初心者向け・ダンクシャーディングとプロト・ダンクシャーディング解説

Ethereumネットワークは、スマートコントラクト機能を持つことで分散型アプリ（dApps）の定番プラットフォームとなっています。ブロックチェーンアプリの中でも最も人気のネットワークですが、その分、多くのプラットフォームやプロトコル、アプリ、トークンが集まり、トランザクション処理の遅延や高額な手数料といった課題も抱えています。

このスケーラビリティ問題に対応するため、Ethereumの開発計画では複数の改善策が提案されました。The MergeによってEthereumはプルーフ・オブ・ステーク（PoS）ネットワークへと移行し、エネルギー消費が大幅に削減され、PoSネットワークならではの新機能も導入可能となりました。しかし、トランザクションをより安価かつ効率的にするには、まだ課題が残っています。

シャーディングという解決策

Ethereumブロックチェーンの混雑や手数料を抑えるための有力な方法として「シャーディング」が挙げられます。これはブロックチェーンを小さなセクションに分割する手法です。しかし、より高速かつ低コストなトランザクションを実現する代替案として「ダンクシャーディング」が注目されています。

Ethereumネットワークのアップグレードは、膨大なネットワークアクティビティや多数のアプリが依存していることから、実装が難しく、合意形成のための大規模な更新には数ヶ月から数年かかることもあります。そのため、カスタマイズされた解決策が必要です。Proto-dank shardingは、現在のEthereumネットワークと将来のダンクシャーディングの橋渡しとなるソリューションです。 
まずは、ダンクシャーディングとは何かを見ていきましょう。

ダンクシャーディングとは？

ダンクシャーディングは、既存のEthereumレイヤー2ソリューションとやり取りするための新しい方法で、従来の全体シャーディングよりもはるかにシンプルに実装できます。また、1ブロックあたりのデータ処理量を増やし、ネットワーク速度やガス代を犠牲にせず、より複雑なトランザクションも可能にします。

ここでの目的は、ブロックチェーンロールアップの効率を高めることです。どのように達成されるのか、Ethereumブロックチェーンとロールアップの関係から見ていきましょう。 

現在、ロールアップはEthereumトランザクションをレイヤー2チェーンでまとめて処理し、その「validity proof（有効性証明）」をEthereumメインチェーンに送ります。この手法でコストは下がるものの、ロールアップのトランザクションコストの90%以上は、その証明をEthereumメインネットに投稿するために使われています。
 

ダンクシャーディングを導入することで、Ethereumネットワークはレイヤー2ロールアップからまとめて送られるトランザクションを、全データを恒久的に保存せずに処理できます。これにより、長期的にEthereumメインネットのデータ負担が軽減されます。

プロト・ダンクシャーディング（EIP-4844）とは？

プロト・ダンクシャーディングは、Ethereumネットワークにダンクシャーディングを導入するための提案です。Ethereum Improvement Proposal 4844で提案され、Ethereumの研究者Dankrad Feist氏とProto Lambda氏の名に由来しています。2024年3月13日に実施されたEthereum Dencunアップグレードの一部として導入されました。

プロト・ダンクシャーディングの仕組み

ダンクシャーディング導入の準備段階として、プロト・ダンクシャーディングでは「blob-carrying transactions」という新しいトランザクションタイプと、それに関連する「blobs」というデータ型が導入されました。これにより、Ethereumネットワークはブロックチェーンロールアップからのデータをより効率的に処理できるようになります。 仕組みを詳しく見ていきましょう。

Blobs（バイナリラージオブジェクト）とは

Blobsは一時的なデータ保存の標準的な形式で、Ethereumネットワークでは比較的新しいものですが、JavascriptやPythonなど多くのプログラミング言語で利用されています。

現在、Ethereumはネットワーク内の各ノードにすべてのデータを恒久的に保存しています。これはcalldata（永続的なメモリストア）によって実現されていますが、リソース負担が大きくコストも高くなります。

一方、blobsは有効期限が4096エポック（約18日）と決まっており、保管コストが大幅に抑えられます。1つのblobには最大128kbのデータを格納でき、1ブロックあたり最大16個のデータblobが扱えます。短期的な用途には十分な保存容量が確保され、結果的にEthereumネットワーク全体で1ブロックあたりの保存データ量が減少します。

blob-carrying transactionsとは？

blob-carrying transactionsは、blobsを扱い、その有効性をEthereumチェーンが検証できるproofを運ぶために設計されています。blob自体を直接読み込むことなく認証が可能です。

KZGコミットメントスキームを利用し、EVMはゼロ知識証明を通じて実際のblobデータにアクセスせずにコミットメントを確認できます。blobsを運ぶトランザクションはEVMとは別のメンプールで管理され、データの安全性を保ちつつブロックスペースを最大限活用します。

この新しいトランザクションタイプでは、手数料の仕組みも新しくなっています。blob-carrying transactionsの価格構造は需要と供給に応じて動的に変動し、1トランザクションあたり3つを超えるblobが含まれると手数料が高くなり、ブロックごとに約12.5%の幅で変動します。

ダンクシャーディングのメリットは？

• ガス代の削減
  ダンクシャーディングの大きなメリットのひとつは、トランザクション手数料（ガス代）が下がることです。Ethereumネットワークの高いガス代は、主にネットワーク混雑が原因です。多くのユーザーが同時にEthereum上のブロックチェーンアプリやプラットフォームを利用することで混雑が発生します。 
  
  ご存じの通り、Ethereumは多くのdAppの基盤となっており、混雑は利用者にとって日常的な課題です。ダンクシャーディングによってロールアップの処理が容易になり、ネットワークの混雑回避に役立ちます。これにより、L2チェーンだけでなくEthereum全体でガス代が下がる効果が期待できます。

   

• トランザクションの高速化
  ダンクシャーディングによってEthereumはトランザクションをより速く処理できるようになります。一時的にデータを保存することで、ネットワーク内のノードにとっても利点があります。従来は各ノードがブロックチェーン全履歴のコピーを保存する必要があり、これは非常に負担が大きい作業でした。
  
  しかし、ダンクシャーディング導入後はノードが保存・処理するデータ量が減り、より効率的に動作できるようになります。その結果、トランザクションが大幅に高速化され、ユーザーにとっても利便性が向上します。

ダンクシャーディングのデメリットは？

• セキュリティ面の課題
  ダンクシャーディングはEthereumのスケーラビリティ問題への解決策として提案されていますが、一部ではセキュリティ面での懸念も指摘されています。
  
  ダンクシャーディングは、シャーディングよりもシンプルなネットワーク実装で、blob-carrying transactionsの検証をオフチェーンで行う点が特徴です。しかし、これにより規模の小さい・経験の浅いチェーンが攻撃対象となりやすく、悪意のあるロールアップが狙われるリスクも生じます。
  
  そのため、悪意あるblob-carrying transactionsがEthereumメインネットに流入する可能性もあります。ロールアップ側にもセキュリティ対策はありますが、Ethereumメインネットほど強固ではありません。

Ethereumにおけるプロト・ダンクシャーディングの今後

Ethereumブロックチェーンは、需要増加に対応するためのスケーリングで多くの課題に直面してきました。しかし、シャーディングやEthereum Dencunアップグレードなど、ネットワークの容量とパフォーマンス向上に向けた継続的な取り組みにより、今後もさらなる成長が期待されています。Ethereum Dencunアップグレードは2024年3月13日に実施されました。今後もEthereumネットワークは多様な解決策を模索し、さらなる発展を目指していくでしょう。ダンクシャーディングはその中のひとつです。