イーサリアム2.0とは一体何を意味するのか？
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イーサリアム2.0とは一体何を意味するのか？
イーサリアム2.0は、「ブロックチェーンの不可能三角」を解決するために、主に以下の3つの技術を採用している。それは、シャーディング技術、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）、および新しい仮想マシンである。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察Ethereum 2.0
Ethereum 2.0は多くのメディアで頻繁に言及されており、イーサリアムの未来を象徴している。
他のどのブロックチェーンも、イーサリアムほど多くの困難を経験してきたものはない。大多数のトークンやスマートコントラクトの発祥地として、イーサリアムは開発者やプロジェクトチームにとって計り知れない魅力を持っている。しかし、イーサリアムはまだ完全な形態には至っておらず、「Serenity（静寂）」という段階を越えなければならない。
実際、「Serenity」当初はハードフォークによって実行される予定だったが、想定以上に複雑であったため、現在では長期的な計画に基づき段階的に移行する方針となっている。
なぜETH 2.0が必要なのか？
Chromatic Capitalによると、イーサリアムは1秒間にわずか15件のトランザクションしか処理できず、複雑なアプリケーションのスケーリングには大きなコストがかかる。一方、Visaは1秒間に数千件の取引を処理できる。この「遅さ」の理由は、イーサリアムが非中央集権性を維持しようとしているためである。
設計上、スーパーノード、つまり「十分に強力なサーバーを持つ合意ノード」によってすべてのトランザクションを処理する方法がある。この解決策は簡潔であり、イーサリアム自体は現状を維持したまま、クライアントプロセスを頻繁に並列処理すればよい。
しかし、イーサリアムの開発チームはこの案を拒否した。主な理由は、それにより非中央集権性と検閲耐性が犠牲になるからである。ブロックチェーンには「不可能三角」と呼ばれる問題があり、非中央集権性、拡張性、安全性の3つは互いにトレードオフの関係にある。イーサリアムはIOTAなど「第二世代ブロックチェーン」プロジェクトの基盤となっており、これらは三難問題の解決を謳っている。三難問題へのほとんどの解決策、その中でもEthereum 2.0を含む多くの試みは、マイニングに代わる別の合意メカニズムの導入を目指している。
そのため、Ethereumの旧来の設計（ヘッドライン：PoWマイニング）は、ある意味で失敗作と見なされている。Chromatic Capitalの見解では、Ethereum 2.0は「ゼロからイチへと至るパラダイムを採用したまったく異なるプロジェクトであり、まるでブロックチェーンがチェーンを支配するかのようだ」と述べている。Ethereum 2.0は単なるアップグレードではなく、ブロックチェーンそのものを再構築するものである。その目的は、非中央集権性を損なうことなく、より安全で数千件のトランザクションを処理可能なスケーラビリティを持ち、プログラミング機能を高めることにある。
Ethereum 2.0は「不可能三角」問題をどう解決するのか？
Ethereum 2.0は主に以下の3つの技術によって、ブロックチェーンの「不可能三角」問題を解決する：シャーディング、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）、そして新しい仮想マシンである。
シャーディングとは、データベースを複数のサーバーに分割する技術であり、すなわちデータベースを異なるパーティションに分けることである。コンピュータのディスクにCドライブやDドライブといった複数のパーティションがあるように、同じディスク上に共存する。これにより、ブロックチェーンは複数の部分に分割されながらも整合性を保つことができる。「シャード」のセキュリティは、元のブロックチェーン全体と同等の安全性を持つ。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）とは、マイナーに代わって、一定量のETHを持つノード（Staker）がブロック生成を行う方式である。これにより電力消費が削減され、トランザクションの最終確定が迅速になり、検証者の非中央集権化もさらに促進される。長年にわたり、イーサリアムの開発者は、トランザクションを迅速に確定させ、Stakerが取引ルールに従うよう拘束する合意メカニズムを研究してきた。PoSへの移行後、イーサリアムは数秒以内にトランザクションの最終性を確立でき、二重支払い攻撃も防止できる。
新しい仮想マシンは、開発者が独自の実行環境を作成することを可能にする。これにより、BTCやZcashなどの他のブロックチェーンのルールを実行できるようになる。したがって、Ethereumはさまざまなブロックチェーンの汎用的基盤となることが可能になる。
この3つの技術は相乗効果を持ち、現在までに完全なシャーディング機能を持つブロックチェーンは存在せず、PoSも多くの人々から疑問視されている。イーサリアムは先駆者的精神を発揮し、ブロックチェーン発展におけるいくつかの主要な課題を解決することで、「不可能三角」のトレードオフを排除し、中心的な障壁を取り払うフレームワークを構築しようとしている。
フェーズ0：ビーコンチェーン
Ethereum 2.0の中核はビーコンチェーンである。ビーコンチェーンは当初、最大64本のシャードチェーンを調整する役割を担う。Chromatic Capitalは、ビーコンチェーンをEthereum 2.0ネットワーク全体の「指揮統制センター」と表現している。
ビーコンチェーンは「Caspar Proof of Stake」プロトコルを管理する。検証人およびそのステーキング状況を記録し、ブロック検証人をランダムに選出し、それぞれにシャードチェーンをランダムに割り当てる。また、不正な検証人に対して制裁を科す合意ルールを採用しており、各シャード間の接続ハブとしても機能する。
プルーフ・オブ・ステークによる投票とは、Ethereum 2.0の検証人が自分のトークンを使って「証明書（attestations）」に投票することを指す。あるシャードチェーンのブロックが十分な証明書を収集すると、そのブロックはビーコンチェーン上で「クロスリンク（cross-link）」を受け取る。この瞬間から、ブロックは最終確定となり、取り消すことができなくなる。これにより、シャードチェーン上のブロックはビーコンチェーン（すなわちメインチェーン）と同等のセキュリティを持つようになる。
報酬として、検証人はETH2――ビーコンチェーン上のネイティブ通貨――を得る。長期的には、ETH2がETHを置き換え、発行上限のない形でブロックの長期的な安全性を確保する。
ビーコンチェーンは2020年第2四半期または第3四半期に立ち上がる予定であり、これはフェーズ0の開始となる。この時点で、ユーザーは信标クライアントを実行し、自分のether（ETH1）をビーコンチェーンに送信してETH2に変換できる。この変換は一方向のみ可能であり、ETH1は実際に破壊される。
もしフェーズ0が成功すれば、eth1とeth2という2つのイーサリアムが存在することになる。しかしユーザーにとっては、まだシャードチェーンが接続されていないため、eth2には実質的な意味がない。それはまだ肉体を持たない骨組みにすぎない。
フェーズ1：シャードチェーン
2021年頃から、最初のシャードチェーンが運用開始される予定である。これらのシャードチェーンは当初、生データの形で情報を保存するだけのものとなる。特定の合意ルールに基づいてデータを処理したり、ユーザーのアドレス残高を表示したりすることはできず、シャードチェーンのアーキテクチャのテストやデータストレージに利用され、dappのスケーリングを支援する。
フェーズ1の焦点はビーコンチェーンにある：ビーコンチェーンがクロスリンクを通じてシャードチェーンの状態を参照し、最終状態を確定させる。ビーコンチェーンを1本のブロックチェーンと捉えれば、その周囲に位置する（まだ機能を持たない）シャードチェーンが継続的に相互作用していると考えられる。
この段階で、イーサリアムは新たなプルーフ・オブ・ステークシステムを構築・運用し、各種データチェーンの制御センターとしてビーコンチェーンを設置するという巨大な挑戦に直面する。
この段階でも、eth1チェーンとeth2チェーンは並行して動作し続ける。フェーズ2以降から、イーサリアムは少しずつ面白くなっていく。
フェーズ2：ビジョンの実現
ロードマップによれば、「ETH2の真のビジョンを実現する」フェーズにおいて、シャードチェーンがトランザクションの処理を開始し、ETH2ネットワークは本格的なアプリケーションの実行をサポートする。その後の段階では、スマートコントラクトがシャードチェーン上で活性化される。新しい実行環境が形成され、シャードチェーンはビットコイン、Zcash、ETH1などのチェーンのルールを独自に有効化できるようになる。
Chromatic Capitalは次のように説明している：
「ETH1がビットコインから脱却してオンチェーンスマートコントラクトを実現したように、ETHはETH1から脱却し、ブロックチェーン計算の本質を再定義する。」
フェーズ2ではすべてのチェーンの機能が統合される。以前は純粋にデータストレージに使われていたシャードチェーンが、構造チェーンへと変貌し、スマートコントラクトの状態と合意プロセスをつなぐ役割を果たす。開発者は1つのシャード上に独自のDAppを構築でき、イーサリアムはビーコンチェーンによって制御されるマルチチェーンシステムへと転換する。
フェーズ2は2021年末から2022年初頭にかけて実現される予定である。ロードマップによれば、フェーズ2の多くの要素、例えば実行環境の概念については、「現在も深く研究・開発中」である。
フェーズ3〜6
計画では、Ethereum 2.0は6つのフェーズに分けてリリースされる。しかし、ロードマップによれば、第3フェーズ以降は「あらゆる予測は推測に過ぎず、計画は変更される可能性が高い」とされている。第3フェーズでは、ETH1が事実上消滅するかもしれない。ただし、ETH1が本当に終了し、ETH2がそれを完全に置き換える場合でも、すべてのetherとユーザーは段階的にeth1からeth2へ移行することになるが、現時点では不透明である。
EthereumのGitHub Wikiでは、まだ不確定な4つのフェーズについて以下のように記述している：
フェーズ3：ライトクライアント状態プロトコル
クライアントが極めて簡素化され、個々のノードが保持するEthereumの状態サイズが縮小されるが、状態そのものが完全に削除されるわけではない。
フェーズ4：チェーン間でのトランザクション送信
これはシャードチェーン間でのトランザクション送信の方法である。
フェーズ5：メインチェーンとのセキュリティ緊密結合
フェーズ6：指数的シャーディング
シャードの中にさらにシャードが含まれ、単一のシャードチェーンが将来のシャードのビーコンチェーンとなる。
各フェーズの詳細な情報はまだ公開されておらず、今後概要論文やオンラインディスカッションを通じて明らかになるだろう。ETH2の具体的な姿はまだ明確に定義されておらず、保守的に見ても「Serenity」の完了には4〜5年を要すると見積もられている。
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