JustinのETHフォームコンセンサスレイヤーの新しい提案Beam Chainをスピーディに読む

によって書かれた ティア, Techubニュース

昨日のタイのDevconのMainstageでは、ETH研究者のJustin Drakeが講演形式でBeam Chain提案を初めて発表しました。Beam ChainはJustinによるETHの共識レイヤーの再設計提案であり、Beacon Chainのさらなるアップグレードを目指し、ETHの最終ビジョンに一歩近づくものです。この記事では、Beam Chain提案の改善目標と関連する技術実装について概説します。

共识層の再設計にもかかわらず、Beam Chainは引き続きETH坊トークンを使用し、新しいトークンを発行することはなく、新しいネットワークを発行することもありません。

なぜBeam Chainを提案するのか？

ETH坊には3つのレベルがあります：実行レベル、blob データレイヤー、および共有層。実行レベルはETH坊の取引処理およびスマートコントラクトの実行を担当し、アプリケーションの状態とロジックを直接管理します。blob データレイヤーは大量のデータを格納し、アプリケーションの長期データストレージに関連します。これら2つのレベルは直接アプリケーションと対話するレベルであり、いかなる変更もこれらのレベルの互換性に直接影響を与えます。

コンセンサスレイヤーは、ネットワーク全体のノード間のデータのコンセンサスを確保するのが主な役割であり、アプリケーションの状態やデータを直接処理しません。この間接性により、革新やアップグレードをより容易に導入でき、アプリケーションに直接的な影響を与えることはありません。したがって、Beam Chainプロポーザルのようなコンセンサスレイヤーの改善は、互換性を損なうことなくイノベーションの余地を提供することができます。

さらに、Beacon Chain は5年前の設計であり、非常に古くなっています。 5年間の経過を経て、市場はBeacon Chainのいくつかの誤りについて十分な認識を持つようになり、MEVに対する理解もさらに深まりました。ちょうどSNARK技術も突破したため、ETHネットワークの共識層に一連の修復を行っています。

Beam Chainが目指すもの

ターゲットは3つの部分に分けることができます：ブロック生産、ステーク、暗号化。

ブロック生産の目標は三つあり、主に MEV に関連しています：一つは inclusion list などを使用して検閲耐性を高める計画です；二つは Attester Proposer Seperation を採用し、バリデータをブロック生産から分離するためのオークションなどの手段を取ることです；三つはより高速なスロットを実現し、スロット時間を 4 秒に短縮することです。

ステーク部分の目標は現在の発行曲線を改善し、ステークのしきい値を32 ETHから1 ETHに引き下げ、高速な最終性のシングルスロットファイナリティを実現することです。

暗号学の目標は、zkVMなどを使用してチェーンをsnarkificationすること、ETHブロックの暗号を数十年または数百年にわたり維持し、MinRoot VDFなどを使用して強力なランダム性を維持することです。

これらの目標の実現方法について、Justin はこれらの目標を2つのカテゴリに分けました。緑色の部分は、フォークの形式で段階的に達成され、赤色の部分は一括で同時に達成されるべきです。

snarkifacation（zk-SNARKsを使用してデータや計算を証明する技術）の例を取ると、リアルタイムの証明を実現するには、ハッシュ関数、署名方式、シリアライゼーション、Merkle化などの構造的な調整がシステム内で必要です。署名方式は高速に生成および検証可能でなければならず、シリアライゼーションは複雑なデータ構造をノード間で転送および保存できるようにし、シリアライゼーション後のデータをMerkle Treeで処理し、データの検証可能な形式と状態の効率的な検証を実現します。

ZK系ビームチェーン

過去には、ETH坊コンセンサスはPOWからPOSに変更されましたが、Beam Chainのメカニズムでは、コンセンサスはさらに進化し、完全なZK化（snarkをコンセンサス層全体に適用する）が行われます。

チェーンのスナーキフィケーション

強調すべきは、snarkifiedされた部分はステートトランジションにのみ存在するということですが、一部の基本的な計算（トランザクションやステートトランジションの前に行われるコンセンサスメカニズムによる論理計算）、ネットワーク層（ノード間の通信とデータ転送）、キャッシュ管理、パフォーマンス最適化はZKの影響を受けません。

Beam Chainの実装コード（たとえばGoまたはRustで書かれたBeam Chainのコアロジックとコンセンサスアルゴリズムコード）は、コードをzkVMが理解できる形式に変換する必要があります。 Beam Chainの実装コードがzkVMのコード形式にコンパイルされると、zkVMはこれらのコードを実行し、ブロックチェーンの外部入力を読み取り、状態遷移の合法性を検証し、ゼロ知識証明を生成できます。

zkVMは、特定の形式のコードを理解してゼロ知識証明の検証を行うことができる仮想マシンの環境です。コードをzkVMで実行可能な形式に変換するプロセスには、高水準言語（例：GoやRust）を低レベルの中間形式（例：RISC-V命令セット）に変換し、zkVMで実行するというものが含まれることがあります。

現在、RISC-VはzkVMの業界標準となっています。現在、7つの企業がRisc-v zkVMを提供しています。

認証スナーク化

SNARKのもう一つの部分は集約可能な署名で、これは複数のバリデーターとアテスターの署名を圧縮し、多数の署名を単一の検証可能な証明に集約するプロセスです。

私たちはポスト量子集約署名のセキュリティ（量子攻撃に耐える能力）を望んでおり、そのためにはハッシュ関数が使用されることが予想されます。ハッシュ関数はポスト量子セキュリティレベルを持ち、暗号システムの基本コンポーネントまたは基本モジュールとして使用することができます。hash-based snarksを使用すると、数千の署名を1つの証明に圧縮することができます。これがポスト量子集約署名です。また、このポスト量子集約署名は無限に再帰的であり、複数の集約署名をさらに集約することで、より高い圧縮効率を実現することができます。これは従来のBLS署名集約に比べて大幅な改善です。

ここ数ヶ月、snark 化のハッシュ函数技術は大幅に向上し、ノートパソコンで迅速に証明を生成し、秒間約200万回のハッシュ操作を完了できるようになりました。この性能向上により、後方量子安全な集約署名スキームが実用的になり、効率的で量子耐性のある暗号化が可能になりました。

さらに、snark化されたBeam Chainは、元々複雑だった検証、ストレージ、計算プロセスを圧縮することにより、libp2p、ssz、pyspec、protocolguildなどの基盤設備を含め、Beacon Chainに直接使用できなかった一連の機能を実現することができました。

タイムラインの計画

時間軸の計画では、Justinは2025年に仕様を策定し、2026年に構築し、2027年にテストする予定です。現在、2つのチームがBeam Chainコンセンサスクライアントを開発する意思があります。1つはインドのZeam Lambdaで、もう1つは南米に拠点を置くLambdaです。