IOSG 研究：拡張の切り札 Danksharding はイーサリアムのシャーディングの未来になるのか？

著者：Gokhan Er, IOSG Ventures

Vitalikが最近提案したブロックチェーンアーキテクチャ「終局」図景は広く議論されており、この壮大なロードマップを以下の三点に粗く要約しました：

• 中央集権的なブロック生成者
• 非信任化および非中央集権的なブロック検証
• 検閲防止メカニズムにより、これらのブロック生成者が取引を検閲する動機を失わせる。

MEVとクロスドメインMEVの台頭に伴い、ブロックの生成はますます中央集権化する運命にあることは明らかです------これは、同時に多くの分野（例えば、ロールアップ）でブロックを生成することによる利点と規模の経済効果によるものです。このようなメカニズムの下では、単一のブロック生成者が異なるロールアップやレイヤー1間でアービトラージの機会を掠め取ることができます。

(画像出典：https://vitalik.ca/）

Vitalikはさらに進んで、現在の「大ブロック」タイプのブロックチェーン（Solana、BCHなど）が去中心化を実現し、検閲を回避し、スケーラビリティを実現するためには、類似のアーキテクチャに従う必要があると考えています。ロールアップやクロスドメインMEVがもたらすネットワーク効果を考慮すると、ブロック生成者の中央集権化は大部分避けられないため、この事実を受け入れ、プロトコルレベルで調整を行い、ブロック生成者がレイヤー1の安全性と検閲耐性を妨げないようにすることが私たちの最良の選択肢であるべきです。このため、最近のイーサリアムコミュニティにおけるプロトコルレベルの議論で非常に物議を醸しているキーワード「Danksharding」が自然と私たちの注目を集めました。この技術を解体する前に、まずはこの重要な設計であるPBSについて紹介し、Dankshardingをよりよく理解する手助けをします。

PBS：ブロック提案者と構築者の分離

もし中央集権的なブロック生成が避けられない現実となった場合、さらなる中央集権化を防ぐ最も実行可能な方法は、ブロック生成とブロック検証（提案）を分けることです。

現在のアーキテクチャでは、通常は一方だけがブロック生成の作業（マイナー）を行い、彼らはメモリプールMempoolからどの取引を受け入れるかを直接選択し、これらの取引を通じてブロックを作成します。さらに、これらのマイナーのタスクが複雑であればあるほど、彼らが掠め取ることのできる価値は増加し、結果としてマイナーの中央集権化が進みます。

PBSの設計では、構築者の役割が独立して区別されます。彼らはmempoolから取引を選択し、利益最大化を目指して取引を並べ替えます。彼らが受け入れたい取引リストを作成すると、彼らは検証者（ブロック提案者）に入札を提出します。この場合、検証者（ブロック提案者）の仕事は、最高入札者を選んでブロックを作成することです。ブロック提案者はmempoolから取引を収集し、crListを作成します。簡単に言えば、これはブロック取引情報を含むリストです。ブロック提案者はこのcrListをブロック構築者に渡します。ブロック構築者は自分の意志に従ってcrList内の取引を再並べ替え、MEVの抽出を最大化します。したがって、取引の並べ替えに関しては、ブロック提案者は発言権を持たず、取引情報のリスト（crList）を構築者に提供することで、mempoolからのすべての取引が検閲なしでブロックに入ることを保証します。

このように、PBSの設計は実際には提案者と構築者の間に防火壁と市場を構築することです。ブロック生成者の仕事は複雑で中央集権的になりますが、検証ノードを運営する要件を保証し、一般的なサーバーで非常に低コストで運営できることが非常に重要です（ブロック生成者が運営する精密サーバーに比べて）。この実現はPBSソリューションのおかげです。

上記の内容を理解した後、再びDankshardingに戻ります。

Dankshardingとは何か？なぜ世界中で話題になっているのか？まず、Dankshardingという名前の由来を説明します。Dankshardingは、それを提案したイーサリアム開発者のDankrad Feistにちなんで名付けられ、以前の並行データシャーディングモデルを置き換え、クロスドメインMEVの抵抗を中心にシステムを再設計しました（これにより、チェーンの安全性と去中心化の最大化が実現されます）。以前のシャーディング設計にはPBSがなく、各シャードとビーコンサインには独立した検証者がいました。この設計は、過去にできるだけ多くのシャード検証者が検閲耐性を最大化できると一般的に考えられていたためです。

(画像出典：Dude, What's the Danksharding situation?）

しかし、MEVの問題がますます厄介になる中、ブロック構築者とその提案者を分けることが大きな需要となっています。このようなブロック創造者とブロック提案者がそれぞれ独立した構造（PBS）は、MEV問題を民主化し、プロトコルの安全性をさらに脅かすことを防ぐ唯一の解決策です。

Dankshardingに戻ると、Dankradの設計の基本概念は、あらゆるシャーディング設計において、マルチシャードアーキテクチャの下でMEVの機会が存在し、中央集権的なマルチシャード構築者の問題を引き起こすということです。この問題を解決する唯一の方法は、このPBSアーキテクチャを実施することです。ブロック提案者の存在は、ブロック創造の中央集権化問題を発見し、解決し、チェーン上の安全性を脅かす行為を根本的に防ぎます。

(画像出典：Dude, What's the Danksharding situation?）

この新しい設計では、ビーコンクロックはすべてのシャードブロックを含み、すべてのビーコンクロックとシャードデータは、検証者で構成される委員会（Committee）によって統一的に認証されます。これにより、同じビーコンクロックの取引はシャードデータにアクセスでき、ロールアップとレイヤー1間で同期取引を得ることができるため、ロールアップの構造が大幅に簡素化され、確認遅延の問題は解消されます。では、Dankshardingの検閲防止の状況はどうでしょうか？中央集権的なブロック創造者は、同じブロックに参加することで特定の取引記録を検閲することができるのでしょうか？crListsの革新は、上記の問題を解決できます。ブロック提案者の責任は、mempoolで見たすべての取引記録をリストアップすることです。その後、ブロック構築者はこのリストに基づいてハッシュ値を抽出し、リスト内のすべてのデータが含まれていることを証明します。しかし、最近の議論では、提案者と検証者の設計およびcrListのツールについては最終的な確認が必要であることが示されています。アップグレード版のデータサンプリングもDankshardingのもう一つの重要な設計であり、ビーコンクロックがデータを提供する際にすべてのデータを保存する必要がないことを保証しますが、ここでは詳しくは述べません。

全体として、Dankshardingには注目すべき多くの利点があります：

• ますますシンプルなシャーディング設計、新しいモデルは従来の作業量を百倍削減します。
• PBSモデルに基づき、複雑または高度なブロック創造者がイーサリアムの安全性にとって問題になることはありません。イーサリアムは中央集権の問題を心配することなく、ブロックのサイズを増加させることができます。
• シャードデータとビーコンクロックデータの統合は、レイヤー1とzkロールアップの同期速度を加速し、ロールアップの構造を簡素化します。
• crListsはL1が即時の取引検証を実現することを保証します（レイヤー2上の同様の概念に似ています）。
• クロスシャードのMEVは民主化されます（Flashbotsが行っているように）、潜在的な検証者の中央集権問題を防ぐことができます。

Dankshardingは、イーサリアムのコア研究者によって1ヶ月前に提案された新しいモデルであり、アイデアはまだ芽生えの段階にあります。このモデルは将来的にさらに多くの革新と最適化が行われるでしょう。しかし、これにより、イーサリアムのシャーディング計画は一歩一歩着実に進んでいくことが示されています。私たちはその進展を見守りましょう！