イーサリアムの取引確認速度を向上させる：epoch-slotアーキテクチャの探求

迅速な取引確認時間は、ブロックチェーンユーザーエクスペリエンスの重要な要素の一つです。近年、イーサリアムはこの点で顕著な進展を遂げました。現在、L1上の取引は通常5〜20秒以内に確認され、クレジットカードの支払い体験に匹敵します。しかし、確認時間をさらに短縮することには依然として価値があり、特定のアプリケーションではサブ秒レベルの遅延が必要です。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ソリューションを探ります。

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先行技術の概要

単一スロット最終性

イーサリアム現在採用しているGasperコンセンサス機構は、スロットとエポックの構造に基づいています。12秒ごとに1つのスロットがあり、バリデーターが交代でチェーンの先頭に投票します。2つのエポック（12.8分）を経た後、取引は最終性の状態に達します。

この方法には2つの主な問題があります。1つ目は複雑性が高く、スロットレベルの投票とエポックレベルの最終性の相互作用が間違いやすいことです。2つ目は12.8分の最終確認時間が長すぎることです。

単一スロット最終性（SSF）は、ブロックNがブロックN+1が生成される前に最終確認できるように、既存のアーキテクチャをTendermintに類似したメカニズムで置き換えることを提案しています。SSFは非アクティブ漏洩メカニズムを保持しており、1/3以上のバリデーターがオフラインであってもチェーンが継続して動作できるようにします。

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、これはネットワークに大きな負荷をかけることです。Orbit SSF提案のような緩和策がいくつかありますが、ユーザーは依然として取引の確認をするために5〜20秒待たなければなりません。

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ロールアップ事前確認

イーサリアムは、rollupを中心にしたロードマップを採用し、L1をデータの可用性やその他の機能をサポートする基盤層として設計し、L2プロトコルが使用できるようにしています。この階層化されたアーキテクチャにより、L1は検閲耐性、信頼性、コア機能に集中し、L2はよりユーザーのニーズに近づくことができます。

L2はユーザーにより速い確認速度を提供することを望んでいます。理論的には、L2は自分自身の「分散型オーダーラー」ネットワークを構築でき、少数の検証者が数百ミリ秒ごとにブロックに署名します。しかし、すべてのL2が分散型オーダーリングを実現することを要求するのは、あまり公正ではないようです。

基本事前確認

基礎的な事前確認メカニズムは、イーサリアムの提案者が複雑なMEV参加者であると仮定しています。これにより、彼らの専門性を活用するために、これらの提案者に事前確認サービスを提供するように奨励します。

ユーザーは、取引が次のブロックに含まれることを即座に保証するために追加料金を支払うことができます。提案者が約束を破った場合、罰則が科せられます。このメカニズムは、L1取引にもL1ベースのL2取引にも適用されます。

epoch-slotアーキテクチャの展望

もし私たちが単一スロットの最終性を実現し、各スロットの検証者の数を減らすためにOrbitのような技術を採用し、十分な分散性を維持することができれば、epoch-slotアーキテクチャを得ることができるかもしれません。

• エポック：SSFメカニズムを使用して、16秒ごとに1つのブロックを最終確認します
• slot：ロールアップの事前確認または基盤の事前確認を利用して、より迅速な取引確認を提供します。

このアーキテクチャは、深い哲学的理由を反映しています：近似的な合意を達成する方が、最大限の「経済的最終性」を達成するよりも、少ない時間で済むということです。主な理由には以下が含まれます：

1. ノード数：近似的合意には少数のノードが必要ですが、経済的最終性には大多数のノードの参加が必要です。
2. サイン収集時間：ノードの数が増えるとサイン収集時間が延長されます。
3. ノードの質：専門的なノードのサブセットは、より速く近似合意に達することができます。

したがって、epoch-slotアーキテクチャは避けられないようですが、異なる実装間には顕著な違いがある可能性があります。特に、2つのメカニズム間でより強い関心の分離を実現する設計スペースをさらに探る価値があります。

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L2ポリシーの選択

L2には現在、3つの主要な戦略があります：

1. "エーテル"に基づくソリューション：エーテルの基盤技術と価値観を最適化する。
2. "ブロックチェーン・スキャフォールドを備えたサーバー"：サーバーの効率とブロックチェーンの安全性を組み合わせる。
3. 妥協案：クイックチェーンとイーサリアムが提供する追加の安全性を組み合わせる。

異なるアプリケーションシーンに対して、この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、イーサリアムのネイティブなepoch-slotアーキテクチャがどれほど良いかです。もしslot時間を1秒程度に短縮できれば、3番目の戦略のスペースは大幅に縮小する可能性があります。

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現在、私たちはこれらの問題の最終的な答えからまだ遠く離れています。ブロック提案者の複雑さには依然として不確実性があります。Orbit SSFのような新しい設計は、さらなる探求の機会を提供します。私たちが持つ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体験を提供でき、同時にL2開発者の作業を簡素化することができます。

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