イーサリアムライトクライアントHelios：信頼不要のオンチェーンデータアクセスの実現

ブロックチェーンの核心的な価値は、信頼を必要としないことです。ブロックチェーン技術を通じて、ユーザーは自分の資産やデータを真に管理することができます。イーサリアムなどのパブリックチェーンは、この約束を大いに実現していますが、便利さを追求するために、ユーザーはしばしばいくつかの妥協を行います。その中で最も一般的なのは、中央集権的なRPCサービスを使用することです。

ほとんどのユーザーは、中央集権的なプロバイダーを通じてイーサリアムネットワークにアクセスしています。これらの企業はクラウドサーバー上で高性能ノードを運営し、ユーザーに便利なオンチェーンデータクエリサービスを提供しています。ウォレットがトークンの残高や取引の状態を照会する必要があるとき、ほぼすべてがこれらの中央集権的なプロバイダーに依存しています。

しかし、この方法には1つの問題があります: ユーザーはクエリ結果の正確性を検証できず、サービスプロバイダーを完全に信頼しなければなりません。この問題を解決するために、Heliosという名前のイーサリアムライトクライアントが登場しました。

HeliosはRustに基づいて開発されたイーサリアムのライトクライアントで、完全に信頼を必要としないオンチェーンデータアクセスを提供します。これはイーサリアムがPoSに移行した後のライトクライアントプロトコルを利用し、信頼されていない中央集権的RPCデータを検証可能なローカルRPCに変換します。中央集権的RPCと組み合わせることで、Heliosは完全ノードを実行せずにデータの真実性を検証できます。

Heliosの大きな利点は、迅速な同期と低ストレージ要件です。約2秒で同期を完了し、追加のストレージスペースは必要ありません。ユーザーは、(携帯電話やブラウザプラグイン)を含む任意のデバイスを通じて、安全にオンチェーンデータにアクセスできます。これは、利便性と分散化を両立させるのが難しいという問題を効果的に解決します。

中央集権的インフラの潜在的リスク

現在はまだ発生していませんが、理論的には中央集権的RPCに対する攻撃パターンが存在します。攻撃者は、ユーザーがよく使うRPCサービスを模倣して罠を設定する可能性があります。ユーザーが通常の操作(を行う際、例えば、分散型取引所で取引)を行うときに、新しいタイプのサンドイッチ攻撃に遭遇する可能性があります。

この攻撃の鍵は、RPCが提供する価格データを操作することにあります。RPCプロバイダーが正確なスマートコントラクトの価格を提示しない場合、ユーザーは知らず知らずのうちにスリッページの大きい交換取引に署名する可能性があります。さらに悪いことに、悪意のあるRPCプロバイダーはこの取引を傍受し、公共メモリプールにブロードキャストするのではなく、利益を得ることができます。

この攻撃の根本的な原因は、ユーザーがブロックチェーンの状態を取得するために第三者を信頼する必要があることです。一部の経験豊富なユーザーはリスクを回避するために自分のイーサリアムノードを運営することを選択しますが、これには多くの時間とリソースの投入が必要であり、一般のユーザーにとってはハードルが高いです。

注目すべきは、現在そのような攻撃事件は発生していないということです。Alchemyなどの主流RPCプロバイダーは評判が良く、信頼できます。しかし、馴染みのないRPCサービスを使用する際は、ユーザーは依然として警戒を怠ってはいけません。

Heliosの仕組み

Heliosは実行層とコンセンサス層の2つの部分で構成されており、これらの層は密接に結合されています。ユーザーは単一のソフトウェアをインストールして実行するだけで済みます。

コンセンサス層では、Heliosはビーコンサインの同期委員会メカニズムを利用しています。同期委員会はランダムに選ばれた512人のバリデーターで構成され、サービス期間は約27時間です。2/3を超える委員会メンバーが署名したブロックヘッダーは、規範ビーコンサインに存在する可能性が非常に高いと見なされます。Heliosは最近の同期委員会の署名を照会することでチェンヘッドを追跡します。

現在の同期委員会を見つけるために、Heliosはまず信頼の根として弱い主観性チェックポイントを必要とします。このチェックポイントは、過去のある時点でオンチェーンに組み込まれた古いブロックのハッシュを保証できるものです。Heliosはコードに初期チェックポイントをハードコーディングし、ローカルに最新の最終ブロックハッシュを保存して、今後の同期のチェックポイントとします。

実行層において、Heliosの目的は、コンセンサス層で検証されたビーコントランザクションヘッダーと信頼されていない実行層RPCを組み合わせて、検証済みの実行層データを提供することです。それは、状態ツリーのマークル証明を利用して、アカウント情報などのデータの真実性を検証します。

この方法により、Heliosは信頼できないRPCからのすべてのデータを検証できる。RPCプロバイダーはデータアクセスを提供することを拒否する可能性があるが、誤った結果を提供することはできない。

ヘリオスの応用の展望

Heliosはユーザーに対して、完全なノードを実行することなく、どのデバイスからでもオンチェーンデータに安全にアクセスできる軽量なソリューションを提供します。ユーザーはMetaMaskなどのウォレットでHeliosをRPCプロバイダーとして設定し、信頼不要のDAppアクセスを実現できます。

さらに、RustがWebAssemblyをサポートしているおかげで、開発者はHeliosをJavascriptアプリケーション、例えばウォレットやDAppに簡単に組み込むことができます。これにより、イーサリアムエコシステム全体のセキュリティが向上し、中央集権的なインフラへの依存が減少します。

Heliosプロジェクトにはまだ大きな成長の余地があります。将来的な改善の方向性には、P2Pネットワークから直接ライトクライアントデータを取得することのサポート、欠落しているRPCメソッドの充実、WebAssemblyバージョンの構築、ウォレットソフトウェアとの深い統合、WebAssemblyに基づくネットワークダッシュボードの開発などが含まれます。

Heliosなどのライトクライアント技術の発展に伴い、イーサリアムエコシステムはより分散化され、安全性が高まると同時に、良好なユーザー体験を維持します。これにより、ブロックチェーン技術はより広範なアプリケーションシーンに拡大し、より多くのユーザーを分散型ネットワークに参加させることが期待されます。