イーサリアム 3.0：Beam Chain 提案が新たな技術革新をリード

2024 Devcon 会議がバンコクで無事終了し、会議期間中にイーサリアムエコシステムプロジェクトが一堂に会し、最新の進展と今後の発展方向について共に議論し、世界の Web3 分野に新たな活力を注入しました。

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」計画のBeam Chainが特に注目を集めています。この提案は、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、検証ノードになるための障壁を下げ、より多くの参加者がネットワークに参加することを促進し、セキュリティを向上させ、全体的な効率を最適化することを目指しています。ドレイクは、これを機にビーコーンチェーンにおける過去の技術的負債を解決し、将来の量子計算の脅威に備えることも望んでいます。

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Beam Chain の提案は、イーサリアムの共同創設者である Vitalik Buterin が以前に提案した The Verge のロードマップと一致しています。The Verge のロードマップでは、イーサリアムの Snark 化（SNARKification）が重要な任務の一つとされ、コンセンサス層と実行層のゼロ知識証明の改造が含まれています。Vitalik は最近、コンセンサス層の改造作業が依然として課題に直面しており、今後の作業で継続的な最適化が必要であることを認めました。Beam Chain の提案はまさにこの課題への応答と考えることができます。

Beam Chainは、コンセンサスレイヤーの改造に主に焦点を当てています。コンセンサスレイヤーをSnark化することは、すべての部分を全面的に改造することを意味するのではなく、コアの状態遷移関数（State Transition Function）をSnark化することを意味します。コンセンサスレイヤーにとって、状態遷移関数は主に各タイムスロットの遷移関数、各ブロックの遷移関数、各エポックの遷移関数を含みます。これらの関数は、コンセンサスアルゴリズムやステーキングロジックの実行、ブロック提案、実行レイヤーの結果検証、Merkle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、アカウントストレージ状態へのアクセスを伴うステーキングおよび償還操作などを網羅しています。

注意すべきは、イーサリアムがコンセンサスレイヤーのスナーク化を進める過程で、去中心化と多様性を最優先の目標としていることです。したがって、特定のZKアルゴリズムやプロトコルの使用を強制することはなく、ブロック提案者が自律的に選択できるようにしています。

Beam Chain の構想を実現する上での核心的な難点は、証明効率を向上させる方法です。現在、数十秒から時には100秒以上かかる証明時間を秒単位に圧縮する必要があります。今年の9月に行われた ZK Workshop II で Justin は ASIC 加速方法を用いた解決策を提案し、チップ上で零知識証明バーチャルマシンを利用して証拠生成から証明に至る全プロセスを完了することを推奨しました。これにより、今後数年以内に証明生成時間が10倍以上向上し、リアルタイム証明（Realtime Proving）が実現されると期待されています。

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業界はゼロ知識証明技術の性能向上と応用拡大において顕著な進展を遂げています。いくつかの研究チームは、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ZK証明の加速に取り組んでおり、さまざまなZKシステムを網羅し、一部のコアオペレーターは百倍以上の加速比を達成しています。AI+ZKの分野では、大規模モデルの可検証計算の最適化においても画期的な進展があり、最初のトークンの生成時間を大幅に短縮しました。

量子コンピュータがもたらす脅威に直面して、一部のチームは複数のNIST標準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改造しました。コンセンサスプロセスと低遅延メモリ読み取りの最適化により、量子耐性ブロックチェーンのTPSは元のチェーンの約50%に達することができます。

これらの技術探索は、ゼロ知識証明に一般的に使用される演算子の加速と最適化のためのソフトウェアとハードウェアの一体型加速ソリューションなど、いくつかの商業ソリューションで実用化されています。計算効率を大幅に向上させました。

長い間、イーサリアムコミュニティは主に実行層の最適化に焦点を当てており、BlockGasLimitの向上やL2の発展などの戦略が含まれています。実行層のSnark化は「巻き重ねを中心に」のロードマップの中でL2によって大部分の作業が完了しました。Beam Chainの提案は、合意層のSnark化の新しい章を開き、コミュニティが合意層の改造により多くの注目を集め、より多くの革新的なアイデアを刺激することが期待されています。

予見されるように、コンセンサス層と実行層のSnark化が進むにつれて、イーサリアムのSnark化ブループリントは徐々に完成し、スケーラビリティと分散化の向上に重要な貢献をするでしょう。同時に、ゼロ知識証明技術に基づく仮想マシンは、イーサリアムエコシステムにおいてますます重要な役割を果たすことになります。SNARK証明とポスト量子暗号を導入し、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はイーサリアムにより強い分散特性とより高い性能をもたらすことが期待されています。

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