PeerDASはどのようにイーサリアムのデータ可用性を改善するのか？
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PeerDASはどのようにイーサリアムのデータ可用性を改善するのか？
データの効率的な管理と安全な検証を確実にするため、イーサリアムはDAからDASへ進化し、最終的にPeerDASを導入しました。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：0XNATALIE
最近のイーサリアム開発者会議では、イーサリアムのPectraハードフォークを2段階に分ける提案が議論された。この提案は以前否決されていたが、Verkleツリーへのアップグレードが遅れる可能性があるとの懸念からだった。しかし今回の会議では、Pectraフォークにさらに多くの改善提案（EIP）を追加したいという意向を受け、再びこのアイデアが提唱された。具体的には、ハードフォークを2つのフェーズに分割するというものだ。第1段階では現行のPectra Devnet 3上にあるすべてのEIPを含み、第2段階のフォークではEOF（EVMオブジェクトフォーマット）やPeerDASといった機能を導入する予定である。PeerDASの理解を深めるために、まずデータ可用性（Data Availability）という基本概念から説明しよう。
DA：ノードがチェーン上のデータを取得できるように確保
データ可用性（Data Availability, DA）とは、ブロック提案者が公開したブロックおよびその中に含まれるすべてのトランザクションデータについて、ネットワーク参加者全員が効果的にアクセス・取得できることを保証することを指す。データ可用性はブロックチェーンのセキュリティにおいて極めて重要な要素であり、たとえブロックが正当であっても、データが利用可能でなければ他のノードはその内容を検証できず、合意形成の問題やネットワーク攻撃につながる可能性がある。例えば、攻撃者がブロックの一部のデータだけを公開することで、他のノードによる検証を妨害することが可能になる。
新しいブロックがブロードキャストされると、すべての参加ノードはそのデータをダウンロードし、検証を行う。このような方式はネットワーク規模が小さいうちは有効だが、ブロックチェーンが成長するにつれてデータ量は膨大になり、各ノードのストレージ負担も増加し、ハードウェア要件が高まる。スマートフォンやPCなどのモバイル端末のような軽量ノード（ライトノード）でもブロック検証に参加できるようにするために、ブロックチェーンではシャーディング技術が導入されている。
シャーディング技術とは、ブロックチェーンネットワーク全体を複数の小さな「シャード」に分割するもので、各シャードは自らのデータのみを処理すればよく、全体のデータを処理する必要がない。そのため、個々のノードは自身の属するシャードのデータだけを扱えばよい。しかし、各シャードが一部のデータしか処理しないということは、他のシャードのノードが完全なデータに直接アクセスできないことを意味する。それならば、シャード内のデータが実際に利用可能であり、他のノードがその正当性を検証できるようにするにはどうすればよいのか？たとえば、あるシャードのノードが新しく生成されたブロックを公開しても、そのデータの一部しか公開しない場合がある。他のノードがブロックの全データを取得できなければ、そのブロックが真正かつ合法かどうかを検証することはできない。
DAS：部分的なデータで全体の可用性を検証
シャードにおけるデータ可用性の課題に対応するため、データ可用性サンプリング（Data Availability Sampling, DAS）技術が提案された。その核心的な考え方は、サンプリングによってブロックのデータ可用性を検証するもので、各ノードがブロックの全データを保存またはダウンロードする必要がない点にある。
データ可用性サンプリングにより、ノードはブロック中のデータの一部をランダムに取得するだけで、その可用性を検証できる。これらのランダムに選ばれたデータ断片を正常に取得・検証できれば、ブロック全体のデータが利用可能であると推測できるのだ。
このようなサンプリング検証を実現するために、ブロックデータには通常RS符号化（Reed-Solomon Encoding）が用いられる。この符号化方式は、一部のデータが失われても、残りのデータから元のデータを復元できるようにする。そのため、ノードがブロックデータの一部しかダウンロードしていなくても、ブロック全体のデータが有効であることを推定・確認できる。DASはサンプリング検証によって各ノードが処理すべきデータ量を削減し、軽量ノードでもブロック検証に参加できるようにする。
CelestiaなどのDA層は、まさにこうした技術を活用している。主にRS符号化＋有効性証明（validity proof）＋DASの組み合わせによる。
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RS符号化（Reed-Solomon Encoding）：この符号化方式により、一部のデータ断片しか受信しなかったノードでも、元のデータブロック全体を再構成できる。エラー訂正コードに似ており、一定の耐障害性を持つ。データの一部が欠落していても、残りの部分から完全なデータを再構築できる。
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有効性証明（Validity Proof）：ゼロ知識証明を用いて、データの符号化および伝送プロセス中に誤りがないことを保証する。検証に成功すれば、データ全体を正確に復号できることになる。
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DAS（データ可用性サンプリング）：軽量ノードが、ブロック中のRS符号化されたデータ断片をランダムにサンプリングし、それらの可用性を検証することで、データブロック全体が利用可能であると推測する。
PeerDAS：ノード間協働によるデータ検証
PeerDASはDASの具体的な実装の一つであり、ピア・トゥ・ピアネットワーク（peer-to-peer network）を通じてデータ可用性サンプリングを行う。ピア・トゥ・ピアネットワークは多数のノードから構成され、ノード同士が直接通信を行う。従来のDASでは各ノードが独立してデータのサンプリング検証を行うが、PeerDASはこれを最適化し、ノード間でブロックデータの共有および検証を協働して行うことで、検証効率をさらに高める。ノードは孤立しておらず、検証タスクや結果を共有でき、他ノードが既に検証済みのデータを参照できる。これにより、各ノードはすべての検証作業を単独で担う必要がなくなり、共同でタスクを分担することで負荷をさらに低減できる。また、協働検証によりデータ改ざんの難易度も上昇し、攻撃者が複数の検証ノードを同時に影響下に置かなければ、データの改ざんに成功しない。
現在、最新のイーサリアムにおけるPeerDASに関する会議によると、イーサリアムクライアントLighthouseチームはすでにDASブランチをメインブランチにマージしており、PeerDASとの互換性を確保するためのテストを進めている。ブランチとは通常、新機能や改良の開発・テストのために作られる独立したコードバージョンであり、メインブランチへのマージは、その機能や改良が開発完了し、安定していると判断されたことを意味する。つまり、これがコアコードに統合される段階に入ったことを示している。
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