まとめ
まとめ
モジュール式ブロックチェーンが次のサイクルでインフラストラクチャの新しい物語になることは間違いありませんが、これはモノリシックなブロックチェーンが置き換えられることを意味するものではありません。それどころか、モジュラーブロックチェーンの開発は、単一ブロックチェーンの進化と進歩を促進するための重要な後押しとなるでしょう。この 2 つは相互に補完し合い、10 億ユーザーを擁する次の Web3 エコシステムを主導し、サポートします。
モジュラーブロックチェーンの正確な定義と比較して、トランザクションとブロックデータを通じてモジュラーブロックチェーンの実行層、データ可用性層、コンセンサス層、決済層を感じて理解することは、より直観的な理解を生み出します。
実行層は、単一ブロックチェーントランザクションとコンピューティングアウトソーシングの拡大における実質的な先駆者として機能します。データ可用性層は、ブロックチェーンデータストレージのコストを削減し効率を高めるだけでなく、コンセンサス層の保証の下でデータ検証後の可用性も実現します。コンセンサス層は、分散化の力を再利用して、新しい分散化された構築フレームワークを作成することに取り組んでいます。決済層の中核は、口座資産と取引フローのマッチングを最適化および改善し、両者間の正しい相関関係を実現することです。
モノリシックブロックチェーンの定義、開発、メリットとデメリット、解決策
ビットコインの誕生は、人々がブロックチェーン技術の概念とプルーフ・オブ・ワークのコンセンサス・メカニズムを認識する分散型電子マネー・システムの到来を示しました。その後、世界的なコンピューターおよびスマート コントラクト プラットフォームとしてのイーサリアムの出現により、その強力なプログラマビリティにより、金融、ソーシャル ネットワーキング、ゲームの分野で幅広い将来性が示されました。ブロックチェーンは、10 年以上の開発における人気と技術の蓄積という点では初期段階にありますが、その可能性が依然として巨大かつ無限であることは疑いの余地がありません。
通常の状況では、私たちが現在接触しているパブリック チェーンは、総称してモノリシック ブロックチェーンと呼ぶことができます。各トランザクションをキャリアとして使用し、合法的かつ有効なトランザクション記録をブロックを通じて保存し、特定のコンセンサスメカニズムを通じて、分散型でトラストレスで改ざん不可能な分散型台帳ネットワークを実現します。
単一のブロックチェーンの特徴は、ウォレット、アプリケーション、ミドルウェア、インフラに至るまでの完全なエコシステムを独立して構築でき、各関係者間の緊密な関係を維持できることですが、エコシステムの発展と繁栄に伴い、次のような問題も抱えています。トランザクションの輻輳、トランザクション コストの上昇、ネットワーク参加の高いしきい値、ネットワーク全体の状態を維持するコストの増加などです。大量の同時使用が発生すると、モノリシック ブロックチェーンは高価になり、トランザクション スループットの制限により使用が困難になることが多く、ユーザー エクスペリエンスが大幅に低下します。さらに、ブロックチェーンが成長し続けるにつれて、ネットワーク全体の状態は爆発的に増加し、ネットワークを維持するための閾値が上昇するだけでなく、コストも増加し続けるでしょう。単一のブロックチェーンに存在する問題を解決するために、業界関係者は長年にわたり、容量拡張と状態の枝刈りに関する広範な調査と探索を実施してきました。ステートチャネル、サイドチェーン、ロールアップ、ライトノード、フラグメンテーション、モジュール化
およびその他のテクノロジー。これらのテクノロジーの研究開発により、ブロックチェーンテクノロジースタックが継続的に最適化され、ブロックチェーンテクノロジーの人気が高まります。
モジュラーブロックチェーンの定義と製品:
本質的に、モジュラーブロックチェーンは、集約と結合の概念を通じてブロックチェーンの階層構造を再定義して分割し、異なるモジュールに分割することです。これらのモジュールは互いに独立しており、要件に応じて変更および拡張したり、相互に組み合わせたりすることができます。この結合されたモジュール式ブロックチェーンは、あらゆる側面でパフォーマンスを向上させるだけでなく、多様なアプリケーション シナリオにも対応できます。以前は、単一のブロックチェーンのアーキテクチャの観点から考えて、結果を次のように分割していました。
分散型アプリケーションを実行するアプリケーション層は、分散型アプリケーションのスマート コントラクト ロジックの実行層、トランザクションの有効性、トランザクションの順序、ブロック構成を処理するコンセンサス層、トランザクションとブロックのデータ層を維持および保存する責任を負います。 、ピアツーピアを行うブロードキャスト通信のネットワーク層。ユーザーによって送信されたトランザクションは、第 1 層ネットワークと直接対話するのではなく、収集とバッチ処理のために第 2 層ネットワークのシーケンサーに転送されることがわかります。シーケンサーは、処理された複数のトランザクションの生データを圧縮します。バッチ処理して第 1 層ネットワークに送信すると同時に、バッチ処理されたトランザクションをソートし、ユーザーとネットワークの状態遷移を計算して、状態の結果を決済のために第 1 層ネットワークに送信します。
2 層ネットワークのシーケンサーはトランザクションを収集してバッチ処理します (実行層)
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第 2 層ネットワークはトランザクションを圧縮して処理し、第 1 層ネットワーク (データ可用性層) に送信します。
決済トランザクションについては、Arbitrum のブロック ブラウザでは 1 対 1 の結合がうまく機能しません。ここでは、Arbitrum の公式 Web サイト上のイーサリアム公式 Web サイトに展開されているスマート コントラクトから直接開始し、それに関与する決済関連機能を分析します。遅延受信トレイ コントラクト: 決済に不一致がある場合に呼び出される L1 FundedContractTransaction を送信します。決済に不一致がない場合は、送信トレイ コントラクトの updateSendRoot を呼び出します。関連する契約アドレスについては、https://developer.arbitrum.io/useful-addresses を参照してください。
これで、実行層、データ可用性層、コンセンサス層、決済層のそれぞれの機能と役割を明確かつ直感的に理解できるようになりました。実行層は、生のトランザクション データの圧縮や状態遷移の計算など、シーケンサーによるトランザクションのバッチ処理です。決済層は、状態遷移の最終性を確認する責任があります。データ可用性レイヤーは、実行レイヤーによって収集された圧縮されたトランザクション データを保存および維持するネットワークのレイヤーです。コンセンサス層に関して保証されるのは、データの可用性と決済の点で実行層が依存するセキュリティです。
上から下への定義によれば、モジュール型ブロックチェーンの階層構造は次のようになります。
決済層には、楽観的詐欺証明やゼロ知識証明など、さまざまな実行層でのトランザクション有効性証明の設計が含まれるため、これについては今のところこれ以上理解することはしません。以下では、モジュラーブロックチェーンの実行層、データ可用性層、コンセンサス層の 3 つのモジュールを、開発の背景、解決される問題、現在の開発と課題に焦点を当てて直接理解します。
エグゼクティブレベルの製品とプロジェクト
実際にエグゼクティブ層の製品を思いつく前に、イーサリアムキラーという言葉をよく耳にします。これは、トランザクション スループット、トランザクション速度、トランザクション コストに関するブロックチェーン ユーザーのパフォーマンス要件と、イーサリアムが提供する現状との間に明らかな不一致があることを示しています。このため、多くの新しいパブリックチェーンは、単一のブロックチェーン自体のトランザクション構造、ブロック設計、コンセンサスメカニズム、ネットワークブロードキャストメカニズムから探索と研究を試み、大規模なトランザクションスループット、高速化を達成するために新しい高性能パブリックチェーンを構築しようとしています。取引速度と安価な取引コスト。同時に、イーサリアムの生態学では、さまざまなテクノロジーと製品ソリューションが探求され、開発されています。現在では、Rollupをメインソリューションとしたレイヤー2ルートが主流となっており、その中でも不正証明に楽観的なOptimism and Arbitrumは、プロジェクト構築、ユーザー誘致、評価の面で他のEVM対応の新しいパブリックチェーンを上回っています。さらに、ゼロ知識証明ベースの ZKRollup (Starknet、Hermez、zkSync、Scroll、Taiko など)、並列トランザクションベースの Fuel、AltLayer、Smooth などもそれぞれのソリューション領域で進歩しています。Rollup などの Layer 2 の活発な開発に伴い、これら Rollup および並行取引商品を総称する執行層の概念が正式に提案されました。もちろんイーサリアムだけでなく、TPSやトランザクションコストを最適化したSolana、BNB Chain、Cosmos、Aptosなどのパブリックチェーンにおいても、各公式やコミュニティが独自のRollupや実行層のプロダクトを提案しています。その結果、複数のチェーンが共存する時代に突入しただけでなく、複数種類の実行層が共存するシナリオにも突入しました。
これは、開発者、ユーザー、エコロジーにもさまざまな問題をもたらします。それぞれの実行層製品が独立して閉鎖的であること、エコロジーの共有が難しいこと、ユーザーの運用コストが重いこと、開発者が構築および構築するための期間とコストがかかることなどです。操作は高価です。このため、Rollupをサービスとして利用した製品も用意されています。 Sovereigen Labs、Stackr Labs、Eclipse Builders、Dymension など。これらの製品は実行層のハブに似ており、もともと 2 層ネットワークにあったロールアップを層 3 に変換し、単一のハブと複数のロールアップを持つツリー型の実行層を構築します。
拡張シナリオの歴史的なニーズにより、実装層は長年にわたり製品の探索と開発を行っており、それぞれのソリューションは長年にわたって大きな進歩を遂げてきました。将来のサイクルでは、分散シーケンサ、zkEVM、並列トランザクションなど、検討されている問題をまだ解決していない実行層の製品がまだ多くあります。
データ可用性レイヤーの製品とプロジェクトビッグデータ時代とクラウド時代の到来により、データは現代社会の基本的なリソースとして、さまざまな意思決定の場面で支援とサポートを提供することができ、その戦略的位置はかつての石油のようなものです。これらのデータ保存方法は従来のデータベースとは異なり、ある観点から見ると、ブロックチェーンのデータ保存方法は分散型であり、各ノードがデータの完全なコピーを保存する必要があります。現在、チェーン上のユーザーのアクティブなトランザクションデータとスマートコントラクトの隆盛により、ブロックチェーンデータは直線的な成長に基づいて指数関数的に増加する兆候を示しています。ビットコイン ネットワークは、2016 年の 55 G から年間 50 G のペースで成長してきました。しかし、2020 年以降、そのネットワーク サイズの年間成長率は 60 G にまで跳ね上がりました。2023 年 2 月の時点で、ビットコイン全体のデータ サイズはネットワークは459Gになります。
https://www.blockchain.com/explorer/charts/blocks-size
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世界のコンピューターおよびスマートコントラクトのプラットフォームであるイーサリアムのネットワーク全体のデータは、決済分野に焦点を当てたビットコインよりもはるかに大きくなります。 Etherscan から、イーサリアムのデフォルトのフルノードになるには少なくとも 800 G のスペースが必要であり、イーサリアム アーカイブのフルノードになるには少なくとも 13000 G のストレージスペースが必要であることがわかります。全体的なデータ量が膨大であるだけでなく、ほとんどのデータがフォーマットされていない形式で保存されているため、ブロックチェーン データの処理、インデックス付け、クエリが非常に困難になります。この目的を達成するために、
単一のブロックチェーンの観点から、ブロックチェーン データへの大量のアクセスをいかに効率的かつ安価に保存し、迅速に処理し、サポートするかが非常に重要な研究方向となっています。
ビットコインのホワイトペーパーが提案されたときから早くも、サトシ・ナカモトは、ディスク領域の再利用と簡易決済検証 (SPV) という、ネットワークの国家爆発に対する先進的な解決策を講じました。ディスク領域の再利用により、ノードは消費された履歴データをトリミングしてネットワーク全体のデータ サイズを削減できます。このソリューションにより、メンテナンス コストと参加しきい値をある程度削減できます。ただし、ネットワーク全体には膨大な量のデータがあり、アカウントモデルの単一領域イーサリアムなどのブロックチェーンはUTXOモデルとは異なるデータ次元を保持しており、直接適用の度合いは比較的限られますが、ディスクスペースの再利用という考え方に基づき、イーサリアム コミュニティによって拡張され追求されている解決策は、アカウント ステータスをブロックチェーンから切り離すことです。ステートレス イーサリアム プログラムを廃止します。 SPVは、ブロックチェーントランザクションデータを検証するためのライトノードマークルツリースキームを主に提唱しており、ネットワークの低い参加閾値を実現することに加えて、トランザクションデータの正当性を保証します。 SPV のライト ノードは検証のためにブロック ヘッダー情報をダウンロードするだけであるため、不正な証明攻撃を受ける可能性があります。この目的を達成するために、Celestia の Mustafa Al-Bassam、Alberto Sonnino、Mysten Labs の Vitalik は、2018 年に「Fraud and Data Availability Proofs: Maximizing Light Client Security and Scaling Blockchains with Dishonest Majorities」を出版し、不正証明攻撃に対するソリューションを提案しています。単一ブロックチェーンのデータ可用性は、ブロックデータが完全に同期していないことを前提として、ライトノードがトランザクションマークルツリーのみを介してトランザクションデータの正当性を検証していると理解できる。モジュラーブロックチェーンの実行層では、単一ブロックチェーンのデータがオンチェーンデータに変換され、実行層のトランザクションデータが圧縮されてオンチェーンデータとオフチェーンデータとして保存されます。チェーン上のデータには、従来のストレージとチェーン上のデータのクエリのパフォーマンスとコストに関する直接的な要件があるだけでなく、セキュリティ保証のためにチェーン上のデータに付随するコンセンサス メカニズムにも依存します。
このように、単一のブロックチェーンのデータ可用性を強化し、データ可用性レイヤーの概念に対応するコンテキストを拡張するのは、実行レイヤー製品の開発です。
先に進む前に、データ可用性レイヤーとデータ ストレージ レイヤーは混同できない概念であることを理解する必要があります。データ可用性レイヤーは可用性を重視し、データの有効性の観点から考えます。データ ストレージ層は、コンピューター メモリの観点からデータのストレージと使用パフォーマンスを定義することに重点が置かれており、オンチェーン ストレージのコスト、読み取りおよび書き込みの効率などがより重視されます。データの可用性はデータ ストレージ層から拡張された概念に基づく必要があり、ここで拡張されるのはコンセンサス メカニズムによってもたらされる可用性です。言い換えれば、Dont Trust, Verify (Verify はデータの可用性に対応します) です。
現在の実行レイヤー製品の優先データ可用性レイヤーとしてのイーサリアムには、独自のガス モデルと Calldata 構造に起因する次の明らかな欠点があります: 1. データの操作とストレージのコストが高い; 2. データ ストレージ容量が制限されている; 3. 不均等な分散ネットワークリソースの。この目的を達成するために、イーサリアムは、EIP-4844 のプロトダンクシャーディング、データ可用性サンプリング (DAS)、消去コーディング、提案者/構築者の分離を通じて、独自のデータ断片化と状態拡張スキームを提案しています。将来的には、イーサリアムは、データの可用性を確保することを前提として、現在のチェーンの動的ストレージコストを削減するために、新しい BLOB トランザクションタイプと追加のデータレイヤーを導入する予定です。他の特殊な DA 製品に関しては、データ可用性サンプリングやイレージャー コーディングなどの技術的ソリューションを模索するだけでなく、Polygon Avail の Fast Sync テクノロジーや Celestia の主権と相互運用性など、データ可用性の分野での研究のブレークスルーも増やしています。データ可用性レイヤーの製品に加えて、既存のデータ ストレージ レイヤーに関しては、BNB エコシステムの新たに開始されたストレージ サイドチェーン Greenfield や、Kvye や Arweave などの複合製品も確認できます。
Not your keys,コンセンサス層の製品とプロジェクトあなたの暗号通貨ではありません。ブロックチェーン ネットワークでは、秘密キーはデジタル資産の所有権を表します。秘密鍵とデジタル資産の所有権を確保するには、ブロックチェーン ネットワークに強力なコンセンサス メカニズムを実装して、十分な分散化とセキュリティを確保する必要があります。
コンセンサス メカニズムは、単一のブロックチェーン トランザクション形式に準拠するデータを保証します。たとえば、ビットコインはそのトランザクションとトランザクションに組み込まれたスクリプト ロジックを保証し、イーサリアムは EVM が実行および検証できるトランザクションを保証します。それだけでなく、ブロックチェーンの世界には明らかな違いを持つ 2 種類のコンセンサス メカニズム (PoW と PoS) が存在するため、異なる単一のブロックチェーン間で異なるコンセンサスを組み合わせて使用することが困難です。さらに、Cosmos や Polkadot など、マルチチェーンの相互運用性をネイティブにサポートする単一のブロックチェーンであっても、トランザクション形式やコンセンサス メカニズムの点では互換性がありますが、コンセンサス メカニズムの共有と使用が難しい状況が依然として存在します。
コンセンサス層の製品に入る前に、まず PoW と PoS の開発と現状を理解し、よく知っておきましょう。PoW は、ブロックチェーン ネットワークのセキュリティを確保するために物理世界の計算能力を使用すると大まかに理解できます。PoW が直面する最も一般的な攻撃は、51% の計算能力攻撃と二重支払い攻撃です。ネットワークのコンピューティング能力が十分に大きい場合にのみ、ネットワークのセキュリティを保証できます。
多くの新しい PoW パブリック チェーンでは、コールド スタート段階では、初期段階でのコンピューティング能力が不十分なため、ネットワークにセキュリティの問題が発生しやすくなります。このため、長期にわたって高コストで計算能力を蓄積するか、ビットコインなどの従来の PoW ネットワークのマイニング計算能力と同じ PoW アルゴリズムを共同マイニングに使用することを検討します。ブロックチェーンの計算能力の性質は、ブロックの高さが増加するにつれて徐々に増加するため、共同マイニング/マージマイニングは、暗号化の経済的インセンティブメカニズムを通じて計算能力を貸し出します。2 つのパブリックチェーンの利益が重なって一致すると、共同マイニングが行われます。マイニング/マージマイニングはマイナーにとって魅力的ですが、新しい PoW パブリック チェーンとビットコイン ネットワークの間に利益相反がある場合、ビットコイン ネットワークにはプロトコル レベルでマイナーを制裁する方法がないため、マイナーは一般に次のような行動を取ることになります。他の新しい PoW パブリック チェーンの助けにはなりません。たとえば、Namecoin は昔、Bitcoin ネットワークの計算能力を利用して共同マイニングを実施していましたが、この共同マイニングスキームにより、シナリオによっては 2 つのネットワークの利害が一致しないため、Namecoin にとって潜在的なリスクが生じました。スマートコントラクト機能を実装するビットコインサイドチェーンRSKについては、RSKはビットコインネットワークとの利害の観点から最適化されているものの、ビットコインネットワークの非チューリング完全性により独自の反復開発が制限され、マージマイニングのブレークスルーが制限されています。さらに、Quai Network では、設計の当初から、コンピューティング パワー レベルを維持するためにマルチチェーン ジョイント PoW が元々提案されていました。それでも、Quai Network はコンセンサスのコールド スタート コストを償却するだけで、PoW コンセンサス メカニズムの再利用と組み合わせを実現できません。PoS コンセンサス メカニズムの中核は、権利と利益を使用してネットワークを保護することです。権利と利益の価値がネットワーク全体の価値を決定します。十分に価値の高い権利と利益のみが、高価値のネットワークを保証できます。現在普及しているPoSメカニズムはPBFTをベースに改良されたものであり、その本質は依然として権利と利益の証明です。一般的な PoS ネットワークには、有名な Cosmos や Polkadot などがあります。信頼を最小限に抑えるメカニズムを遵守し、ハブとしての Cosmos はエコロジカルなアプリケーション チェーンに積極的に干渉しないコンセンサス メカニズムです。 Cosmos エコロジカル アプリケーション チェーンは、環境的に健全な開発スタック全体を再利用できますが、対応するアプリケーション チェーン ネットワークを維持する場合、ネットワーク検証セットの確立と維持には非常に高いしきい値とコストが必要であり、これは信頼とセキュリティのコストでもあります。 . .多くのアプリケーション チェーンは通常、Cosmos バリデーターを誘致するためにエアドロップを使用し、ネットワーク保護の誓約をバリデーターに促すために高額のインフレ報酬を提供します。コンセンサスメカニズムの確立コストを削減し、アプリケーションチェーンのセキュリティを向上させるために、Cosmos 2.0 ではさまざまな改善スキームが提案されています。ICSを安全に共有するSpace Mesh、アプリケーション チェーンのコンセンサスによって共有できます。
最初のレベルのタイトル
エピローグ
エピローグ
現代のソフトウェア開発では、サービス指向のマイクロサービスアーキテクチャが一般的であり、アプリケーションを独立した機能や特性を持つサービスに分割することで、各サービスを独立して開発、展開、実行でき、データ共有を通じてさまざまなサービスを柔軟に通信および共有できます。より高い拡張性、柔軟性、保守性を実現します。マイクロサービス アーキテクチャの開発は徐々に成熟し、完成しつつあり、実際には分散トランザクション、サービス ガバナンス、セキュリティなどの課題や問題がまだいくつかありますが、技術のさらなる成熟と経験の蓄積により、これらの問題は解決されつつあります。解決されます、徐々に解決されます。
