starkのモジュール化？

区块链モジュール化という言葉は、最近よく使われています。solana/aptos などの単一チップのブロックチェーンとは異なり、モジュール化は新しいスケーリングの解決策を提供します。

先駆者の celestia、正統派の eigenlayer に続く starkware の対応策は何でしょうか？

答えは――

AppChain が到来します#

・暗号通貨アプリチェーンの動作と既存のネットワークの利点の改善。
・スケーラビリティ、カスタマイズ性、エコシステムの改善のためにアプリチェーンをリリースする。
・StarkX/Cosmos/Polka Dot システムで App Chains を構築することで、ネットワークの流動性、トークンエコノミクス、コンセンサスプロトコルを効果的に活用できます。
・ただし、App Chains にはセキュリティ、組み合わせ可能性、手間、および人気のある場合に存在する攻撃などの制約もあります。
・それらを Stark ネットワーク上に構築することで、L1 のセキュリティと L2 の相互運用性を得ることができます。
・したがって、アプリケーションビルダーがアプリケーションを迅速に展開したい場合、App Chains を構築することは良い選択肢になるかもしれません。
・ただし、App Chain を構築するために必要な時間とリソース、および課題を考慮する必要があります。

App Chain への移行の理由、スケーラビリティ、カスタマイズ性、エコシステム、

アプリチェーンの制約の理由：セキュリティ、組み合わせ可能性、シンプルさ

アプリチェーンに必要な構造、L3 でスケーラビリティを実現し、L2 で組み合わせ可能性を実現し、L1 でセキュリティを実現する。

App Chain のオプション

celestia によるモジュール化#

スケーラビリティの問題を解決するモジュール化デザイン#

単一チップのブロックチェーンの問題は、「ブロックチェーンの三つの難問」という制約によって束縛されています。同じブロックチェーンの L1 層は、「共通の合意、実行、データの可用性」というブロックチェーンを「ブロックチェーン」にするための 3 つの基本コンポーネントを提供する責任を負っています。これらの属性の最適化は、他の 2 つの属性に制約をもたらします。

モジュール化されたブロックチェーン（Modular Blockchains）は、現在の単一チップのブロックチェーンの L1 の 3 つのコンポーネント（共通の合意、実行、データの可用性）を採用し、それらを分割します。労働分業のように、これらの 3 つのコンポーネントを分割することで、各コンポーネントを最適化し、より優れた製品を生み出すことができます。全体は部分の合計よりも優れています。

(1) PoS バリデータによるモジュール化セキュリティの実現#

PoS メカニズムにより、ネットワークのセキュリティを担当するために特定のコンピュータが必要なくなりました。PoS トークンは、ネットワークに接続されたどのコンピュータでもステーキングできるため、資産自体のセキュリティを提供する価値があります。

PoS コンセンサスでは、かつて PoW ネットワークを維持するために必要だった物理的な（マイニング）資金コストが、PoS トークンの購入コストに変わり、資産のキャピタル効率が向上しました。物理的なマイニングハードウェアとは異なり、PoS アセットは時間の経過とともに劣化することはありませんので、PoS バリデータは基本的に運営コストをアセットの売却によって支払う必要はありません。

(2) データの可用性の最大化：シャーディング#

ブロックチェーンのスループットを増やす方法の一つは、ブロックチェーンを複数のシャードと呼ばれるチェーンに分割することです。これらのシャードには独自のブロックプロデューサーがあり、トークンをシャード間で移動するために相互に通信することができます。シャードの目的は、ネットワーク内のブロックプロデューサーを分離することで、すべてのブロックプロデューサーがすべてのトランザクションを処理するのではなく、彼らの処理能力を異なるシャードに分割し、一部のトランザクションのみを処理することです。

通常、シャーディングブロックチェーンのフルノードは、1 つまたは複数のシャードのためにフルノードを実行し、他の各シャードのために軽量クライアントを実行します。なぜなら、各シャードにフルノードを実行することは、異なるノードにネットワークリソースを割り当てる目的に反するからです。

ただし、このアプローチには問題があります。シャード内のブロックプロデューサーが悪意のある行為をし、無効なトランザクションを受け入れる場合、どうすればよいでしょうか？これは、分散システムではより起こりやすく、各シャードにはわずか数人のブロックプロデューサーしかいないためです。覚えておいてください、ブロックプロデューサーは異なるシャードに分割されています。

無効なトランザクションが受け入れられていないかどうかを確認するためには、そのシャード内のすべてのデータが公開され、利用可能である必要があります。これにより、任意のシャードが無効なトランザクションを受け入れていないことを証明するための詐欺証明が可能になります。

(3) Rollups によるモジュール化実行の実現#

Rollups は、トランザクションの処理速度が L1 メインチェーンよりもはるかに速いです。これは、L1 のメインチェーンとは独立したオフチェーンのトランザクション実行環境を作成し、トランザクション処理が完了した後に L1 の状態を更新することによって実現されます。Rollups は、共通の合意とデータの可用性の責任を負う必要がないため、L1 メインチェーンとは異なります。

Rollups チェーンは、高度に分散化された L1 チェーンと同じように共通の合意とデータの可用性に関心を持つ必要はありません。代わりに、Rollups チェーンは共通の合意とデータの可用性の面でどのような犠牲を払っても構いません。なぜなら、Rollups チェーンは暗号化された形で L1 のイーサリアムと緊密に関連しているからです。

Rollups は、ブロックチェーンがトランザクションを格納するためのデータ可用性層としてのみ使用する設計であり、実際のトランザクション処理と計算はすべて Rollups 自体で行われます。これにより、興味深い洞察が生まれます：ブロックチェーンは実際には何の計算も必要とせず、トランザクションをブロックに並べ替え、トランザクションのデータ可用性を保証するだけで十分です。

これはまた、Celestia の設計思想でもあり、それは「怠惰な」ブロックチェーンであり、ブロックチェーンが行う必要のある 2 つの主要なこと、つまりトランザクションをスケーラブルな方法で順序付けて利用可能にすることだけを行います。これにより、最小限の「プラグ可能」コンポーネントとして、集約などのシステムに使用できます。

ブロックチェーンのスケーラビリティの問題を解決するための現在のアプローチは、主にモジュール化設計のアイデアを採用し、実行層ではロールアップソリューション、共通合意とデータの可用性ではマルチチェーンが主流です。

Ethereum 2.0 の設計#

シャーディングにより、すべてのメインチェーンノードがすべてのデータをダウンロードする要件が緩和され、DA 証明と呼ばれる新しい原理を使用してスケーラビリティを向上させることができます。DA 証明を使用すると、各ノードは一部のシャードチェーンデータのみをダウンロードするだけで、すべてのシャードチェーンブロックを共同で再構築することができます。これにより、シャード間の共有セキュリティが実現されます。なぜなら、任意のシャードチェーンノードが異議を唱えることができ、すべてのノードが必要に応じて解決できるからです。Polkadot と Near は、DA 証明を分散システムの設計に取り入れており、ETH 2.0 でも採用される予定です。

この時点で注目すべきは、ETH 2.0 のシャーディングロードマップが他のロードマップとどのように異なるかです。イーサリアムの最初のロードマップは Polkadot と同様でしたが、最近では単一のシャードデータのみに焦点を当てるように変更されました。言い換えれば、イーサリアム上のシャーディングは、ロールアップの DA レイヤーとして機能するということです。これは、イーサリアムが今日と同じように単一の状態を維持し続けることを意味します。一方、Polkadot は、すべての実行を異なるシャードで実行する基礎層上で実行します。

シャーディングを純粋なデータ層として使用する主な利点は、ロールアップがデータを複数のシャードに自由にダンプできることであり、完全に組み合わせ可能な状態を維持できることです。したがって、ロールアップのスループットと料金は、単一のシャードのデータ容量の制約を受けません。64 のシャードがあれば、ロールアップの最大総スループットは 5K TPS から 10 万 TPS に増加する予定です。一方、ポリカルチャー全体のスループットがどれだけであっても、料金は単一のパラレルチェーンの制限されたスループット（1000-1500 TPS）に制約されます。

専用データ可用性層の解決策#

データ可用性プルーフ#

データ可用性プルーフは、顧客がブロックのすべてのデータが公開されているかどうかを非常に高い確率でチェックできる新しい技術です。（データサンプリングチェック）

これは、エラー訂正符号（CD-ROM、衛星通信、QR コードなどで使用されている）と呼ばれる技術を使用しています。エラー訂正符号により、たとえ 1MB のブロックが取得された場合でも、それを 2MB に「拡大」し、追加の 1MB をエラー訂正符号と呼ばれる特殊なデータとして追加します。ブロックの任意のバイトが失われた場合でも、コードを使用して簡単にこれらのバイトを復元することができます。CD-ROM が傷ついても、コンピュータはすべてのデータを読み取ることができます。

これは、ブロックの 100% の可用性を実現するために、ブロックプロデューサーがその 50% をネットワークに公開するだけで十分であることを意味します。悪意のあるブロックプロデューサーがたとえ 1% のブロックを保持しようとした場合、彼らは 50% のブロックを保持する必要があります。なぜなら、その 1% は 50% から復元することができるからです。

この知識を持っていると、顧客はブロックのすべての部分が保持されていないことを確認するためにいくつかの賢いことができます。彼らはランダムなブロックからいくつかのブロックをダウンロードしようとし、それらのブロックのいずれかをダウンロードできなかった場合（つまり、そのブロックが悪意のあるブロックプロデューサーによって公開されていない 50% のブロックに含まれている場合）、そのブロックは利用できないと判断します。

ランダムなブロックをダウンロードしようとする試みの後、50% の確率でそのブロックが利用できないことが検出されます。2 つのブロック後、75% の確率、3 つのブロック後、87.5% の確率、依次に進み、7 つのブロック後、99% の確率で検出されます。これは非常に便利です。なぜなら、顧客は高い確率でブロック全体が公開されているかどうかを、わずかな部分のダウンロードだけでチェックできるからです。

データ可用性プルーフでは、ネットワーク内の軽量クライアントの数が最小限である必要があります。これにより、十分な数の軽量クライアントがサンプルリクエストを送信し、共同でブロック全体を復元できるようになります。つまり、ネットワーク内の軽量クライアントノードが多ければ多いほど、ネットワークはより安全になります。