2024年にカンクンに遭遇：イーサリアムの次のアップグレード、コスト削減と効率向上、Layer2に好影響
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2024年にカンクンに遭遇：イーサリアムの次のアップグレード、コスト削減と効率向上、Layer2に好影響
今回のアップグレードは、イーサリアムの更なるスケーラビリティを実現する上で鍵となるものであり、イーサリアムネットワークが1秒間に処理できるトランザクション数を増加させる。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：ブルー
イーサリアム「カンクンアップグレード」に新たな進展：2023年12月8日、イーサリアム財団の176回ミーティングで開発者たちは合意し、順調に進めば2024年初頭にGoerliフォークの日程を決定し、2024年1月にGoerli Dencunテストネットをアクティベートすることを目指す。
また、イーサリアム「カンクンアップグレード」が最終的に完了する具体的な時期について、業界関係者が現在のプロトコル開発進捗やテスト完了状況をもとに推測したところ、2024年3月～4月頃に正式にアップグレードが実現できる見込みだ。
イーサリアム「カンクンアップグレード」の意義は、「Shapellaアップグレード」に劣らないものである。なぜなら今回のアップグレードは、イーサリアムのさらなるスケーラビリティを実現する鍵であり、ネットワークが1秒間に処理できる取引量を増加させるとともに、データストレージおよび検索能力の新たな段階への発展を開始するからだ。
暗号資産を持つブロックチェーンユーザーにとって、イーサリアム「カンクンアップグレード」による最も直接的な変化は以下の通り：イーサリアムLayer2ネットワーク上での取引に必要なガス代が大幅に低下し、最大で14倍の削減となる可能性がある。
imTokenは現在、イーサリアム上のすべてのLayer2ネットワークおよびEVM互換チェーンをサポートしている。「カンクンアップグレード」完了後、暗号資産保有者はimTokenを通じてよりコストパフォーマンスが高く、ガス代が安価なイーサリアムLayer2ネットワークでの資産取引を体験できるようになる。さらに、imTokenはOPおよびPolygonに対応しており、Swap機能を使用することで比較的低いネットワーク手数料を享受できる。
ブロックチェーン開発者の方々へ：イーサリアム「カンクンアップグレード」が2024年に正式に実施された後、Goerliテストネットは使用されなくなるため、開発者は早めにSepoliaテストネットへの移行を検討すべきである。
imTokenはすでに全面的にSepoliaテストネットをサポートしており、「ウォーターフォール」入口からSepoliaテストネット用テスト資産の取得も可能だ。
「カンクンアップグレード」とは
カンクンはメキシコの有名な観光都市であり、かつてDevcon 3が開催された場所でもある。イーサリアムのアップグレードは地名にちなんで命名される慣習があり、この名称はイーサリアムの実行レイヤーに対するアップグレードであることを示している。
今回の「カンクンアップグレード」と同時に実施されるコンセンサスレイヤーのアップグレードコードネームはDenebであり、よってイーサリアムの実行層とプロトコル層の完全版アップグレードの正式名称は「Dencunアップグレード」と決定された。DencunはCancun（カンクン）＋Denebの合成語である。
以下は「カンクンアップグレード」における注目すべき改善プロトコル（略称EIP）の一覧である。
01「カンクンアップグレード」の主役：EIP-4844 イーサリアムシャーディングのプロトタイプ
▶ 改善目標：イーサリアムのスケーラビリティ（拡張性）を解決し、第2層（Layer2）Rollupsソリューションの取引コストを下げ、Rollupsのスピード向上を支援する。
▶ 改善背景：イーサリアム第1層メインネット（Layer1）の手数料は常に高止まりしており、全体の操作費用を下げるための改善が急務である。
現在、イーサリアムのスケーリングソリューションの主流は第2層のRollupsである。
実際には、Rollupsソリューションはユーザーの多くの操作費用（以下、Gas Fee）を節約している。例えば代表プロジェクトOptimismでは、通常のGas Feeはわずか0.001gweiであり、イーサリアム第1層メインネットの通常料金よりもはるかに安い。ZK Rollupsソリューションはさらに優れたデータ圧縮性能を持ち、署名データを含む必要がないため費用がさらに低く、イーサリアム第1層メインネットの1%まで削減できる場合もある。
しかし、より広範なユーザーにとっては、Rollupsソリューションを経てもなお、Gas Feeは依然として比較的高い負担となっている。また、イーサリアムの並列取引処理効率もまだ低く、1秒間に処理できる取引量は高々2桁程度にとどまっており、これらの問題を解決するための新たな改善策が求められている。
シャーディング（Sharding）は上記の問題を解決する強力な手段だが、現時点のイーサリアムではまだ実装できない。そこでEIP-4844という改善案が適切なタイミングで提案された。これは上記のニーズと将来のシャーディングアップグレードの実施の間にある妥協点であり、今後のイーサリアムにおける完全なデータシャーディングの技術基盤を築くものである。
そのため、EIP-4844はかつて「Proto-danksharding（シャーディングの原型）」とも呼ばれていた。「dank」という言葉は、イーサリアム研究者のDankrad Feist氏の名前に由来しており、彼自身も「EIP-4844はRollupsの加速器になるだろう」と述べている。
現在、EIP-4844の技術的改善内容をより直感的に示すために、EIP-4844のタイトルは統一して「Shard Blob Transactions」、つまり「シャードBlobトランザクション」と表現されている。
▶ 改善内容（完了済みの技術的改善）：
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Blobトランザクションの導入：BlobとはBinary Large Objectの略称。Blobトランザクションは、将来のシャーディングで使用される新しい種類のトランザクションである。
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将来的な完全なシャーディング実装に必要なすべての実行レイヤーのロジックを導入。
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将来的な完全なシャーディング実装に必要なすべての実行レイヤーおよびコンセンサスレイヤーのクロスバリデーションロジックを導入。
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ビーコンブロック検証（イーサリアム第2層データ）とBlobデータ可用性サンプリングとの階層化を実現。
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ビーコンブロックにおいて、将来的な完全なシャーディング実装に必要な大部分のロジックを導入。
△ 完全シャーディングの構想図 （Vitalik Buterin作）
画像出典：foresightnews
▶ 注意事項：Blobは当初、イーサリアム第2層のデータを運ぶために設計された。一方で、このBlobデータベクトルはイーサリアムコンセンサスレイヤーのノードによって保存されるため、実行レイヤーのイーサリアム仮想マシン（EVM）からは読み取り不可能である。まさにこのデータ分離により、イーサリアム第2層Rollupsソリューションの費用が削減される。
また、Blobのデータは18日後に削除される。
本改善案がメインネットに与える負荷を軽減するため、将来的な完全シャーディング実装と比べて、EIP-4844では各ビーコンブロックに追加されるストレージ容量に上限を設けている。データ量は最大約0.5MB（約4個のBlob）に制限されているが、この上限は将来引き上げられる予定である。
△ データ更新日：2023/12/11
△ データ元：I2fees.info、2023/12/8集計
02「カンクンアップグレード」で確定実施される改善案一覧：
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EIP-4844
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EIP-1153
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EIP-6780
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EIP-4788
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EIP-5656
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EIP-7516
前述の注目を集めるEIP-4844に加え、2023年12月8日時点で「カンクンアップグレード」で確定実施される改善案には以下が含まれる：
▶ EIP-1153「Transient Storage Opcodes」：一時的ストレージオペコードの追加。一時的ストレージはブロック内通信を解決するためのソリューションである。
一時的ストレージは既存の操作のセマンティクスを変更せず、各トランザクション後にデータは破棄され、サーバーディスクにアクセスせず、使用後もストレージスロットをクリアする必要がなく、クライアントは元のデータをロードする必要もない。
したがって、一時的ストレージを使用してブロック間通信を解決する利点は、ガス代が低く、将来のイーサリアムデータストレージ設計においても一時的ストレージによる操作費用の払い戻しを考慮する必要がない点にある。ただし、EIP-1153は既存のスマートコントラクトにおける一時的データストレージ用途には適用できない。
▶ EIP-6780「SELFDESTRUCT only in same transaction」：SELFDESTRUCTオペコードの機能変更、将来のイーサリアムにおけるVerkle Tree構造（通称「ヴォークルツリー」）導入に備える。
現在、イーサリアムはMerkle Tree構造（通称「メルクルツリー」）を採用しており、SELFDESTRUCTオペコードを使用するとアカウント状態を大きく変更できる。例えば、コードやストレージの削除が可能である。しかし、将来イーサリアムがVerkle Tree構造を採用した場合、アカウントを簡単に修正または削除できなくなる。なぜならVerkle Tree構造では各アカウントが異なるアカウントキーに保存され、それらのキーはルートアカウントに接続されないためである。
そのため、EIP-6780はSELFDESTRUCTオペコードの機能変更を提案している。EIP-6780によれば、変更後のSELFDESTRUCTオペコードはアカウントの変更・削除機能を失い、ETHの送信のみに使用される。ただし、スマートコントラクトによって作成された同一トランザクション内でSELFDESTRUCTが呼び出される場合は例外となる。
△ イーサリアムカンクンアップグレード関連改善案のクライアント実装進捗（2023/12/8時点）
画像出典：github@Cancun Network Upgrade Specification
▶ EIP-4788「Beacon block root in the EVM」：イーサリアム仮想マシン（EVM）内でビーコンチェーンブロックルートを公開。ビーコンチェーンブロックルートは、任意のコンセンサス状態を証明するための暗号蓄積器（Accumulators）である。
EVM内でビーコンチェーンブロックルートを公開することで、イーサリアムコンセンサスレイヤーへの最小限の信頼アクセスが可能になる。これはユースケース開発を支援する改善であり、Staking Poolsやスマートコントラクトブリッジなどの信頼前提（Trust Assumptions）を強化できる。
▶ EIP-5656「MCOPY - Memory copying instruction」：メモリ領域をコピーするための効率的なEVM命令を提供。メモリコピーは基本操作であり、計算量の多いさまざまな操作に有用だが、将来EVMに実装された場合には操作費用が発生する。
EIP-5656が導入する命令は以前存在しなかった新命令であり、リリース済みのスマートコントラクトがこの新命令を使用する場合は互換性に注意が必要で、操作の調整が必要となる可能性がある。
▶ EIP-7516「BLOBBASEFEE opcode」：BLOBBASEFEEオペコードの導入。このオペコードはEIP-3198プロトコルに関連するBASEFEEオペコードと同じものだが、BLOBBASEFEEは今回のカンクンアップグレードのEIP-4844プロトコルに基づき、Blobの基本料金を返す。
「カンクンアップグレード」のスケジュールが正式に決定された当初（2023年4〜5月頃）に話題になったが、「カンクンアップグレード」に追加される可能性があった実行レイヤープロトコルEIP-2537（BLS12-381曲線操作のプリコンパイル）、EIP-5920（新しいオペコードPAYの導入）は、2023年12月8日時点でなおアップグレードスケジュールに含まれていない。
△ クライアント統合テスト進捗、Devnet-12がアクティブ化（2023/12/8時点）
画像出典：github@Cancun Network Upgrade Specification
03「カンクンアップグレード」と同時に実施されるイーサリアムコンセンサスレイヤー「Denebアップグレード」で確定実施される改善案：
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EIP-7400
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EIP-7045
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EIP-7514
▶ EIP-7400「Perpetually Valid Signed Voluntary Exits」：永久に有効な署名付き自発的退出を実現。この技術プロトコルは、現在Capellaコンセンサスレイヤー上で検証者の退出署名ドメインをロックし、「カンクンアップグレード」後も永久的に有効にするもので、イーサリアム上でのステーキング操作の複雑さを低減することを目的としている。
▶ EIP-7045「Increase max attestation inclusion slot」：最大アテンション包含スロットの拡大。この技術プロトコルは、現在のLMD-GHOSTのセキュリティ分析およびルール確認に不可欠である。現在、チェーン上の検証者は32のスロットを使って証明のブロードキャストができるが、EIP-7045実装後は最大64スロットまで拡大される。
▶ EIP-7514「Add Max Epoch Churn Limit」：Max Epoch Churn制限の追加。この技術プロトコルの目的は、ETHステーキング総量の増加に伴う外部的マイナス影響を緩和することである。EIP-7514は暫定的な解決策であり、今後この問題に特化した専門的な技術ソリューションが登場する予定である。
ETHステーキング総量の増加とともに、無制限な多数の検証者はノイズデータの増加を招き、イーサリアムコンセンサスレイヤーのデータ負荷もますます大きくなる。EIP-7514の技術改善案はこの問題に対処し、Max Churn制限を8に設定することを提案している。これにより、セットに追加されるアクティブ検証者の数が減少し、セットの無限増大も抑制される。
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