ブロックチェーン取引確認時間の改善策についての考察

ブロックチェーン分野において、迅速な取引確認時間はユーザー体験を向上させるための重要な要素の一つです。イーサリアムは過去5年間で顕著な進展を遂げており、現在ユーザーがL1で送信する取引は通常5〜20秒以内に確認されることができ、これはクレジットカード決済の体験に匹敵します。しかし、確認時間をさらに短縮することには依然として価値があります。特に、ミリ秒単位の遅延を必要とするアプリケーションシーンにおいてはなおさらです。本記事では、イーサリアムが取引確認時間を改善するためのいくつかの実行可能なオプションを探ります。

既存の技術とアイデアの概要

単一スロット最終性

現在、イーサリアムのGasperコンセンサス機構は、単一のスロット（Slot）とエポックのアーキテクチャを採用しています。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の先頭に投票します。32のスロット（6.4分）内で、すべてのバリデーターが1回投票できる機会があります。これらの投票は、その後PBFTコンセンサスアルゴリズムのメッセージに似たものとして解釈され、2つのエポック（12.8分）後に、最終性と呼ばれる強力な経済的保証を提供します。

しかし、この方法には2つの主な問題があります：複雑さと最終確認時間の長さです。これらの問題を解決するために、単一スロット最終性（Single Slot Finality、SSF）の概念が提案され、既存のアーキテクチャを置き換えるためにTendermintに似たコンセンサスメカニズムを使用し、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できるようにします。

単一スロットの最終性の主要な課題は、各イーサリアムステーキング者が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ため、ネットワークに大きな負担をかけることです。Orbit SSFのような革新的な解決策がこの問題を緩和しようとしていますが、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。

! Vitalikはエポックとスロットソリューションを提案:ETHの取引確認時間の短縮とエンドユーザーエクスペリエンスの向上

ロールアップの事前確認

イーサリアムがロールアップを中心とした開発路線を採用するにつれて、L2ソリューションであるロールアップ、バリディウム、プラズマは、より大規模にユーザーにイーサリアムと同等のセキュリティを提供できるようになります。このアーキテクチャにより、イーサリアムL1は検閲耐性、信頼性、安定性などのコア機能に集中し、L2はさまざまな技術と文化を通じてユーザーのニーズに直接応えることに専念します。

理論的に、L2は自分自身の"分散型ソートネットワーク"を作成することができ、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、その質押資産を担保として使用します。しかし、この方法は、バリデーターが悪事を働くリスク、例えば衝突ブロックに署名することに直面しています。私たちはすでに中央集権的なバージョンの実際の応用を見てきましたが、L2は分散型ソートネットワークの開発において遅れをとっています。

! Vitalikはエポックとスロットソリューションを提案:ETHの取引確認時間を短縮し、エンドユーザーエクスペリエンスを向上させます

基本事前確認

上記の問題を解決するために、基礎的な事前確認（Based preconfirmations）の概念が提案されました。この方法は、イーサリアムの提案者がMEVに対して非常に敏感な複雑な参加者であると仮定し、これらの提案者に事前確認サービスを提供する責任を受け入れるように奨励することで、彼らの専門性を活用します。

基礎的なプレ確認は、標準化されたプロトコルを作成し、ユーザーが追加料金を支払うことで、取引が次のブロックに含まれることを即座に保証されることを得ることができます。提案者が約束を破った場合、彼らは罰則に直面します。このメカニズムはL1取引にだけでなく、Ethereumに基づくL2にもプレ確認サービスを提供することができます。

! Vitalikはエポックとスロットソリューションを提案:ETHの取引確認時間を短縮し、エンドユーザーエクスペリエンスを向上させる

今後の方向性

単一スロットの最終性を実現し、Orbitに似た技術を採用して各スロットの検証者数を減少させつつ、十分な分散化の程度を維持したと仮定します。スロットの長さは16秒に増加する可能性があり、その後、ユーザーにより迅速な確認を提供するためにrollupの事前確認または基盤の事前確認を使用できます。このアーキテクチャは本質的にエポック-スロット構造です。

この構造が回避できない理由は、ある事柄に関して大まかな合意に達するために必要な時間が、最大限の「経済的最終性」に達するために必要な時間よりもはるかに短いからです。この違いは主に参加ノードの数と質に起因しています。

L2にとって、現在合理的な戦略は三つあります:

1. 技術と理念の両方で「イーサリアム」を基にし、その基盤層の属性と価値観を最適化する。
2. "ブロックチェーンの足場を持つサーバー"になり、中央集権的な効率を最大限に活用しながら、分散型の重要な利点を保持します。
3. 妥協案：約100のノードで構成される高速ブロックチェーンを構築し、同時にイーサリアムが提供する追加の相互運用性とセキュリティを利用する。

! Vitalikはエポックとスロットソリューションを提案:ETHの取引確認時間を短縮し、エンドユーザーエクスペリエンスを向上させる

未来の重要な問題は、私たちがどの程度までイーサリアムのネイティブなエポックとスロットのアーキテクチャを改善できるかです。もしスロット時間を約1秒に短縮できれば、第三の戦略の必要性は大幅に低下します。

現在、私たちはこれらの問題の最終的な答えまでまだ距離があります。ブロック提案者の複雑さ、新しい設計であるOrbit SSFの潜在能力などの要因には不確実性があります。これらのソリューションを探求し最適化し続けることで、L1およびL2ユーザーにより良い体験を提供し、L2開発者の作業を簡素化するのに役立ちます。

! Vitalikはエポックとスロットソリューションを提案:ETHの取引確認時間の短縮とエンドユーザーエクスペリエンスの向上