イーサリアム取引確認時間の最適化：より迅速なユーザーエクスペリエンスの探求

ブロックチェーンのユーザー体験の鍵の一つは、取引確認速度です。近年、イーサリアムはこの点で顕著な進展を遂げました。現在、L1上の取引は通常5〜20秒以内に確認され、基本的にクレジットカード決済と同等です。しかし、ユーザー体験をさらに向上させることには依然として価値があり、特定のアプリケーションではミリ秒単位の応答時間が求められることもあります。本稿では、イーサリアムが取引確認速度を向上させるためのいくつかの実行可能なソリューションについて議論します。

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先行技術の概要

シングルスロット最終性

イーサリアム現在採用しているGasperコンセンサスメカニズムは、スロットとエポック構造に基づいています。12秒ごとに1つのスロットがあり、一部のバリデーターがチェーンヘッドに投票します。32スロット（6.4分）経過後、すべてのバリデーターが1回投票する機会があります。これらの投票は、PBFTコンセンサスアルゴリズムのメッセージとして解釈され、2エポック（12.8分）後に強い経済的保証を伴う最終性を提供します。

この方法には2つの主要な問題があります：複雑性が高く、12.8分の最終確認時間が長すぎることです。単スロット最終性（SSF）は、既存のアーキテクチャを置き換えるために、クラスTendermintのメカニズムを使用しており、ブロックNがブロックN+1が生成される前に最終的に確定します。SSFは「非アクティブ漏洩」メカニズムを保持しており、1/3を超える検証者がオフラインであってもチェーンが引き続き動作し、復元できることを許可します。

SSFの主な課題は、すべてのステーキング者が12秒ごとに2つのメッセージを発信することを要求することで、ネットワークの負荷が大きいことです。最近提案されたOrbit SSFのような緩和策はありますが、ユーザーは依然として取引の確認に5〜20秒待たなければなりません。

ロールアップ事前確認

イーサリアムは近年、rollupを中心とした開発路線を採用し、L1はデータ可用性などの基本機能を提供し、L2プロトコルが使用します。これにより、注目の分離が生じました：L1は検閲耐性、信頼性、およびコア機能の改善に集中し、L2はより直接的にユーザーのニーズに応えています。

理論的には、分散型オーダーリングネットワークを作成することはL2の責任です。少数のバリデーターが数百ミリ秒ごとにブロックに署名し、資産を担保としてステークします。これらのL2ブロックのヘッダーファイルは最終的にL1に公開されます。

しかし、すべてのL2に分散型の順序付けを実装させることはあまり合理的ではないように思えます。これはまるで新しいL1を作成するようなものです。そのため、すべてのL2（さらにはL1）が共有する事前確認メカニズムの考え方、すなわち基盤事前確認が提案されました。

基本事前確認

基礎的な事前確認は、イーサリアムの提案者の複雑さを利用し、事前確認サービスを提供する責任を負うように彼らを奨励します。ユーザーは、トランザクションが次のブロックに含まれるという即時の保証を得るために追加料金を支払うことができます。提案者が約束を違反した場合、罰則が科されます。

このメカニズムはL1取引だけでなく、"イーサリアム"ベースのロールアップにも適用され、すべてのL2ブロックは本質的にL1取引であるため、同様のプリコンファームサービスを享受できます。

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今後の展望

単一スロットの最終性を実現し、Orbitのような技術を使用して各スロットの署名検証者の数を減らし、スロットの長さを16秒に増やすと仮定します。ロールアップの事前確認または基本事前確認と組み合わせることで、ユーザーにより速い確認体験を提供できます。このアーキテクチャは「エポック-スロット」構造と呼ばれます。

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この構造の出現には深い理由があります：ある事について大まかな合意に達するのに必要な時間は、通常、最大限の「経済的最終性」に達するのに必要な時間よりも短いです。影響要因には、参加するノードの数とノードの「質」が含まれます。

L2にとって、現在利用可能な3つの戦略があります：

1. 技術と理念において完全に「イーサリアム」に「基づいて」おり、「ブランドシャーディング」またはより大胆な技術革新を行うことができます。
2. "ブロックチェーンの足場を持つサーバー"として、STARKの有効性証明などの技術を組み合わせ、サーバーの効率を保ちながらオンチェーンの主な利点を得る。
3. 妥協案：約100のノードで構成される高速チェーンを設立し、エーテルの追加の相互運用性とセキュリティを提供します。

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異なるアプリケーションシナリオに対して、12秒のブロック時間は十分かもしれません。より迅速な確認が必要なアプリケーションに対しては、「エポック-スロット」アーキテクチャが唯一の解決策のようです。鍵は、このアーキテクチャをどの程度最適化できるかにあります。特に、スロット時間を1秒に短縮できるなら、第三の戦略の魅力は大きく減少するでしょう。

現在、私たちはこれらの問題の最終的な答えからまだ距離があります。ブロック提案者の複雑さには依然として大きな不確実性があります。Orbit SSFのような新しい設計は、さらに探求するための機会を提供します。我々が持つ選択肢が多ければ多いほど、L1およびL2ユーザーにより良いサービスを提供でき、同時にL2開発者の作業を簡素化できます。

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