Ethereumネットワークは、世界で最大かつ最も広く使用されているブロックチェーンネットワークの1つであり、世界で最大のオープンソースプロジェクトの1つであり、そのGeth（go-ethereum）はGithubでの最大のプロジェクトの1つです。 2015年の創業以来、Ethereumは、私たちが日常生活で使用している集中型アプリケーションの多くに取って代わることになる、分散型のグローバルコンピュータになるという最終目標に向かって進んでいます。
しかし、この目標が達成されるまでには、Ethereumコミュニティとネットワークでまだやるべきことがたくさんあります。この記事では、これまでのEthereumの進歩の概要を説明した後、ネットワークで今後予定されている大きな変化、すなわち、Ethereumコミュニティの最大かつ最も包括的な開発となるSerenity 2.0について説明します。
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Ethereum開発の4つの段階...イーサリアム ウォレット→→→： https://www.eth.ceo/
2015年にEthereumネットワークが開始されたとき、プロジェクトの長期ロードマップは4つのフェーズとして考えられました。各フェーズは、一連のEthereum Improvements Proposals（EIP）によって定義されます。これらはEthereumコミュニティによって提案され承認された提案です。これらの提案は、さまざまなEthereumクライアントおよび開発者が従うべきガイドラインを作成します。たとえば、Ethereumは現在、Constantinople（Constantinople）バージョンの第3段階にあります。これは、Ethereumネットワークのセキュリティ、プライバシー、およびスケーラビリティを向上させるために4つのEIPで作成されています。 [1]
Ethereumの第一段階はフロンティアと呼ばれます。これは、2015年に発売されたときの最初のリアルタイムバージョンです。 Frontierは、ユーザーと開発者がETHをマイニングし、Dapp（分散型アプリケーション）やツールなどを構築することを可能にします。Ethereumのマイニングアワード（つまり、新しいブロックを発掘するすべてのマイナーに対する報酬）は5ETHに設定されます。
Ethereum開発の第2段階はHomesteadです。 Homesteadは2016年3月にリリースされました。これはEthereumネットワークの最初の製品バージョンです。それは将来のアップグレードとより速いトランザクション速度のための基礎を提供するプロトコルに多くの改良をしました。
Ethereumの開発の第3段階は、Metropolisとして知られている現在の段階です。メトロポリスは、2つのバージョン、すなわちByzantium（Byzantine）とConstantinople（Constantinople）に分けられます。 Byzantiumバージョンは2017年10月にリリースされ、以前のバージョンよりも軽量、高速、そして安全です。いくつかの特定のアップグレードはより予測可能なガス価格とより簡単な開発者プログラミングを含みます。 Byzantiumバージョンでは、Ethereum開発者はzk-SNARK（単純な非対話型知識のゼロ知識）の効果的な連鎖検証を実行でき、それによってプライバシーが向上します。
一見したところ、zk-SNARKは複雑に見えますが、システムは比較的単純な概念、つまりゼロ知識証明を使用します。ゼロ知識証明は、証明者が有用な情報を検証者に提供することなく特定の主張が正しいと信じることができることを意味します[1]。たとえば、私は自分の携帯電話のパスワードを知っていて、彼にパスワードを知らせる必要がないことを友人に証明できます。
Byzantiumバージョンはまた、将来的に予想されるようにネットワークをPoSメカニズムに移行させるために、Ethereumネットワークマイニングを時間の経過とともにより困難にし、「掘削の難しさ」を調整しました。この点）。
Constantinople版はEthereumネットワークをさらに改善することを目的としています。 Constantinople版の最初のリリース日は2018年11月でしたが、Ethereumの開発者はリリース日を2019年に延期することを決定しました[1]。ネットワークの高さが7,280,000 [2]に達したとき、フォークリフトのアップグレードはついに2019年2月28日にリリースされました。これは主にEthereumネットワークの採掘を3 ETHから2 ETHに減らし、難易度爆弾を採掘するためです。難易度爆弾は12ヶ月遅れた。
Ethereumの第4段階はまた、 "Ethereum 2.0"または "Serenity"の段階と呼ばれる一時的な最終段階です。これは断然最も野心的なアップグレードであり、Ethereumネットワークのほとんどすべての面を改善することが期待されています。 Ethereum 2.0プログラムは2019年から2021年までの4段階でリリースされますが、この予定は変更される可能性があります。 Ethereum 2.0の重要性を完全に理解するためには、まず現在のEthereumネットワークが直面している主な問題、すなわちEthereum 2.0が解決しようとしている問題を研究する必要があります。
Ethereumネットワークが直面する現在の問題
現在のEthereumネットワークが直面している最も重要な問題の1つはスケーラビリティです。 Ethereumネットワークは、毎秒大量のトランザクションを処理する数百の分散アプリケーションをサポートしています。各ノードが各トランザクションを検証する必要があるため、ノードを追加してもネットワークのスケーラビリティは向上しません。 Ethereumネットワークの使用が増え続けるにつれて（より多くのDappの作成やより多くのトランザクションの実行を含む）、これはトランザクションの時間とコストの増加につながり、その結果、Ethereumネットワークは遅くなり使い勝手が悪くなります。 。
最近の速度テストでは、Ethereumネットワークは1秒間に約20トランザクションしか処理できませんでした（さまざまな情報源からのデータによると、過去1年間に約12から45トランザクションが処理されたことがわかります）。対照的に、PayPalやVisaなどの集中型ネットワークは通常、毎秒193トランザクションと1,667トランザクションを完了し、Visaの最大容量は24,000近くになります[4]。
Ethereumネットワークの大規模なアプリケーションを実現するために、大規模なネットワークの拡張はEthereum 2.0開発の中核です。他のいくつかの選択肢を検討した結果、Ethereumチームは、Ethereumネットワークのスケーラビリティを向上させるための最善の解決策としてshardingという方法を特定しました。プラズマチェーンやステートチャネルなどのチェーンダウンソリューションを使用して、Ethereumメインチェーンの負荷を軽減し、さらにスケーラビリティを向上させることもできます。
Ethereum 2.0が取り組むもう1つの大きな問題は、効率性と環境の持続可能性です。 Bitcoinや他の多くのブロックチェーンネットワークと同様に、現在のEthereumネットワークは、ネットワークのセキュリティを確保するためにPoW（Workload Proof）プロトコルに依存しています。
ＰｏＷシステムは、コンピュータハードウェアを介してブロックチェーンネットワークに接続する多くの鉱夫を含む。鉱山労働者は帰還を得るためにネットワークに彼らのハードウェアを入れました。アルゴリズムは新しいブロックごとに目標値を設定し、鉱山労働者は自分たちが目標値を計算し、自分のハードウェアを介して新しいブロックを追加する最初の人物になるように競争します。これを行うには、固定長ハッシュ番号の文字列を返すハッシュ関数を使用して、提案されたブロックのブロックヘッダーデータとランダムな "ナンス値"を実行する必要があります。文字列がターゲット値と一致しない場合は、ナンス値を変更してハッシュ関数を再実行してください。
鉱山労働者の1人が目標値と一致するハッシュを生成するまで、鉱山労働者はハッシュ関数を再実行します。この時点で、新しいブロックはネットワーク内のすべてのノードにブロードキャストされ、新しいブロックが検証されてブロックチェーンに追加され、有効な新しいブロックをうまく掘り出した鉱山労働者は、報酬として特定の報酬を受け取ります。
ＰｏＷシステムの主な利点の１つは、新しいブロックがブロックチェーンネットワークに属するかどうかを検証することが非常に高速かつ比較的簡単であることである。しかし、ネットワークのセキュリティを確保し、不正を防ぐために、鉱山労働者のための正しいハッシュ入力を見つけるには、高い計算コストが必要です。 1人の鉱夫だけが正しいハッシュを見つけるので、他のすべての鉱夫が入れた計算は実際には無駄になります。結果として、ＰｏＷコンセンサスはかなりの量の計算能力および電力コストを必要とし、そして非効率的である。
これを書いている時点で、Ethereumネットワーク上の各トランザクションは、およそ29 Kwh（kWh）の電力を消費します。これは、米国の平均的な住宅が24時間供給するのに十分です。 Ethereumネットワーク全体で鉱山労働者が消費する電力は、652,669の米国の家庭に電力を供給できます[5]。 Ethereum鉱業の年間エネルギー消費量は、Bolivarとほぼ同じです。これは明らかに大きな問題です。 Ethereumの電力協定で必要とされる大量のエネルギー消費は、採掘の収益性を低下させ、環境とシステムの長期的な持続可能性に深刻な悪影響を及ぼします。
ＰｏＷプロトコルは、以前に作成されたブロックチェーンネットワークをサポートするので非常に重要であるが、これらのブロックチェーンネットワークは非常に非効率的であり、より多くのコンピューティングリソースを与えるためマイニング独占に対して脆弱である。参加者には不公平な利点があります。裕福で強力な個人や組織は、より多くの、より速く、そしてより強力なコンピューターハードウェアを手に入れることができ、それらはすべての暗号化の挑戦を成功裏に解決しそして報酬を得る大きなチャンスを与えます。たとえば、Bitcoinマイニングの約65％は5つのマイニンググループによって行われており、理論的には50％以上のコンピューティング市場を共同で管理できます。ビットコイン採掘者は高価なASIC（特定用途向け集積回路）採掘者を使用しているため、ビットコイン採掘の工業化と部分的な集中につながりました。
Ethereumマイニングは通常、通常の家庭用コンピュータを装備したGPU（グラフィックプロセッサ）を使用して実行されるので、Ethereumマイニングの集中リスクはBitcoinほど集中的ではありません。しかしながら、ASICは最近Ethereumの契約を発表しました、そしてETHマイニングが現在頼っているPoWプロトコルのために、Ethereumマイニングにおける独占と集中の危険がまだあります。これにより、当初想定されていたようにBitcoin、Ethereum、およびその他のブロックチェーンネットワークが分散化されず、これらのブロックチェーンネットワークの独立性と有用性が損なわれました。
Ethereum 2.0は、ネットワークをPoWプロトコルからCasperと呼ばれるPoSプロトコルに移行させることを目的としています。これは、Ethereumネットワークの効率と持続可能性に対処するものです。 2017年のビザンチンのアップグレードが現在のEthereumネットワークに採掘困難爆弾を導入し、Ethereumでの採掘が困難になるため、この変化はますます重要になるでしょう。私のものは掘ることができる[6]。この戦略は、EthereumネットワークをPoWからPoSに変換するために導入されたもので、この更新がEthereumコミュニティにとって非常に重要な理由です。
Ethereum 2.0が取り組む最後の大きな問題はスピードと可用性です。これは、シャーディングが解決するスケーラビリティの問題に関連していますが、まったく同じというわけではありません。断片化の導入により、トランザクション速度とスループットの最大のボトルネック（スケーラビリティ）を排除できますが、Ethereum Virtual Machine（EVM）自体もネットワークの速度と可用性に影響します。
EVMは基本的にEthereumの基本構造であり、コードを実行してネットワークを正しく動作させます。 EVMはEthereumネットワークの内部状態とそのすべての計算を担当し、EVMは次の情報の正確性も保証します：口座情報（口座残高など）、現在のガス価格、住所、およびブロック情報。さらに、EVMは次のコンポーネントを追跡する必要があります。ブロック情報、ストレージステータス、アカウントステータス、およびランタイム環境情報[7]。同時に、EVMはSolidity / Vyperで書かれ、独自のEVMバイトコードにコンパイルされたEthereumスマートコントラクトもすべて処理します。これは、現在のEthereumネットワークの各ノードによって実行されます。 [4]
EVMはEthereumネットワークの多くの重要な側面を担当しているため、EVMがそのタスクを実行する速度は、ネットワーク自体の全体的な速度と可用性に大きな影響を与えます。 [4] Ethereum 2.0の解決策は、新しいEthereum仮想マシンeWASM（つまり、Ethereum wasm）を使用することです。 Wasmは、現在Google、Mozilla、Microsoft、およびAppleのエンジニアによって開発されているW3Cコミュニティチームのオープンスタンダードのインストラクションセットです。速度とスループットの向上に加えて、eWASMはEthereumネットワークのセキュリティと使いやすさをさらに向上させます。 eWASMの詳細を調査するために、今後数週間以内に記事を投稿する予定です。しばらくお待ちください。
Ethereum 2.0の他の目標
Ethereum 2.0は、Ethereumが直面する主な問題を解決するように設計されています。しかし、革新はそれだけにとどまりません。建設中のSerenityも、いくつかのより一般的な設計目標を達成するでしょう。
Casperとシャーディング（シャーディング）の導入は多くの新しく複雑なシステムをもたらすので、Ethereum 2.0の主な設計目標の1つは、たとえ効率が多少失われるとしても、ネットワークの複雑さを最小限に抑えることです。
もう1つの主要な設計目標は、ネットワーク内の認証者の数や各トランザクションに参加している認証者の数に関係なく、暗号化と設計技術を使用して多数の認証者が参加できるようにすることです。
3番目の設計目標は、標準的なラップトップを実行し、個々のスライスを処理および検証するシステムを作成することです。
後者の2つの目標は、Ethereumネットワークのセキュリティと分散化を保証することです。なぜあなたはそれを言うのですか？
純粋なレイヤ1拡張機能は、ブロックチェーンの断片化によりグローバルにトランザクションを検証することが不可能になるため（つまり、悪意のある攻撃者を除く）、すべての鉱山労働者が犯罪者にコミットされるため、コストがかかる可能性があります。すべての取引が確認され、すべての鉱山労働者の計算能力がチェーン全体の安全性を保証し、分割とは、ワンピースチェーンの取引がネットワーク全体の認証者の一部によってのみ検証されることを意味します。個人は、チェーンの各部分に割り当てられてトランザクションの検証を担当するので、単一部分のチェーンのセキュリティはチェーン全体のセキュリティよりも低くなり、現在のビットコインとEthereumはグローバルトランザクションを実行できます。検証により、ネットワーク全体のセキュリティが保証されます。
重要な質問は、「分権化とセキュリティを犠牲にすることなく、どのようにしてスケーラビリティを得るのか」ということです。 Ethereumの競争力のあるブロックチェーンプラットフォーム（EOSなど）の多くは、この問題に対処するために集中型のアプローチを選択しています。 Ethereumは別の方法を選び、ネットワークの状態を1024個の並列実行フラグメントチェーンに分割しました。それぞれのチェーンはビーコンチェーンと呼ばれるチェーンによって統一されています。調整します。
ビーコンチェーンは完全なCasper PoSメカニズムを実行し、システム全体にEOSのようなプロキシまたは集中投票権はありません。このようにして、各ノードはネットワーク全体のすべてのトランザクションの一部を処理する責任を負うだけでよく、多くのブロックがトランザクションを並行して処理でき、ネットワーク全体のスループットが直線的に向上します。
Ethereum 2.0仕様は、次の質問に答えようとしています。
トランザクションのグローバルな検証がない場合、ネットワークのセキュリティにはどのような影響がありますか？検証独占の発生を防ぐために、選択された参加者をどのように選択すべきですか。データの可用性と参加への意欲を最大化するために、どのようにインセンティブを設計すべきですか。
何年にもわたる研究、調査、および行われる必要があるトレードオフの理解の後、Ethereumはその合意アルゴリズムとしてPoSの選択を探ります。本文中で説明されている理由から、検証者は報われることが保証されており、検証主体（個人または企業）はCasper PoS契約でも同様に扱われ、認証委員会への参加および報酬/罰金の獲得も同様です。確率
トランザクションのグローバル検証は間接検証に変わります。各セグメントチェーンの各トランザクションは、まずセグメントの認証者によって検証され、セグメントの認証者はチェックポイントを送信します。ビーコンチェーンでは、ビーコンチェーンがEthereum 2.0の各フラグメントチェーンで「コーディネータ」の役割を果たします。
特定の問題とより広い懸念に対処することに加えて、Serenityは将来の潜在的な問題に合わせた2つの長期的な設計目標を持っています。最初の目標は、ほとんどまたは多数のノードが同時にオフラインになっても運用可能なネットワークを設計することです。
2018年のDevcon 4会議で、Ethereum 2.0の研究者Justin Drakeは、Ethereum 2.0チームがどのようにしてEthereum 2.0ネットワークを「第二次世界大戦」で生き残るか、または80％以上のノードに立ち向かうかを説明しました。同時に、オフラインでも生き残った[9]。この目標は、他の極端な状況でも重要です。たとえば、気候変動に関連する1つ以上の主要な災害が数時間以内にほとんどのノードを破壊する可能性があります。あるいは、中国やアメリカのような主要国はEthereumおよび他のブロックチェーンネットワークを禁止し、それらを排除します。ノード
Ethereum 2.0が期待するもう1つの目標は、量子コンピューティングの出現に対処することです。現在、量子コンピュータを発明し、製造する最初の国になることを望んで、米国、中国および他の主要な国および会社の間で技術的な競争があります。問題は、量子コンピュータが現れるのかどうか、しかしいつ現れるのかということです。量子コンピュータが現れるたびに、それらの能力は最も先進的な伝統的コンピュータの指数関数的成長になるでしょう。これにより、既存のネットワークセキュリティ（暗号化テクノロジとブロックチェーンテクノロジのセキュリティを含む）の大部分が比較的防御的になり、ハッカーに対して脆弱になります。
したがって、将来のブロックチェーンネットワークでは、（従来のバイナリコンピューティングの範囲内で）可能なすべてのことを実行して、量子コンピュータを防御することが非常に重要です。 Ethereum GitHubライブラリで述べられているように、Ethereum 2.0の最終的な設計目標は、「量子コンピューティングセキュリティを備えた、または実現可能な場合は容易に量子コンピューティングセキュリティ代替品に置き換えられたすべてのコンポーネントの選択」です。 "[8]
セレニティは何をもたらしますか？
とてもエキサイティングですが、いつEthereum 2.0が実際に使われるのでしょうか。残念なことに、答えはまだです...私たちは知りません！しかし、Devcon 2018によるスピーチの中で、VitalikはSerenityは「私たちから遠く離れてはいない」と述べ、「Ethereum 2.0は...我々が数年間議論してきたさまざまな機能の組み合わせである」と説明した。数年の間、それは数年間活発に造られて、結局結束力のある全体になるでしょう。」[10]
2019年6月30日、Ethereum開発者Danny RyanはEthereum 2.0の最初のフェーズ（ビーコンチェーンフェーズ）の仕様が凍結されたことを発表しました。進行中の正式な検証、ファジーテスト、および監査作業のための安定した目標を提供する、チェーン型マルチクライアントテストネットワーク開発。
先週開催されたEth 2.0 AMAの第2号では、Ethereum 2.0の研究者Carl Beekhuizenが、2020年1月3日には発売フェーズ0（ビーコンチェーン）が目標日であり、正式リリース日ではないと述べた。 「詳細については、以前に発行されたUnitimesの記事「Eth 2.0 AMA Phase II | Vitalik：Ethereum 2.0に未解決の研究課題はありません」に参加してください。
Serenityは現在のEthereumメインチェーンとは独立して開発されており、当初は現在のEthereumメインチェーンと並行して実行されることを私たちは知っています。将来的には、現在のEthereumの古いチェーンが新しいEthereum 2.0のチェーンに統合される予定です。私達はまたEthereum 2.0が4つの段階で進水することを知っている。フェーズ0では、まだスマート契約やDapp開発をサポートしていないBeacon Chain PoSネットワークを立ち上げますが、次の数フェーズの基礎を築く予定です。
フェーズ1では基本的なシャード構造が導入され、ネットワークデータはシャードに分割されますが、ネットワーク状態は現在のEthereumの古いチェーンに保存され続けます。フェーズ2では、完全分割を実装します。これにより、州の執行とスマート契約機能が実装されます。この時点で、Ethereum 2.0には上で説明したすべての重要な機能があります。フェーズ3以降には、反復、改良、その他の技術が含まれます[10]。 Ethereum 2.0のさまざまな段階に関する具体的な情報については、Unitimesの以前の記事「ETH 2.0：The Ethereumの未来」を参照してください。
これらのフェーズが実装されると、Ethereum 2.0は完全に断片化されたブロックチェーン、PoS合意メカニズム、より速い同期確認時間（約8-16秒）、そして "経済的確実性"を持つことが期待されます。 （経済的な決着） "時間（約10-20分）[4]。 Vitalikは、Serenityを「本当の意味でのコンピュータの世界」と見なしています。
この記事のレビューと貴重な提案をしてくれたAidan Hyman、Greg Markou、そしてCayman Navaに感謝します。 Michael Karnjanaprakorn、Darren Langley、William Suberg、Bisade Asolo、Justin Drake、そしてもちろんVitalik Buterinに感謝します。 DigiconomistおよびCryptofactsの編集者およびコンテンツ作成者にも感謝します。