イーサリアムのスケーリング新時代：zk-SNARKs技術が毎秒1万件の取引を実現する手助け

イーサリアムは創世ブロック10周年を迎えようとしており、長年の探索を経て、そのスケーリングロードマップが新たな章を開こうとしています。最近、ETH価格の上昇が市場の信頼を高めましたが、本当に心躍るのは、イーサリアムL1が高度な非中央集権を維持しながら大規模なスケーリングを実現するための実行可能な道をついに見つけたことです。

今後数年間、イーサリアムのGas上限とTPSは毎年数倍に向上する見込みです。バリデーターはもはや各取引を繰り返し実行する必要はなく、1つのzk-SNARKsを検証するだけで、このバッチの取引が正しく実行されたことを確認できます。これにより、基盤ネットワークのTPSは毎秒数万件に向上します。同時に、L2も同期して拡張し、数十万件さらには数百万件のTPSを実現します。「ネイティブRollup」と呼ばれる新しいタイプのL2は、プログラム可能なシャーディングのように動作し、L1と同じセキュリティを提供します。

これらの提案はまだ正式にイーサリアムのガバナンスプロセスの承認を得ていませんが、イーサリアムの創設者が2017年から探求してきた考えに基づいており、コア研究者の強力な支持を得ています。

今年7月のEthCC大会で、イーサリアム財団のコア研究者は次のように述べました："我々はイーサリアムのスケーリングの重要な転換点にいます。私は、まもなくL1のGigaGas時代に突入するという確信を持っています——約1万TPS、そしてこの時代を切り開く鍵はzkEVMとリアルタイム証明です。"

彼の最終目標は、10年以内にイーサリアムエコシステムが1000万TPSを実現できるようにすることです。これは、将来的には「ネットワークの中のネットワーク」アーキテクチャになることを意味します：異なるL2がそれぞれ異なるシナリオ、トレードオフ、利点を担い、共同でエコシステム全体を拡張して世界のニーズを満たすことが求められます。

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イーサリアムL1拡張が直面する課題

他のブロックチェーンがすでにより強力なハードウェアと計算能力を使用してスループットを拡大しようと試みているにもかかわらず、イーサリアムは去中心化に対してほぼ執着した姿勢を維持しています。最も熱心なETH支持者の観点から見ると、一部の高スループットチェーンには数百万ドルの集中化リスクが存在し、政府がこれらのノードに対して直接的な取引審査を行う可能性があります。ハードウェア要件が比較的低いチェーンであっても、そのコストと帯域幅の要件が去中心化の程度に影響を与える可能性があります。

比較すると、イーサリアムはラズベリーパイでも動作することができ、この低い障壁の設計により15,000以上の公開ノードと数百万の検証者がネットワークに参加しています。そのため、イーサリアム上の取引を検閲することはほぼ不可能であり、全体のネットワークは攻撃に対して非常に強い抵抗力を持っています。もちろん、その代償は速度が非常に遅いことです——現在のTPSは約毎秒18-20件の取引に過ぎません。

ある意味で、ブロックチェーンのアーキテクチャ自体に効率のボトルネックが存在します。状態が変更されるたびに、ネットワーク全体のすべてのノードが全体の状態を再検証する必要があり、これがスケーラビリティを深刻に制限しています。

正に分散型を維持する前提でメインネットの拡張スペースが限られているため、イーサリアムは2020年にL2レイヤー拡張の道を歩まざるを得なかった。

ゼロ知識証明技術のブレークスルー

zk-SNARKs技術は、ブロックチェーンの不可能な三角を解決する鍵と見なされています。それは、取引の詳細を漏らすことなく、数学的に大量の複雑な取引が正しく実行されたことを証明することができます。

生成zk-SNARKsのプロセスは非常に複雑ですが、証明が正しいかどうかを検証するのは非常に迅速で軽量です。したがって、イーサリアムの未来の構想は、検証者がすべての取引を繰り返し実行することなく、極めて小さなzk-SNARKsを確認するだけで済むようにすることです。

これは、将来的に零知识证明の計算量が7ドルの低スペックのラズベリーパイでも十分に処理できるほど小さくなることを意味し、大型データセンターは全く必要ないということです。

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zkEVM:1万TPSへのロードマップ

最近、来年のうちにL1メインネットがzk-SNARKs駆動のイーサリアム仮想マシン(zkEVM)を統合する可能性があるというニュースが伝えられています。特に注目すべきは、多くのzk-SNARKs技術の実用化の探索が、実際にはL2ネットワークから始まっているということです。例えば、特定のL2ネットワークは100%EVM互換のZK Rollupパブリックチェーンであり、イーサリアム上で動作するアプリケーションは、これらのL2上でシームレスに動作することができます。

zk-SNARKs技術はブロックチェーンの不可能な三角形に対する答えを提供します: L1のGas上限を大幅に引き上げることができ、計算量の拡張は検証をより複雑にすることはありません。zk-SNARKsの生成遅延とコストが継続的に低下することで、より高いスループットを処理できるようになり、同時に検証のハードウェア要件を極めて低く保つことができます。

しかし、コミュニティは過度に楽観的になる必要はありません。たとえ来年のうちにzkEVMがL1に成功裏に統合されても、初日から1万TPSを直接実現することはないでしょう。

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徐々に進化するアップグレードルート

イーサリアムには現在、ネットワークを運営するための5つの主要なソフトウェアクライアントがあります。今後のアップグレードの計画では、イーサリアムはまずZK検証をサポートする改良版クライアントを2〜3つリリースする予定で、検証者は各トランザクションを再実行することなく、零知识证明をチェックすることで検証を完了できるようになります。

最初、少数のバリデーターが新しいバリデーションモードに早期に切り替え、潜在的な問題を早期に特定し修正します。零知识证明を採用したEVMへの切り替えは段階的なプロセスになります。

ユーザーは主にL1のガス上限の引き上げを段階的に感じることになる、つまりネットワークの経済活動能力が強化されるということだ。L1からZK検証への移行には時間がかかるが、ガス上限の拡張はほぼ弦に矢がある状態だ。

最近、L1のガス上限が22%引き上げられ、4500万に達しました。研究者たちは、クライアントが年に3回自動的にガス上限を引き上げる提案をしました。この計画に従えば、4年後にはイーサリアムのメインネットで約2000 TPSを実現できるでしょう。

研究者たちはさらに、このペースを2年延長し、2031年までに1ギガガスのスループットに達し、約1万TPSを実現することを提案しています。

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