全新突破：イーサリアムコンセンサス層アップグレード方案揭秘

最近終了した2024 Devcon大会はバンコクで開催され、イーサリアムエコシステムの広範な関心を集めました。会議中、複数のプロジェクトが重要な進展を発表し、世界中のWeb3コミュニティに熱烈な議論を引き起こしました。

その中で最も注目を集めているのは、イーサリアム財団の研究者が提案したコンセンサス層のアップグレード提案で、コミュニティでは「イーサリアム3.0」と呼ばれています。この「Beam Chain」という名称の提案は、ゼロ知識証明技術を通じて、検証ノードの計算および通信の負担を軽減し、検証者になるためのハードルを下げることを目的としています。これにより、より多くの検証者がネットワークに参加し、安全性を向上させるだけでなく、計算の冗長性を減少させ、全体的な効率を向上させることができます。同時に、この提案はBeaconチェーン内の遺留技術問題を解決し、将来的に発生する可能性のある量子計算の脅威に備える計画も進めています。

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Beam Chain提案は、イーサリアムの共同創設者が以前に提案したThe VergeロードマップにおけるイーサリアムのSnark化の構想と一致しています。The Vergeロードマップは、コンセンサス層と実行層のゼロ知識証明改造の重要性を強調しています。実行層の改造はLayer 2ソリューションを通じて顕著な進展を遂げていますが、コンセンサス層の改造は依然として課題に直面しており、継続的な最適化が必要です。

Beam Chain提案は、コンセンサス層の改造に焦点を当てており、その核心は状態変換関数のSnark化です。これには、各タイムスロット、各ブロック、および各周期の状態変換関数の改造が含まれます。これらの関数は、コンセンサスアルゴリズムの実行、ブロック提案、実行層の結果検証、マークルツリーのルート検証、コンセンサス署名の検証と集約、ハッシュ計算、そしてステーキング関連の操作などを含みます。注目すべきは、イーサリアムがコンセンサス層のSnark化を進める一方で、去中心化と多様性の原則を堅持しており、特定のゼロ知識証明アルゴリズムやプロトコルの使用を強制しないことです。

Beam Chainの構想を実現するための核心的な課題は、現在数十秒から数百秒かかる証明時間を秒単位に短縮する方法です。そのために、研究者たちは、ゼロ知識証明の全プロセスを加速するために特定用途向け集積回路（ASIC）を使用する提案をしました。目標は、今後数年内に証明生成時間を10倍以上に向上させ、リアルタイムの証明を実現することです。

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複数の研究チームは、GPU、FPGA、ASICなどのハードウェアプラットフォームを利用して、ゼロ知識証明プロセスの加速に取り組んできました。彼らは複数のゼロ知識証明システムで顕著な進展を遂げており、一部のコアアルゴリズムの加速比は100倍以上に達しています。これらの技術的ブレークスルーは、ブロックチェーン分野にとどまらず、AIとゼロ知識証明の結合アプリケーションにも広がっており、大規模言語モデルの検証可能な計算などに利用されています。

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量子コンピュータによる潜在的な脅威に直面して、研究者たちは複数のNIST標準後量子アルゴリズムをサポートする暗号ライブラリを開発しました。コンセンサスプロセスとメモリ読み取りを最適化することで、彼らは量子耐性ブロックチェーンの取引処理能力を元のチェーンの約50%に引き上げることに成功しました。

これらの技術の進歩は、一部の商業ソリューションにおいて活用されており、ゼロ知識証明の計算効率が大幅に向上しています。例えば、あるオープンソースコミュニティは、これらの最適化ソリューションを採用した結果、GPUの計算性能が20％以上向上し、同種のサービスの最高記録を樹立しました。

Beam Chain提案の提出に伴い、イーサリアムコミュニティはコンセンサス層の改造にさらに注目することが予想され、これによりより多くの革新的なアイデアが生まれる可能性があります。コンセンサス層と実行層のSnark化が共同で進行することで、イーサリアムのスケーラビリティと分散化に大きく貢献します。将来的には、ゼロ知識証明技術に基づく仮想マシンがイーサリアムエコシステムにおいて中心的な役割を果たすかもしれません。SNARK証明と後量子暗号を導入し、より低いステーキングのハードルとより迅速なブロック確認時間を組み合わせることで、Beam Chainはイーサリアムにより強力な分散化と高い性能をもたらし、ブロックチェーン技術の前進を推進することが期待されています。

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