ビームチェーン: イーサリアムコンセンサス層の革新を探る

最近終了した2024 Devcon会議では、イーサリアムエコシステムが一堂に会し、この分野の最新の進展と今後の方向性について共同で議論しました。その中で、イーサリアム財団の研究員ジャスティン・ドレイクが提案した「イーサリアム3.0」計画が広く注目を集めました。

このBeam Chainと呼ばれるコンセンサス層のアップグレード提案は、ゼロ知識証明技術を通じてバリデータネットワークを最適化することを目的としています。その核心的な目標は、バリデータになるためのハードルを下げることで、より多くの参加者をネットワークに引き入れ、全体の安全性と効率性を向上させることです。同時に、この提案はBeaconチェーンの歴史的な遺留問題を解決し、将来直面する可能性のある量子コンピュータの脅威に備える機会も得たいと考えています。

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Beam Chainの提案は、Vitalikが以前に提案したThe Vergeの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。Vitalikは、コンセンサス層の改造は挑戦的な作業であり、継続的な最適化と調整が必要であることを認めています。Beam Chainは、この挑戦に対する応答と探求の一つと見なすことができます。

Beam Chainは主にコンセンサス層の改造に焦点を当てており、そのコアは状態変換関数をSnark化することです。これにはper-slot、per-block、per-epochの3種類の状態変換関数の改造が含まれ、コンセンサスアルゴリズム、Stakingロジック、ブロック提案、実行層の検証など多くの側面に関わります。注目すべきは、イーサリアムがこの改造を進める際に、去中心化と多様性の原則を堅持し、統一されたZKアルゴリズムとプロトコルを強制することはないという点です。

Beam Chainの実現における核心的な難点は、証明効率を大幅に向上させ、現在数十秒から数百秒かかる証明時間を秒単位に圧縮する方法です。JustinはASIC加速方法を利用し、チップ上でゼロ知識証明の全プロセスを完成させる構想を提案し、今後数年内に証明生成時間を10倍以上向上させることを目指しています。

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現在、複数の研究チームが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ZK証明の加速に取り組んでいます。一部のチームはPolygon ZKEVM Prover、Stone Prover、Halo2、Plonky2などのZKシステムで顕著な進展を遂げており、いくつかのコアオペレーターの加速比は100倍以上に達しています。

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性能の最適化に加えて、ZK技術はAI分野にも潜在的な応用があります。例えば、大規模モデルの検証可能な計算において、行列の乗算やSumcheckプロトコルなどの技術を最適化することで、特定のモデルの最初のトークン生成時間を4時間から約18分に短縮しました。

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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、一部のチームはNIST標準のポスト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、コンセンサスプロセスとメモリ読み取りの最適化を通じて、量子耐性ブロックチェーンの性能を従来のチェーンの約50％にまで達成させることができました。

Beam Chainの提案が発表されることで、今後より多くの研究者がコンセンサス層の改造に注目することが期待されています。コンセンサス層と実行層のSnark化は、イーサリアム全体のSnark化プロセスを推進し、その拡張性と分散型化に重大な突破口をもたらします。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より中心的な役割を果たすことが期待されています。SNARK証明と後量子暗号を導入し、より低いステーキングの敷居とより速いブロック確認時間を組み合わせることで、Beam Chainはイーサリアムに対してより強い分散型化とより高い性能をもたらすことが期待されています。