Verkle Trees 対 STARKs: Ethereum ステートレス検証への 2 つの究極のルートのうちどちらが優れているでしょうか?

Ethereumのネットワークは、データストレージと検証のニーズが高まるにつれて、ステートレス検証へと進化する可能性があります。共同創設者のVitalik Buterin氏は、この移行に向けてVerkleツリーとSTARKという2つのソリューションを提案しています。

どちらのアプローチでもブロック検証はより効率的かつアクセスしやすくなりますが、セキュリティ、効率、実装の複雑さに関してトレードオフがあります。

Verkle Trees の代替としてSTARK はどのくらいの 重さがありますか?

Ethereum 共同創設者であるヴィタリック・ブテリン氏が、 ネットワークの将来像を説明するブログ記事 を公開した。今回の記事でブテリン氏は、ノードが完全な Ethereum 状態を保存することなくブロックを検証できるステートレス検証に焦点を当てている 。The Vergeの記事に触れながら、同氏は 当初 、検証に必要な計算負荷を 低く抑えることで 化を目指していた Ethereum プロトコルの効率 と説明している。しかし、現在は SNARKsを用いてチェーンを検証することが 目標だと付け加えている 。

VerkleツリーとSTARKsはどちらも、 ブロック検証に必要な計算負荷を 低減担う要素の一つである Ethereumの未来を

Verkleツリーは、ノードがコンパクトな証明を生成することで Ethereum ブロックを検証することを可能にし、ノードが状態全体を保存する必要性を軽減します。しかし、将来的には量子コンピューティングにおいてVerkleツリーは潜在的な限界に直面する可能性があります。彼は、この複雑な技術はより現実的になり、Verkleツリーを完全に不要にできる可能性があると考えています。

一方、The Vergeには2つの主要な目標があります。1つ目は、 Ethereum トランザクションを検証するためにノードが保存する必要があるデータ量を削減することです。2つ目は、検証に必要な計算量を大幅に削減し、モバイルデバイスやスマートウォッチでもネットワークに参加できるようにすることです。

どちらの方法 Ethereum を採用するにせよ、その目的は増大する データ量。ブテリン氏は、「生の状態データは年間約30GB増加しており、個々のクライアントはトライ木を効率的に更新できるように、その上にいくらかの追加データを保存する必要がある」と述べている。

ステートレス検証を導入することでノードのセットアップを簡素化する方法

特に、 量が Ethereum、ステーキング参加者がノードをセットアップしたりアップグレードしたりすることが難しくなっています。 のデータ増大するにつれこのため 、ブテリン氏は、 ノードがすべてのデータを保存せずにブロックを検証できるようにすることでこの問題を解決するステートレス検証を提唱しています 。このプロセスでは、ノードは状態値と暗号学的証明を含む証拠を使用してブロックを検証できます。しかし、ステートレス検証を効率的に機能させるには、 Ethereumの現在のマークルパトリシアツリー構造を置き換える必要があります。なぜなら、現在の構造はコンパクトで検証しやすい証明を作成するのに理想的ではないからです。

しかし、ステートレス検証にVerkle TreesやSTARKsが組み込まれる場合、にとってどちらの方法が良いのでしょうか Ethereum？どちらの方法にも長所と短所があります。Verkle Treesは楕円曲線ベースのベクトルコミットメントを使用するため、コンパクトな証明を作成できますが、将来の量子攻撃に対して脆弱な場合があります。また、 Ethereumの現在のアーキテクチャで実装しやすいという利点もあります。一方、STARKsは証明サイズが小さく（Verkleの2.6 MBに対し約100～300 kB）、証明時間が短縮される可能性があります。ただし、STARKsはより多くの計算能力を必要とし、 には Ethereumのシステムまだ完全に統合されていません。

Ethereum 、ブロック検証だけでなく、他のアプリケーションにおいても、より高速かつ効率的になる必要があります。メモリプール、インクルージョンリスト、ライトクライアントなどが含まれます。これらのユースケースでは、アカウント残高やトランザクションの有効性といった項目を検証するために、膨大な数の証明が必要となると報告されています。そのため、STARK証明よりもシンプルなマークルブランチが使用される可能性があります。Buterin氏は、マークルブランチは更新可能であり、それが利点となる可能性があると述べています。

一方、 Ethereum 必要がある コミュニティは 残りの作業に Ethereum。 も取り組む。ブテリン氏によると、これにはEIP-4762によるガス料金分析が含まれる。ステートレスクライアントのガス料金の変更がにどのような影響を与えるかが検討されるまた、 ステートレスへの移行は複雑であるため、移行プロセスもテストする必要がある。さらに、 テストが十分に行われていないポセイドン などの新しいSTARK対応ハッシュ関数のセキュリティ分析も必要だ と報じられている。SHA256 などの新しいハッシュ関数や証明システムのセキュリティ分析を実施することも重要なステップである。

Ethereum 耐量子 暗号

Buterin氏によると、Verkle、 保守的な ハッシュ関数を用いたSTARK 、そして新しいハッシュ関数を用いたSTARKの3つのアルゴリズムには トレードオフがある。Verkle 木は最も実用化が容易だが、量子耐性がなく、SNARKのような高度なシステムでは証明が難しいとButerin氏は説明する。

ハッシュベースのアプローチ（STARK）はノード間の同期時間を短縮できますが、この技術にはさらなる開発とセキュリティ分析が必要です。Verkleツリーは更新が容易（ メモリプール や包含リストに便利）ですが、特定の高度な暗号証明（SNARK）には扱いにくいという欠点があります。

これらのトレードオフに対処するため、ブテリン氏は格子ベースのマークル木を 量子耐性のある代替手段 として提案しています。しかし、これを 現在の Ethereum 構造に統合するのは複雑です。 もう一つの選択肢は、 平均ケースと最悪ケースの効率格差を分離するために多次元ガス Ethereum 極端なケースで必要なハッシュ数を削減できることを意味します。これにより、 Ethereum 時間を増やすことができます を導入することです。これは、多次元ガスによって状態ルートの計算を次のブロックまで遅らせ、証明生成に利用できる 。

への道は Ethereum ストレージの 負担

ブテリン氏のブログでは、EVMの妥当性証明が現在、セキュリティと 証明者 時間において課題を抱えていることも強調されています。 Ethereumのスケーラビリティと分散化の課題には、証明生成の課題への対処も伴います 。EIP-4444では、クライアントのデータストレージ負荷を軽減するために、ステートレス検証と履歴の有効期限切れを実装することが提案されています。さらに、 現在 の 妥当性証明は、速度と効率を向上させるために最適化が必要です。 ブテリン氏は、このプロセスを加速するために、並列化や 高度なハードウェアの使用といった戦略を提案しています 。

The Vergeは 、ステートレス性と効率的な検証に重点を置いた、 Ethereum。STARKへの対応は、PoSネットワークのスケーラビリティを確保するための他のいくつかのアップグレードにおいても重要になると報じられています。 の変革となるでしょう課題は残るものの 、これらの技術の実装に伴うトレードオフも存在します。