イーサリアム3.0 Beam Chain提案：ZK技術がコンセンサス層を再構築する

2025-07-15 22:28:14

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イーサリアム3.0:ビームチェーンの画期的な提案

最近バンコクで開催された2024 Devcon大会では、イーサリアムエコシステムの各方面の代表が一堂に会し、ブロックチェーン分野の最新の進展と今後のトレンドについて共に議論しました。多くの興味深い共有の中で、"イーサリアム3.0"と呼ばれるコンセンサス層のアップグレード提案——Beam Chainが特に注目を集めました。

この提案はイーサリアム財団の研究者によって提案され、その核心思想はゼロ知識証明技術を利用してバリデータノードの計算および通信負担を最適化することです。この改善は、バリデータになるためのハードルを下げるだけでなく、より多くの参加者がネットワークに参加することを促し、全体的なセキュリティを強化し、冗長な計算を減らし、ネットワークの効率を向上させることができます。さらに、この提案はBeaconチェーンにおける歴史的な理由から残された技術的問題の解決にも焦点を当て、将来的に発生する可能性のある量子コンピュータの脅威に備えることを目指しています。

Beam Chainの提案は、イーサリアムの共同創設者が以前に提案したThe Vergeロードマップと一致しています。The Vergeロードマップには、イーサリアムを全面的に"Snark化"（つまり、ゼロ知識証明技術を適用すること）する計画が含まれており、コンセンサス層と実行層を網羅しています。コンセンサス層の改造は挑戦的な作業と見なされており、継続的な最適化と考慮が必要ですが、Beam Chainの提案はこの難題に対する一つの解決策を提供しています。

Beam Chainは主にコンセンサスレイヤーの改造に焦点を当てており、その核心は状態遷移関数をSnark化することにあります。これには、各タイムスロット、各ブロック、各期間の状態遷移関数の改造が含まれ、コンセンサスアルゴリズム、Stakingロジックの実行、ブロック提案、実行レイヤーの結果検証、Merkleツリーのルート検証、コンセンサス署名の検証と集約、ハッシュ計算、さらには質権の質入れと赎回などの操作が含まれます。注目すべきは、イーサリアムがこの改造を推進する際に、依然として分散化と多様性の原則を堅持しており、特定のゼロ知識証明アルゴリズムやプロトコルの使用を強制しないという点です。

Beam Chainの構想を実現する核心的な課題は、証明効率を大幅に向上させる方法です。現在、数十秒、あるいはそれ以上かかる証明プロセスを秒単位に圧縮する必要があります。この性能ボトルネックを解決するために、専門家がASICチップを使用してゼロ知識証明の全プロセスを加速する提案をしています。今後数年以内に、証明生成時間を十倍以上向上させ、真のリアルタイム証明を実現できると予想されています。

複数の研究チームがGPU、FPGA、ASICなどのハードウェアプラットフォームを利用して、ゼロ知識証明プロセスを加速することを積極的に探索しています。彼らは、複数の主要なゼロ知識証明システムで顕著な性能向上を達成しており、一部のコアアルゴリズムの加速比は百倍以上に達しています。これらの技術的進歩は、従来のブロックチェーンアプリケーションにとどまらず、AIとゼロ知識証明の結合分野でも画期的な進展を遂げており、大規模な言語モデルの検証可能な計算時間を大幅に短縮しています。

量子コンピュータによる潜在的な脅威に直面して、研究者たちはポスト量子暗号ライブラリの開発に積極的に取り組んでおり、コンセンサスプロセスとメモリ読み取りの最適化を通じて、抗量子ブロックチェーンの性能を従来のブロックチェーンの約半分程度に達することができる。

これらの技術探索は、実際の製品に適用され始めています。例えば、いくつかの加速ソリューションは、ゼロ知識証明で一般的に使用されるアルゴリズムに最適化を行い、多スカラー点乗算、数論変換、多項式解法、証明などの重要なコンポーネントが含まれています。これにより、GPUの計算リソースと帯域幅を十分に活用し、計算効率が大幅に向上しました。

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長い間、イーサリアムコミュニティは主に実行層の最適化に焦点を当ててきました。例えば、ブロックのガス制限を引き上げたり、レイヤー2ネットワークを発展させたりすることです。そして、実行層のSnark化はレイヤー2ネットワークソリューションによって顕著な進展を遂げました。Beam Chainの提案は、コンセンサス層のSnark化の新たな章を開き、さらなる革新的なアイデアを刺激することが期待されています。

予見されるように、コンセンサス層と実行層のSnark化が徐々に完了するにつれて、イーサリアムのスケーラビリティと分散化の程度はさらに向上するでしょう。ゼロ知識証明に基づくバーチャルマシン技術は、イーサリアムエコシステムにおいてますます重要な役割を果たすことになります。SNARK証明と後量子暗号を導入し、より低いステーキングのハードルとより速いブロック確認速度を組み合わせることで、Beam Chainはイーサリアムにより強力な分散化特性とより高いネットワーク性能をもたらすことが期待されています。