけでなく、"イーサリアム"ベースのロールアップにも適用され、すべてのL2ブロックは本質的にL1取引であるため、同様のメカニズムはどのL2にもプレ確認サービスを提供することができます。

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今後の方向性

単一スロットの最終性を実現し、各スロットの検証者数を減らすためにOrbitのような技術を使用し、なおかつ質権のハードルを下げるために十分な分散化の程度を維持することができたと仮定します。スロットの長さは16秒に増加する可能性があり、その後、ユーザーにより迅速な確認を提供するためにロールアップの事前確認または基礎的な事前確認を利用できます。このようにして、最終的にエポック-スロットアーキテクチャが得られます。

このようなアーキテクチャが避けられない理由は、特定の事柄に対して大まかな合意を得るのに必要な時間が、最大限の「経済的最終性」を達成するのに必要な時間よりもはるかに短いからです。主な理由には以下が含まれます：

1. "近似共識"は少数のノードの参加で済みますが、経済的最終性には大多数のノードの参加が必要です。
2. ノードの数が一定規模を超えると、署名を収集するのに必要な時間が大幅に増加します。

したがって、epoch-and-slotアーキテクチャは正しい発展方向のようですが、異なる実装方法によって効果が異なる可能性があります。二つのメカニズムの間でより強い関心の分離を確立することは、Gasperのように密接に結合するのではなく、さらに探求する価値があります。

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L2の開発戦略

L2にとって、現在合理的な発展戦略は三つあります：

1. 技術と理念の両方で"イーサリアム"に基づき、その基盤技術の特性と価値観を最適化します。
2. "ブロックチェーンの足場を持つサーバー"となり、中央集権的なサーバーの効率を最大限に活用しながら、ブロックチェーン要素を加えることで安全性と非中央集権性を確保します。
3. 妥協案：約100のノードを持つ高速チェーンを構築し、同時にイーサリアムが提供する追加の相互運用性とセキュリティを利用する。

異なるアプリケーションシーンに対して、これらの3つの戦略にはそれぞれの利点があります。重要な問題は、私たちがイーサリアムのネイティブなエポックとスロットのアーキテクチャでどの程度の最適化を実現できるかということです。もしスロット時間を1秒に短縮できれば、3つ目の戦略のスペースは大幅に縮小される可能性があります。

現在、私たちはこれらの問題の最終的な答えまでまだ距離があります。ブロック提案者の複雑さや新しいデザインであるOrbit SSFの可能性など、さまざまな要因には大きな不確実性があります。これらのソリューションを引き続き探求し、改善することで、L1およびL2ユーザーにより良い体験を提供し、L2開発者の作業を簡素化するのに役立ちます。

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