Vitalik：イーサリアムの許可不要性と分散化を改善するための近中期的な計画
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Vitalik：イーサリアムの許可不要性と分散化を改善するための近中期的な計画
イーサリアムL1は、超大規模なアプローチを採用するレイヤー2プロジェクトにとって強力なベースレイヤーとなることができ、また当然そうあるべきである。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察翻訳：Dengtong、金色財経
私はケニアで開催されたイーサリアム開発者間の相互運用性に関する最終日に、この記事を執筆しています。我々は今後予定されている重要なイーサリアム改善提案（EIP）の技術的詳細について、実装と課題解決において大きな進展を遂げました。特に注目されるのはPeerDAS、Verkle木への移行、およびEIP 4444の枠組みにおける歴史データの分散化保存方法です。私自身の見解として、イーサリアムの開発スピードは高まり続けており、ノード運営者や（L1およびL2の）ユーザー体験を大きく向上させる大規模かつ重要な機能を提供する能力も着実に強化されています。
イーサリアムクライアントチームが協力してPectra devnetを実装
このような技術的能力の強化を踏まえると、重要な問いが浮かび上がります。すなわち、「我々は正しい方向に向かっているのか？」というものです。長年のGethコア開発者であるPeter Szilagyi氏が最近投稿した不満を示す一連のツイートは、まさにこの問いを考えるきっかけとなりました。
これらの懸念はすべて理にかなっています。これはイーサリアムコミュニティの多くの人々が共有している問題意識でもあります。個人的にも、私も何度もこうした問題について憂慮してきました。しかし、Peter氏のツイートが示唆するほど状況が絶望的だとは思いません。むしろ、多くの問題はすでに進行中のプロトコル機能によって解決されつつあり、他の多くの課題も現行ロードマップに現実的な調整を加えることで対処可能です。
これが実際にはどのような意味を持つのかを理解するために、Peter氏が挙げた3つの例を一つずつ検討していきましょう。これらは多くのコミュニティメンバーが共通して関心を持つ問題であり、それらを解決することは極めて重要です。
MEVとブロッカー依存性
過去、イーサリアムのブロックはマイナーによって作成されていました。彼らは比較的単純なアルゴリズムを使用してブロックを生成していました。ユーザーは取引をパブリックなP2Pネットワーク（通常「mempool」または「txpool」と呼ばれる）に送信します。マイナーはmempoolを監視し、有効な取引を受け入れて手数料を獲得しました。可能な限り多くの取引を含め、容量が足りない場合は手数料が高い順に優先しました。
これは非常にシンプルで、分散化に適したシステムでした。マイナーとして、標準ソフトウェアを実行するだけで、高度に特化したマイニング施設と同等の手数料収入を得ることができたのです。しかし2020年頃から、いわゆる「マイナーが取り出せる価値（MEV）」の活用が始まりました。これはDeFiプロトコル内部での活動を理解した複雑な戦略を通じてのみ得られる収益です。
例えば、Uniswapのような分散型取引所（DEX）を考えてみましょう。時刻Tにおいて、中心化取引所とUniswap上のUSD/ETHレートが3000ドルだとします。T+11で、中心化取引所のレートが3005ドルに上昇しました。しかしイーサリアムではまだ次のブロックが生成されていません。時刻T+12になると、ようやく新しいブロックが生成されます。このブロックを作成した者は、最初の取引として、Uniswap上で3000ドルから3004ドルの範囲で利用可能なすべてのETHを購入する一連の取引を行うことができます。これが追加の収益、すなわちMEVです。DEX以外のアプリケーションでも同様の問題が生じます。2019年に発表された論文『Flash Boys 2.0』がこれを詳細に分析しています。
『Flash Boys 2.0』論文に掲載された図は、上述の手法によって得られる収益額を示しています。
問題は、これによりマイニング（あるいは2022年以降のブロック提案）が「公平」だった理由が崩れてしまった点です。現在では、こうしたMEV抽出アルゴリズムの最適化能力が高い大規模参加者が、各ブロックでより高いリターンを得られるようになったのです。
以来、「MEV最小化」と「MEV隔離」という二つの戦略の間で議論が続いています。MEV最小化には二つの形態があります。(i) UniswapのMEVフリーな代替品（例：Cowswap）の積極的開発、および(ii) 暗号化mempoolのようなプロトコル内技術の構築により、ブロック生成者が利用できる情報を減らし、得られる収益を抑制することです。特に暗号化mempoolは、「サンドイッチ攻撃」などの戦略を防ぐことができ、これはユーザーの取引の前後に自らの取引を挟み込むことで経済的に悪用する行為（＝フロントラン）です。
一方、MEV隔離はMEVの存在を受け入れつつ、そのステーキングの集中化への影響を制限しようとするものです。市場を二種類の参加者に分けます。バリデーターはブロックの検証と提案を担当しますが、ブロック内容の選択はオークションプロトコルを通じて別の参加者に委ねられます。個人のステーキング参加者は、もはやDeFi裁定取引の最適化を自分で考える必要はありません。ただオークションプロトコルに参加し、最高入札を受け入れればよいのです。これを「ブロッカー／ビルド分離（PBS）」と呼びます。この手法は他の業界にも先例があります。レストラン業界がこれほど分散化できている主な理由の一つは、調達など規模の経済が働く業務をかなり集中的なサプライヤーに依存しているためです。これまでのところ、PBSは小型バリデーターと大規模バリデーターの公平な競争環境を確保する上で成功しており、少なくともMEVに関してはその効果が認められています。しかし、新たな問題も引き起こしています。すなわち、どの取引を含めるかという決定権がさらに集中してしまうことです。
私の考えは、MEV最小化は良いものであり、追求すべきだと考えています（私は個人的にCowswapをよく使います！）。ただし、暗号化mempoolには多くの技術的課題があり、MEV最小化だけでは十分ではなく、MEVはゼロあるいはそれに近づくことはないでしょう。そのため、何らかの形でのMEV隔離も必要です。ここから興味深い課題が生まれます。「MEV隔離ボックス」をいかに小さくできるか？ ビルダーに与える力を可能な限り最小限に抑えつつ、裁定取引の最適化や他のMEV収集活動を引き受けてもらうにはどうすればよいか？
もしビルダーが取引を完全にブロックから除外する権限を持っている場合、攻撃が容易になります。例えば、あるDeFiプロトコルで価格が急落する資産を担保にした債務ポジション（CDP）を持っているとします。あなたは担保を追加したり、CDPから脱出したいと考えます。悪意のあるビルダーは、あなたの取引を故意に排除することで、取引を遅らせ、価格が下落して強制清算されるまで待つかもしれません。その場合、あなたは多額の罰金を支払い、ビルダーはその一部を獲得します。では、ビルダーによる取引除外やこうした攻撃をどう防ぐか？
ここで「包含リスト（inclusion lists）」の出番です。
出典：ethresear.ch
包含リストにより、ブロック提案者（つまりステーキング参加者）がブロックに必ず含めるべき取引を選択できます。ビルダーは依然として取引の並べ替えや自らの取引の挿入が可能ですが、提案者の指定した取引は必ず含めなければなりません。最終的には、包含リストは次ブロックを対象とするよう変更されました。いずれにせよ、これによりビルダーが取引を完全に除外する能力が奪われます。
MEVは複雑な問題です。上記の説明ですら多くの重要なニュアンスを省いています。よく言われるように、「あなたがMEVを探していなくても、MEVがあなたを探している」のです。イーサリアム研究者たちは一貫して「隔離ボックスの最小化」という目標に取り組んでおり、ビルダーが取引を除外・遅延させることで特定アプリケーションを攻撃するなど、可能な危害を最小限に抑える努力を続けています。
とはいえ、もっと先に進めると私は考えています。歴史的に、包含リストは「特別機能」として扱われてきました。通常は意識しませんが、悪意あるビルダーが異常行動を始めた場合に備えた「第二の手段」として位置付けられてきたのです。この姿勢は現在のEIP設計にも反映されています。例えば、現行EIPでは包含リストのガス制限は約210万です。しかし、包含リストの捉え方を哲学的に転換することもできます。すなわち、包含リストこそが「真のブロック」であり、ビルダーの役割はMEV収集のために若干の取引を追加する補助的なものとみなすのです。もしビルダーのガス制限が210万ならどうでしょうか？
私はこの方向性のアイデア――つまり隔離ボックスを本当に可能な限り小さく推し進めること――に強く惹かれていますし、支持しています。これは「2021年時代の哲学」からの転換です。当時の考えでは、ビルダーがいる以上、彼らの機能を「過負荷」させて、ERC-4337の料金市場のようにユーザーに複雑なサービスを提供できると考えていました。しかし新たな理念では、ERC-4337の取引検証部分はプロトコルに組み込まれるべきです。幸いなことに、ERC-4337チームもこの方向に熱心になっています。
まとめると、MEVに関する思考はブロック生成者のエンパワーメントへと回帰しており、ユーザー取引の確実な包含を保証する権限を与える方向に進んでいます。アカウント抽象化（Account Abstraction）の提案も、中央集権的なリレーターやバンドラーへの依存を排除する方向にシフトしています。しかし、まだ十分ではないという正当な主張があります。この方向にさらに進むよう圧力をかける動きは、非常に歓迎すべきものです。
流動性ステーキング
今日、単独でステーキングを行う参加者は、全イーサリアムステーキングのうちごくわずかしか占めておらず、大部分はLidoやRocketPoolといった中心化オペレーターやDAOを含む各種プロバイダーによって行われています。
私は独自に調査を行いました。さまざまな世論調査、アンケート、対面インタビューを通じて、「なぜあなた（特にあなた自身）は今日、単独でステーキングしないのか？」という問いを投げかけました。私にとって、強固な単独ステーキングエコシステムの確立は、イーサリアムのステーキングにおける最良の結果です。イーサリアムの素晴らしい点の一つは、単に委任に屈服するのではなく、実際にこうしたエコシステムを支援しようとしていることです。しかし、私たちはまだその理想から遠く離れています。私の調査では一貫した傾向が見られました。
単独ステーキングを行わない人の大多数は、その最大の理由を最低32ETHの要件に挙げています。
他の理由を挙げる人々の中では、バリデーターノードの運用・維持に関わる技術的難易度が最も大きいです。
ETHの即時可用性の喪失、「ホット」秘密鍵のセキュリティリスク、およびDeFiプロトコルへの同時参加能力の喪失も、重大ではありますがやや小さい問題です。
Farcasterの世論調査が示す、単独ステーキングを行わない主な理由。
ステーキング研究は以下の二つの核心的課題に対処する必要があります。
これらの懸念をどう解決するか？
ほとんどの問題には有効な解決策があるものの、それでもなお多くの人が単独ステーキングを望まない場合、プロトコルの安定性と攻撃耐性をどう保つか？
多くの進行中の研究・開発プロジェクトがまさにこれらの課題の解決を目指しています。
Verkle木とEIP-4444により、ステーキングノードは非常に低いハードディスク要件で動作可能になります。また、ノードはほぼ即時に同期でき、セットアッププロセスや実装の切り替えが大幅に簡素化されます。さらに、各ステートアクセスの証明に必要なデータ帯域を削減することで、イーサリアムのライトクライアントの実現可能性も高まります。
より大規模なバリデーター集合（より小さなステーキング最小値を可能にする）を許容しつつ、コンセンサスノードのオーバーヘッドを削減する研究（例：これらの提案）。これらのアイデアは単一スロットでの最終性（single-slot finality）の一部として実装可能です。これにより、同期委員会に依存するのではなく、署名セット全体を検証できるため、ライトクライアントの安全性も向上します。
履歴データが増大する中で、イーサリアムクライアントの継続的な最適化により、バリデーターノードの運用コストと難易度は常に低下しています。
罰則の上限に関する研究は、秘密鍵リスクへの懸念を和らげ、ステーキング参加者がETHをDeFiプロトコルにも同時にステーキングできるようにする可能性があります（希望すれば）。
0x01引き出し資格情報により、ステーキング参加者は引き出し先アドレスをETHアドレスに設定できます。これにより、分散型ステーキングプールがより実現可能になり、中央集権型プールに対して優位性を持てるようになります。
しかし、まだできることがあります。理論上、バリデーターがより迅速に引き出すことが可能になります。Casper FFGは、バリデーター集合が毎回の最終化の際に（つまり各エポックで一度）数パーセント変化しても安全です。つまり、努力すれば期間を大幅に短縮できます。最小預入額を大幅に減らしたいなら、他の方向とのトレードオフという難しい決断も可能です。例えば、最終化時間を4倍にすれば、最小預入額は4倍減少します。単一スロット最終性は、「各ステーキング参加者が各時代に参加する」モデルを完全に超えることで、将来的にこの問題を解決します。
この問題のもう一つの重要な側面は、ステーキングの経済学です。重要な疑問は、「ステーキングを相対的にニッチな活動にしたいのか、それとも誰もが、あるいはほぼすべての人が所有するETHをステーキングすることを望むのか？」ということです。もし全員がステーキングするなら、各自にどのような責任を求めるのか？ もし人々が怠惰のため単に責任を委任してしまうなら、結局は集中化につながるかもしれません。ここには重要かつ深い哲学的問題があります。誤った答えは、イーサリアムを集中化の道へと導き、「余計な手順を経て従来の金融システムを再構築する」ことになるかもしれません。正しい答えは、広範で多様な独立ステーキング参加者と、高度に分散化されたステーキングプールを持つ成功したエコシステムの輝かしい典型となるでしょう。これらの問題はイーサリアムの核心的経済と価値観に深く関わるため、より多様な参加が必要です。
ノードハードウェア要件
イーサリアムの分散化に関する多くの鍵となる問題は、結局のところブロックチェーン10年の歴史を定義してきた一つの問題に帰着します。すなわち、「ノードをどれほど簡単に実行できるようにしたいか、そしてそれをどう実現するか？」という問いです。
現在、ノードの運用は困難です。ほとんどの人はそれをしません。私がこの記事を執筆しているノートパソコンにはrethノードがあり、2.1TBを占めています。これは既に、卓越したソフトウェア工学と最適化の成果です。このノードを保存するために、ノートパソコンに追加で4TBのHDDを購入する必要がありました。私たち全員が、ノードの運用をより簡単にしてほしいと思っています。私の理想世界では、人々がスマートフォン上でノードを実行できるようになることです。
前述の通り、EIP-4444とVerkle木は、この理想に近づけるための二大キーテクノロジーです。両方が実現すれば、ノードのハードウェア要件は最終的に100ギガバイト未満にまで削減され、非ステーキングノードに限り履歴保存義務を完全に撤廃すれば、ゼロに近づく可能性もあります。Type 1 ZK-EVMは、EVM計算を自ら実行する必要をなくし、単に実行が正しいことを証明する証拠を検証するだけで済みます。私の理想世界では、これらすべての技術を重ね合わせ、イーサリアムブラウザ拡張ウォレット（例：MetaMask、Rabby）でさえ、証明の検証、データ可用性サンプリングを行い、チェーンが正しいことを保証する組み込みノードを持つことになります。
上記のビジョンは一般的に「The Verge」と呼ばれています。
これらは、イーサリアムノードのスケールに懸念を持つ人々でさえ、よく知られ理解されていることです。しかし、重要な懸念があります。状態の維持や証明の提供という責任を放棄すれば、それが集中化のベクトルにならないでしょうか？ 彼らが無効なデータで不正を働くことはできなくても、あまりに彼らに依存するのはイーサリアムの原則に反しませんか？
この懸念の近い将来版が、多くの人々がEIP-4444に対して抱く違和感です。通常のイーサリアムノードが古い履歴データを保存しなくてもよくなれば、誰が保存するのでしょうか？ 常見の答えは、十分な数の大規模参加者（例：ブロックエクスプローラー、取引所、Layer 2）がそのデータ保持にインセンティブを持つだろう、というもの。Wayback Machineが保存する100PBと比べれば、イーサリアムチェーンは小さいのです。したがって、履歴が実際に失われるという考えは馬鹿げています。
しかし、この議論は少数の大規模参加者に依存しています。私の信頼モデル分類では、これは「N中1」の仮定ですが、Nが非常に小さいのです。これにはテールリスクがあります。私たちができることは、旧履歴データをピアツーピアネットワークに保存し、各ノードがデータのごく一部だけを保持する仕組みです。このネットワークでも十分な冗長性を確保できます。各データは数千のコピーを持ち、将来は消散符号（erasure coding）を使用してさらに安定性を高められます（実際、履歴データをEIP-4844形式のblobに入れるだけで、消散符号は既に組み込まれています）。
Blob内およびBlob間で消散符号が適用される。イーサリアムの全履歴を超高安定性で保存する最も簡単な方法は、ビーコンブロックと実行ブロックをblobに入れることだろう。画像提供：codex.storage
長らく、この作業は優先度が低く扱われてきました。ポータルネットワークは確かに存在しますが、実際にはイーサリアムの将来における重要性に見合った注目を集めていません。幸いにも、現在、分散ストレージと履歴アクセス性に特化した最小限のポータルバージョンに、より多くのリソースを投入しようという機運が高まっています。この流れを基盤に、EIP-4444の早期実装を共同で推進するとともに、旧履歴データの保存・取得のための強力な分散型P2Pネットワークを整備すべきです。
状態データとZK-EVMについては、この分散的手法はより困難です。効率的なブロックを構築するには、完全な状態データが必要です。この場合、個人的には実用主義的なアプローチを好みます。つまり、「すべてを行うノード」に必要な一定レベルのハードウェア要件を定義・堅持するのです。これは単純な検証ノードの（理想的には常に低下する）コストよりも高いですが、それでも愛好家が負担可能なほど低い水準です。そして「N中1」の仮定に依存しつつ、Nが十分に大きいことを確保します。
ZK-EVMの証明がおそらく最も厄介な部分です。リアルタイムZK-EVMプローバーは、Biniusのような進歩や多次元ガスの最悪ケース境界があっても、アーカイブノードよりも強力なハードウェアを必要とするかもしれません。分散型証明ネットワークの開発に取り組むことができます。各ノードがブロック実行の1％分の証明責任を負い、最終的にブロック生成者が100個の証明をまとめるだけです。証明の集約ツリーがさらに助けになります。しかし、これがうまくいかない場合、もう一つの妥協案として、証明用ハードウェアの要件を高くしても、その「すべてを行うノード」が証明なしでイーサリアムブロックを直接検証し、ネットワークに効果的に参加できるほど十分に速くなるようにすることです。
まとめ
私の見解では、市場メカニズムやゼロ知識証明システムによって中央集権的参加者に誠実な行動を強いることで、2021年時代のイーサリアム思想は、責任を少数の大規模参加者に移譲することに慣れてしまっていました。こうしたシステムは通常、通常時はうまく機能しますが、最悪の場合に壊滅的な障害を引き起こします。
一方で、現在のイーサリアムプロトコルの提案は、このようなモデルから大きく逸脱しており、真の分散ネットワークの必要性をより真剣に受け止めています。ステートレスノード、MEV緩和、単一スロット最終性などの概念は、まさにこの方向性を示しています。一年前には、リレーを通じた半集中型ノードによるデータ可用性サンプリングが真剣に検討されていました。今年には、そうした必要がなくなり、PeerDASが驚くほど強力な進展を見せています。
しかし、私が上で述べた3つの中心的課題をはじめ、他の多くの重要な問題において、この方向にさらに進む余地は大いにあります。Heliosは、イーサリアムに「真のライトクライアント」を提供する上で大きな進歩を遂げました。今や、それをイーサリアムウォレットに標準搭載し、RPCプロバイダーに証明とその結果を提供して検証可能にし、ライトクライアント技術を第2層プロトコルにも拡張する必要があります。イーサリアムがRollup中心のロードマップでスケーリングするなら、L2もL1と同じレベルのセキュリティと分散化保証を受けるべきです。Rollup中心の世界では、他にも真剣に取り組むべき多くの課題があります。分散的かつ効率的なL2間ブリッジもその一例です。多くのdAppがイーサリアムのネイティブログスキャンが遅すぎるため、中央集権プロトコルからログを取得しています。専用の分散型サブプロトコルでこれを改善できます。私がどのようにすべきかの提案の一例です。
「超高速を実現し、分散化は後回し」という市場を狙うブロックチェーンプロジェクトは無数にあります。私は、イーサリアムがその仲間に加わるべきではないと考えます。イーサリアムL1は、超大規模なアプローチを採用するL2プロジェクトの強力な基盤層となるべきであり、分散化とセキュリティの支柱としての役割を果たすべきです。L2中心のアプローチであっても、大量の操作を処理できるだけのL1自体のスケーラビリティが求められます。しかし、イーサリアムをユニークなものにしている特性を深く尊重し、拡張とともにそれらを維持・改善し続けるべきです。
Dankrad Feist氏、Caspar Schwarz-Schilling氏、Francesco氏に迅速なフィードバックとレビューを感謝します。
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