イーサリアムの最終性に関する課題：ビーコンチェーンはまだ活気があるのか？
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イーサリアムの最終性に関する課題：ビーコンチェーンはまだ活気があるのか？
2023年5月11日および12日の出来事は、イーサリアムの発展過程における重要な節目であった。これらは、困難な環境下においても Beacon チェーンの活力が実際に存在することを示す証拠となった。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：Yicheng
編集：TechFlow
はじめに
「ビーコンチェーンが命を持った。」2023年5月11日および12日に、イーサリアムは二度の一時的な最終性喪失という事態に直面し、その回復力が試された。こうした課題に見舞われたにもかかわらず、ネットワークは活動を維持し、両事象から自立的に回復した。ここではこれらの注目すべき出来事を詳しく検証し、影響とその後実施された強化策について考察することで、将来同様の事象を防ぐ手立てを探る。
出来事の概要
2023年5月11日および12日は、イーサリアムの歴史において重要な意味を持つ日となった。この2日間、イーサリアムネットワークの回復力が厳しい試練にさらされたのである。5月11日、UTC約20時19分頃、イーサリアムメインネットでブロック生成速度が著しく低下し、結果として4エポック（epoch）にわたって最終確定が遅延した。これはイーサリアム史上初のことだった。翌日には類似の事象が再発し、今度は9エポックもの遅延を引き起こし、非アクティブ罰則も発動した。
これらの出来事中、ネットワーク参加率は大幅に低下した。最初の低下はエポック200,551で観測され、最終確定はエポック200,555まで一時停止した。2回目の参加率低下はエポック200,750で発生し、最終確定はエポック200,759まで再び中断した。
当初懸念されたものの、イーサリアムネットワークは自ら回復する能力を示し、内なる強靭さを証明した。これらの出来事は、ビーコンチェーンの回復力を確認すると同時に、改善可能な領域も浮き彫りにした。
非アクティブリーク（Inactivity Leak）
最終確定不能状態の間に、イーサリアムネットワークは「非アクティブリーク」と呼ばれる重要なメカニズムを展開した。この機能は、第三次世界大戦や大規模な自然災害など重大な障害により多数のバリデーターがオフラインになり、ブロックの最終確定が妨げられるような場合でもネットワーク機能を維持することを目的とした、イーサリアム2.0のPoSプロトコルに組み込まれている。
ネットワークが連続して4エポック（約16分）以上ブロックを確定できない場合、非アクティブリークモードが作動する。このモード下では、ブロックに対して証明を行わないバリデーターはステークしているETHの一部を失い始める。このペナルティは時間とともに二次関数的に増加し、ブロックの最終確定が回復されるまで続く。
この仕組みには二重の抑止効果がある。まず、証明報酬が受けられなくなる。さらに、非参加のバリデーターには不参加期間に応じて漸増するペナルティが課される。これによりバリデーターは積極的な参加を促され、ネットワークの早期回復が促進される。これは重大な障害下でもネットワークの整合性を保つための基盤的機能である。
影響
ネットワーク参加者（バリデーター）への影響：
Ben Edgingtonによる推定によると、8エポックにわたるリーク中に65%のバリデーターがオフラインだったと仮定した場合、非アクティブリークにより約28ETHが没収された。これは各オフラインバリデーターあたり約0.0006ETHの損失に相当する。
また、中断期間中の証明報酬はゼロとなり、本来支払われるはずだった約50ETHが失われた。合計で、非アクティブ罰則と失われた証明報酬を含むバリデーターの総損失は約78ETHと推定される。
ユーザーへの影響：
一方、一般ユーザーへの影響は極めて小さかった。利用可能なブロック容量の減少により取引処理能力は低下したが、ガス価格は急騰せず、日内最高値よりも低く抑えられた。何より重要なのは、ネットワークがこれらの事象中も常に活動状態を維持していたことだ。
つまり、大きな中断なしに取引処理が継続され、回復力が示されたのである。ユーザーはほぼ平常通りにイーサリアムネットワークを利用でき、困難に直面してもシステムの堅牢性が浮き彫りになった。
原因
Prysmの問題の核心は、ブロックリプレイ用のキャッシュ機構の欠如にある。この不足によりシステム負荷が増大し、過剰なGoルーチンが生成され、CPU負担が高まった。場合によっては前回のリプレイが終了する前に新たなリプレイが始まってしまい、システム負荷がさらに悪化した。
別の要因として、Prysmが過去のエポックからの証明を誤って処理した点がある——本来無視すべきデータが処理されてしまった。このような非効率性に加え、head stateの非最適な使用がシステムに負荷をかけ、特に預入金の急増やバリデーター登録の拡大といった状況下で問題が顕在化した。
これらの出来事は、異なるイーサリアムクライアント間の戦略差異も明らかにした。実行クライアントに問題が生じた際、Lighthouseは証明を破棄してネットワーク活性を維持する方針を採ったが、PrysmやTekuなどは古い証明を使用してブロックを生成する既定の挙動を取った。
挑戦に直面しながらも、こうした出来事はソフトウェアの非効率性、設計選択、ネットワーク状況に関する貴重な洞察を提供した。一連の出来事は永久的な損害をもたらさず、むしろイーサリアムネットワーク設計の回復力と多様性を強化した。
回復
これらの出来事の中で、イーサリアムビーコンチェーンの真の回復力が試され、卓越した成果を上げた。ビーコンチェーンは生命を持ち、自己修復しているように見える。
成功裏の回復の鍵となったのは、イーサリアムネットワークにおけるクライアントの多様性である。複数のクライアントが存在し、それぞれ独自のネットワーク処理方式を持っていることが、救いとなった。たとえば、PrysmとTekuクライアントが古い証明の負荷に苦しんでいる間、Lighthouseの証明破棄戦略はネットワークの一部が活動的かつ正常に動作し続けることを保証した。
本質的に、イーサリアムの回復力はクライアントの多様性に由来しており、これがネットワークの自己回復を助け、人的介入の必要性を排除する上で決定的な役割を果たした。
教訓
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テストネットとメインネットの差異：これらの出来事は、テストネット環境とメインネットとの違いを浮き彫りにした。60万以上のバリデーターと多数の出金操作が存在するメインネットでは、リアルタイムネットワークの複雑さと予測不可能性がテスト環境を大きく上回ることが明らかになった。これは、現実世界のネットワーク状況に対応するため、より厳格なストレステストが必要であることを示唆している。
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非アクティブリーク罰則の有効性：これらの出来事により、メインネット上での非アクティブリーク罰則の有効性が確認された。これらの罰則は、バリデーターの積極的参加を促進し、ネットワークの活性維持と回復に不可欠な役割を果たす。
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アクティビティの重要性：これらの出来事は、ブロックチェーンネットワークにおけるアクティビティの重要性を強調した。LMD Ghostプロトコルの設計のもと、イーサリアムは全体を通してアクティビティを維持し、ユーザーへの影響を最小限に抑えた。問題発生時にダウンタイムに陥る可能性のある他のブロックチェーンとは異なり、イーサリアムはスループットよりもアクティビティを優先する。このアプローチはユーザーとネットワークの稼働を守り、「いかなるスループットがあろうとも、アクティビティがなければネットワーク機能とユーザーセキュリティは損なわれる」という原則を示している。
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クライアント多様性の重要性：回復プロセスは、多様なクライアントを持つことの価値を強調した。異なるイーサリアムクライアントがネットワーク事象に独自に反応することで、ネットワーク全体の回復力と堅牢性が向上する。
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ネットワークの回復力：これらの出来事は、イーサリアムネットワークの回復力に対する強力な証左となった。重大な課題に直面しても、ネットワークは自ら回復し、より強固になった。これは複雑系における「脆さへの抵抗（抗脆性）」の概念を体現している。この回復力は、より広範な暗号資産エコシステムに強力な先例を示し、イーサリアムの基盤アーキテクチャと設計理念の堅牢性を証明している。
2023年5月11日および12日の出来事は、イーサリアムの発展過程における転換点であった。これらは、困難な環境下においてさえもビーコンチェーンが生命を持つという実質的な証拠を提示した。イーサリアムが進化を続ける中、こうした経験を土台として、単に堅牢になるだけでなく、より「抗脆性」を持つようになり、分散化とその先の道を歩み続ける準備ができている。
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Chris | Yicheng
