イーサリアムのマージ後、DVT分散型検証技術は極めて重要である
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イーサリアムのマージ後、DVT分散型検証技術は極めて重要である
イーサリアムのロードマップによると、分散型検証技術（DVT）は、マージ後の次の重要な要素となる。Messariの最新レポートによれば、DVTはバリデータのセキュリティを向上させることができ、イーサリアムネットワークの主要な発展の一つとなる可能性がある。
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2022年9月15日、イーサリアムブロックチェーンは7年ぶりに最も重要な「マージ」を完了した。これはPoWからプルーフ・オブ・ステーク（PoS）コンセンサスメカニズムへの移行を意味する。エネルギー消費の削減や参入障壁の低下に加え、人々はPoSコンセンサスがネットワーク支配の集中化を広げる可能性を懸念している。なぜなら、PoSでは大量のステークを持つ者に投票権が偏重するためだ。このため、マージ完了後、開発者は開発・テストに参加し、潜在的なネットワーク障害を最小限に抑え、非中央集権性を高め、ネットワークを拡張する必要がある。
イーサリアムロードマップによれば、分散型検証技術（DVT）はマージ後の次の鍵となる技術である。Messariの最新レポートによると、DVTは検証者の安全性を向上させ、イーサリアムネットワークの主要な発展の一つとなる可能性がある。
DVTとは何か？
分散型検証技術（Distributed Validator Technology、略称DVT）は、コンセンサス投票におけるマルチシグ（多重署名）のようなもので、イーサリアムPoS検証者が複数のノードまたはマシン上で動作することを可能にする。これにより、検証者は複数のノードで投票でき、イーサリアムの検証操作を分散化することがこの技術の核心目的である。この技術はもともとイーサリアム財団メンバーの研究論文に登場し、当初はSSVと呼ばれていた。3-of-4設定（下記参照）を通じて、DVTは個人、グループ、コミュニティのノードが単一の検証者を共同構成することを可能にする。DVTは検証者にフォールトトレランス層を追加することで耐障害性を高め、検証中に特定のノードが故障しても検証器が引き続き動作できるため、単一障害点、二重署名ペナルティ、フォークペナルティのリスクを排除できる。
関連概念
コンセンサス（Consensus）：単一検証者の役割が複数の共同検証者に分配され、メッセージの署名には共同検証者が投票で合意する必要がある。
M-of-N 閾値署名：検証者の秘密鍵がN分割され、各検証者が1/Nを保持する。M個の検証者が署名に合意すれば、署名が完成する。
動作原理
DVTは4つの主要要素から構成される：分散型鍵生成（DKG）、BLS署名のシャミア鍵共有、安全なマルチパーティ計算（MPC）、およびDVT BFTコンセンサス層。
分散型鍵生成（DKG）：すべての参加者が共謀して暗号化された秘密鍵を生成・分配する。これにより、単一主体による秘密鍵の完全支配を防ぐ。
シャミアの秘密鍵共有：秘密鍵が分割され、異なる参加者に配布される。秘密鍵を再構築するには、あらかじめ定義された閾値（例：4つ中3つ）が必要となる。
マルチパーティ計算（MPC）：MPCはDVTにおいて最も重要な要素である。計算を分散することで、運営者は自身の秘密鍵共有を使ってメッセージに署名したり計算を実行したりできるが、いかなる単一デバイス上でも完全な秘密鍵を再構築する必要はない。MPCにより、運営者は異なるマシン上で分散的かつ安全に鍵の生成・再構築を調整できる。
合意形成：フォールトトレランスは、Beaconノード間の合意アルゴリズムと閾値署名スキームによって達成される。ETH検証器がBeaconノードに接続すると、合意が成立する。
上図のように、まずDVT運営者が共有公開鍵と秘密鍵を生成するプロセスを計算する。次に、分割された秘密鍵を異なる参加者に共有し、同時にその鍵の断片を運営者に配布する。その後、運営者がMPCを通じて検証ノードをランダムに選択（他のノードと情報を共有する）し、参加検証者が事前に定義された閾値認証を通過することで合意が成立する。
なぜDVTが必要なのか？
DVTはマージ後に生じる多くの問題を解決するために存在する。特に中心化は対処すべき核心的脅威である。さらに、プロトコルルールの影響により、検証者の資産損失やイーサリアムエコシステムの安定性低下も早急に解決すべき課題である。
中心化リスク
イーサリアムのルールでは、32ETH未満しか持たないユーザーは検証者を運用できない。このようなユーザーにとって、ステーキングサービスが唯一の解決策となり、多くの暗号資産が中央集権取引所に集中する結果となる。最大のステーキングプロバイダーLido Financeは400万以上のイーサリアムを預かっており、ステーキング資産総量の32%を占める。大量の暗号資産が取引所に集中すると、ハッキング攻撃、不当な検閲、技術的ミスがイーサリアムエコシステムを脅かし、集中化リスクを高める。
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単一障害点（Single Point of Failure）
秘密鍵は独立した検証者にとって極めて重要であり、紛失や忘れてしまった場合、資産にアクセスできなくなる。マージ後、PoSのプロトコルルールにより冗長性が禁止され、各検証者は一台の検証器しか署名できない。つまり、ノードのダウンやハッキングなどの問題が発生した場合、フォールトトレランスのない単一ノード検証器は検証者の資産に直接損害を与え、イーサリアム全体の安定性にも悪影響を及ぼす。
二重署名ペナルティ
検証者が同じ鍵で複数回署名した場合、ネットワーク障害やクラウド障害でオフラインになると、ユーザーは一部のステーキング額を失う。
フォークペナルティ
PoS体制下では、検証器が接続するBeaconノードに障害が発生するとフォークが発生する。このような状況では、検証者が影響を受け「オフライン」と見なされても、依然としてペナルティが科される。
集中化と中央集権化はブロックチェーンの目的に反し、セキュリティ脅威や資産ペナルティは否定的な影響をもたらす。こうした困難を解決するために、分散型検証器技術（DVT）が登場した。
DVTにはどのような発展可能性があるのか？
イーサリアムの非中央集権性、安全性、運用効率の向上に寄与するDVTは、業界関係者から大きな期待が寄せられている。
利点
DVTはノードクラスタとして動作する検証器であり、弾力性が高くリスクが小さいため、ステーキングの安定性を高められる。
大規模検証者にとって、DVTは高可用性を保ち、インフラコストを削減できる：冗長性の改善とスラッシングリスクの低減により、より少ない検証者で多数のノードを運営可能になり、ハードウェアコストを削減できる。また、クライアント設定やアドレスを複数ノードで稼働させることで、特定アドレスやクライアントの障害リスクを低減できる。
小規模検証者にとって、DVTは大規模検証者と同等の保護レベルを提供できる：DVTを使用することで、小規模検証者も大規模検証者並みの効率を得られる。また、ノード運用に必要なETH要件を下げることで、コミュニティステーキングプールや家庭用検証器を利用した検証が可能になる。
流動性ステーキングプロトコルにとって、DVTは効率向上・リスク低減・運営者参加を促進できる：ネットワーク内に冗長性を提供することで、特定の運営者に依存しなくなり、オフライン停止のリスクが軽減される。また、運営者が異なるクラスタを組織することで、ステーキングプロトコルのパフォーマンスが向上する。
ユースケース
非中央集権型ステーキングプールへの応用：DVTを活用することで、ステーキングプールは非中央集権モデルに移行でき、ダウンタイムを減らしてペナルティやスラッシングを抑制できる。
ステーキングインフラプロバイダー：DVTにより、インフラサプライヤーはアクティブ・アクティブクラスタ冗長を実現し、展開と設定の柔軟性を高められる。従来、個人・機関のステーキング需要に対応するため、インフラサプライヤーはアクティブ・パッシブ構成での冗長ソリューションを提供していた。現在では、アクティブ・アクティブ冗長により、冗長システムが常に稼働するようになり、検証器を複数マシンに分散させてフォールトトレランスを構築できる。
独立検証者の設定：DVTにより、検証器は複数ノードに署名権を分散させ、アクティブ・アクティブクラスタ冗長を実現できる。これにより、ダウンや二重署名などによる署名失敗やペナルティリスクを最小限に抑えられる。
関連プロジェクト
DVT提唱以来、Obol NetworkおよびSSV NetworkはいずれもDVTに基づくプロジェクトを開発している。
1. Obol Network
Obol NetworkはDVTを有効化するプラグインクライアント「Charon」をリリースし、フォールトトレラントな分散方式で動作可能にした。DVT技術を調整し、Obolはアクティブ・パッシブシステムの欠点を解決するため、アクティブ・アクティブ冗長を導入した。検証器は単一マシンではなく複数マシンで稼働し、部分的ノード障害にも耐えるフォールトトレランスを実現する。複数のCharonクライアントが通信・合意することで、単一の統一検証者のように動作する。このプロセスで、Charonは信標チェーン標準をサポートする任意のHTTP APIクライアントとの互換性を持ち、既存のリモート署名インフラを維持できるため、検証者にとって採用が容易である。
今後の方向性として、Obol Labsは引き続きDVTに注力し、応用暗号学および暗号経済学への応用を推進していく。
2. SSV Network
SSV Networkは非中央集権型ステーキング向けネットワークインフラ層をリリースしており、SSVモデルでは、各検証者が運営者ネットワークから4つのノードを選んでマルチシグ投票を行う必要がある。SSV Networkは2つのレイヤーから構成される：SSVピアツーピア（P2P）ネットワーク層と、ネットワークガバナンスのためのイーサリアムコントラクト層。前者は主にスマートコントラクトから運営者リストと検証者ステーク分配を読み取り、検証器を操作する。後者はDVT運営者のランキングと評価に基づき、運営者の追加・作成・資産割当を行う。
現在、SSV NetworkはDVTを活用する複数のプロジェクトを支援しており、今後も非中央集権型イーサリアムステーキングインフラを基盤とするアプリケーション構築のブロックを提供し続ける予定である。
結論
ユーザーにとって、DVTはステーキングのさまざまな課題を解決し、一般ユーザーの参入障壁を下げてくれる。開発者にとっても同様に大きなメリットがある。DVTにより、機関や独立検証者はプロトコルの安全性と柔軟性を享受でき、デュアルアクティブ冗長構成を実現し、多様な要因に基づいて運用の多様化が可能になる。まもなく近い将来、DVTがステーキングを強化し、補完的な検証ノード構成と協働を実現して、真に非中央集権化されたイーサリアムを実現できるだろう。
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