Over Protocol「 Towards True Decentralization」翻訳②
この記事ではOverProtocolの「Towards True Decentralization」というホワイトペーパーの翻訳を行なっています。
引用元：https://drive.google.com/file/d/1DNK0FFOVhnVDRnz8h9RJ1NoDUN4W0He8/view
2 データ階層：ノード運用のためのデータサイズの削減
Over Protocolのデータ階層は、ブロックチェーンデータに階層性をもたらし、データ管理を最適化します。ユーザーは必要最小限のデータのみを保持すればよく、これがブロックチェーン参加の負担を軽減する鍵となります。ブロックチェーンデータは、その使用法とコンセンサスプロセスにおける重要性に応じて、いくつかの層に分類されます。参加者は大量の冗長または無関係なデータの取り扱いを心配する必要がありません。
この設計の中核にあるのがEthanosメカニズムで、従来のブロックチェーン設計が直面する一般的な課題であるデータ肥大化の問題を大幅に軽減します。非アクティブな状態と古い履歴を特定して期限切れにすることで、Ethanosはネットワーク内の重要データと非重要データの最適なバランスを維持します。このメカニズムは、重要データを構成するものについて新しい分類と一連のルールを導入します。結果として、ブロックチェーンネットワークの参加者は最小限のデータ量を保持することが許可されます。
データをより効率的に管理することで、データ階層は潜在的な参加者のエントリーバリアを効果的に下げます。大規模なストレージと処理能力の必要性が減少し、個人や小規模な組織がブロックチェーンネットワークの積極的な貢献者になることがより実現可能になります。この利便性は、より多様な参加者グループがネットワークに参加できるようになるため、分散化を促進します。
2.1 ブロックチェーンデータの再考
図2はブロックチェーンとそのデータを描いています。ブロックチェーンは一連のブロックで構成され、各ブロックは前のブロックにリンクされ、連続した「ブロックのチェーン」を形成します。ブロックチェーン内には、状態（state）と履歴（history）という2つの主要なデータタイプがあります。
状態は、新しいブロックを検証するために不可欠な、アカウントの現在の状況を示します。各ブロックは独自の状態を持っています。これには、残高、nonce、コード、ストレージなどの重要なアカウント詳細が含まれます。図では、これは三角形で表されています。ユーザーの活動とトランザクション量が増加すると、ブロックチェーンの状態も対応して拡大します。この成長は、徐々に大きくなる三角形で視覚化できます。
一方、履歴はブロックチェーンのアーカイブ記録として機能し、ブロックとトランザクションの詳細を保存します。各ブロックは自身の履歴を含みます。ブロックチェーンが進行するにつれて履歴が蓄積され、時間とともにそのサイズが線形に増加します。
常に増大するブロックチェーンデータサイズの問題に対処するため、まず、データを小さなコンポーネントに分割して必要不可欠なデータを特定します。状態はアクティブな状態と非アクティブな状態に分類されます。アクティブな状態は頻繁にまたは最近アクセスされたアカウントに関連し、非アクティブな状態はあまり頻繁にまたは最近アクセスされていないアカウントに関連します。同様に、履歴は最近の履歴と古い履歴に二分されます。新しいブロックの情報は最近の履歴としてラベル付けされ、それ以前のすべてのデータは古い履歴とみなされます。
ノードが維持する必要があるのは、アクティブな状態、最近の履歴、およびブロックヘッダー情報のみです。最近の履歴とブロックヘッダー情報は、ブロックチェーンの再編成を管理するために不可欠です。この重要な情報は必須データと呼ばれ、残りは非必須データとラベル付けされます。非必須データは即時的な重要性は低いかもしれませんが、歴史的な文脈を保存する上で役割を果たします。必須データは図2で濃い灰色で強調表示されています。
Overはユーザーに必須の状態と履歴データのみを保持することを要求します。この集合的な必須状態と履歴データはOver Layerと呼ばれ、非必須の状態と履歴データはNether Layerと呼ばれます。この分類は図3に示されています。
ブロックチェーンデータの階層を識別し管理することで、ブロックチェーンのコンセンサスプロセスに関与するノードのストレージ要求を大幅に削減できます。Over Protocolの一部になることを望む個人や組織は、広範なハードウェア要件の負担なく参加できます。このエントリーバリアの大幅な削減は、より広範で多様な参加者セットへの道を開きます。このようなアクセシビリティは、真の分散化のビジョンを実現する上で重要です。
2.2 Ethanos：状態と履歴管理のための効率的なメカニズム
ブロックチェーンの常に増大するデータサイズの問題に対処することが極めて重要であり、Over ProtocolのEthanos はこれを効果的に処理します。Ethanosは、ブロックチェーンデータの管理において階層的な設計を実現するためのOver Protocolのソリューションです。データのすべての部分が常に同等の重要性を持つわけではありません。
まず、状態データの管理を考えます。ブロックチェーンの状態は、頻繁に使用されるまたは最近アクセスされた状態が再訪される可能性が高いという特性を示すことがよくあります。これを認識し、私たちは状態を再構成し、アクティブ、ステージング、非アクティブの3つの階層に分割された階層モデルを提示しました。アクティブ状態とステージング状態の両方がOver Layer（コンセンサスに不可欠なデータで満たされた層）に存在します。一方、非アクティブ状態はNether Layer（重要だがブロックチェーンの継続的な運用には不可欠ではない層）に移動されます。
Ethanosはエポックを管理することで動作します。エポックはシステム内の時間サイクルです。エポックはいくつかのブロックで構成される単位です。各エポックで、2つの状態トライを確立します。アルゴリズム1はこの初期化プロセスを示しています。各エポックで、まずアクティブな状態の新しい状態トライを構築します。また、前のエポックからのアクティブな状態の完全なセット（現在のエポックのステージング状態と呼ばれる）を参照します。両方の状態がOver Layerに存在します。
各エポックの状態トライ設定が与えられた場合、各トランザクションをどのように処理するでしょうか？各トランザクションは、アルゴリズム2に示されるように状態トライを更新します。新しいトランザクションが特定のアカウントとの相互作用を必要とする場合、まず現在のエポックの状態トライを検索します。そこで見つからない場合、前のエポックの状態トライを検索します。アカウントがそこで見つかった場合、その詳細は現在のエポックの状態トライにシームレスに転送されます。しかし、どちらの状態トライにもアカウントが見つからない場合、それはアカウントが過去のエポックで非アクティブであったか、完全に新しいアカウントであることを示唆します。興味深いことに、Ethanosはこれらの両方のシナリオを同じように扱い、新しいアカウントとみなします。
前のエポックのトライに存在するアカウントがトランザクションで使用されない場合、次のエポックでそのアカウントは非アクティブな状態の1つに分類され、期限切れとみなされます。これらのアカウントは休眠状態にあり、休眠アカウントと呼びます。非アクティブな状態はNether Layerの一部です。しかし、期限切れになったからといって、アカウントが永久に失われるわけではありません。休眠アカウントは、リストレーション（復元）を通じてNether Layerから取り出すことができます。
Ethanosのリストレーションプロセスは、休眠アカウントをアクティブな状態に再統合するためのウェイクアップメカニズムとして機能します。アカウントの存在証明を提供することで、バリデーターはリストレーションの信頼性を容易に確認できます。外部ストレージレイヤーは期限切れ状態の証明を保持し、要求に応じてこれらの証明を提供します。確認後、休眠アカウントは復活し、現在のエポックで操作可能になります。リストレーションアルゴリズムの基本的な概要はアルゴリズム3に示されています。リストレーションに関連する証明検証ステップのより詳細な理解については、付録Aを参照してください。
私たちの包括的な分析を通じて、状態データの保存要件を大幅に削減するように設計されたプロトコルの効果を評価しようとしました。Ethereumの実際のトランザクションを使用し、Ethereumメインネットから1000万ブロックのデータを抽出しました。様々な角度からその有用性を評価するために、異なる非アクティブ化エポックの期間にわたってEthanos状態管理を実装しました。評価はオープンソースのシミュレーターコードを使用して実施され、洞察に富む結果が得られました。
結果は、現在真にアクティブなアドレスの数が全アドレスのわずか5%であることを示しています。この現実はEthanosの効果を大きく強化し、従来のアプローチと比較して10〜20倍小さい状態サイズをもたらします。さらに、Ethereumの状態が年間推定30〜40GB拡大すると予想されるのに対し（ブロックやレシートを除く）、Ethanosは定期的な期限切れメカニズムにより、状態サイズを一定の値に制限します。
次に、履歴データ管理に注目します。履歴はブロックとトランザクションデータで構成され、過去の変更を追跡することができます。時間が経つにつれて、ブロックチェーンの履歴サイズは拡大し、しばしば状態データと同等かそれ以上になります。この成長はノード運用に課題をもたらします。このデータの保存はブロックチェーンの完全性を保つために重要ですが、そのような履歴は新しいブロックの検証に直接参加しません。この懸念に対処するため、Ethanosは履歴データのサイズを効率的に管理します。Over Layerには最近のエポックのブロックヘッダーと履歴データのみを保持します。Ethanosは進行中のチェーンコンセンサスにもはや関連のない古いデータを削除し、Nether Layerに移動します。
Over Protocolの顕著な可能性は、ブロックチェーンとそのデータのサイズを効果的に管理する能力にあります。既存のほとんどのブロックチェーンフレームワークでは、フルノードの設立には1〜2TB、場合によってはそれ以上の容量を持つ高度なソリッドステートドライブ（SSD）が必要です。この前提条件は、現在のブロックチェーンの巨大さと、持続的なデータ成長の予測から生じています。将来的にSSDが必要とする貯蔵容量を予測することは、水晶玉をのぞき込むような感覚です。
しかし、Over Protocolはパラダイムシフトをもたらし、個人が特別な計算資源を必要とせずに個人のコンピューター上でフルノードを構築することを可能にします。これは、Ethanosがデータサイズをコンパクトで制限されたものに保ち、さまざまなストレージ最適化戦略を展開することで可能になります。この状況は、これまでに出版されたすべての本を収容する巨大な図書館を建てる必要があるのではなく、最も重要な本だけで構成される小さな図書館を自宅に持つようなものです。Ethanosの効果は図4に示されています。
Ethanosの導入により、ユーザーは数分でブロックチェーンを同期し、ストレージ需要を大幅に削減し、より高速なトランザクション処理速度の恩恵を受けることができます。これらの利点はユーザーにとってノード運用を簡素化し、ブロックチェーンエコシステム内での真の分散化の実現に向けた大きな飛躍を表しています。
2.3 外部レイヤー：軽量ブロックチェーンの拡張
Over Protocolのスリムなデータ階層は、ハードウェア要件を軽減しただけでなく、より多くのノードがネットワークに参加するプロセスも簡素化しました。これにより、合理化されたOver Protocolによって駆動される、グローバルなピアツーピア（p2p）ネットワークが形成されます。より多くのノードが参加するにつれて、ネットワークのセキュリティと信頼性が相応に向上します。さらに、多数のノードにわたるデータの分散は、一貫した情報の流れを確保し、潜在的な混乱に直面しても堅牢な運用を維持します。
Over Protocolの軽減された運用負担は、ノードが追加の外部レイヤーをサポートする余地を生み出します。これにより、基本プロトコルを超えてネットワークの機能が拡張され、ブロックチェーンエコシステムの能力が広がります。このようなアプローチは、分散型物理インフラストラクチャ（DePIN）モデルに沿っており、ブロックチェーンネットワークのアプリケーションを強化し多様化する上で、これらの外部レイヤーが果たす重要な役割を強調しています。
これらの外部レイヤーの一例は、分散型アプリケーション（Dapps）の使いやすさを向上させるために設計されたインターフェースデータレイヤーです。このレイヤーは、グローバルなp2pネットワークをコンテンツデリバリーネットワーク（CDN）に変換し、スマートコントラクトのフロントエンドアプリケーションを配布します。
柔軟性を持って設計されたOver Protocolは、これらの外部レイヤーの多様な範囲に対応できます。これらの各レイヤーは、ブロックチェーン技術の特定の側面に取り組み、革新をもたらすことを目的としています。Overの機能を継続的に洗練し拡大していくにつれて、多数のこのような外部レイヤーの統合を予見しており、それぞれがブロックチェーンエコシステムにおけるユーザー体験をさらに向上させます。外部レイヤー設計の詳細は付録Bに示されています。
これらの外部レイヤーの潜在的な設計空間は無限であり、革新的なブロックチェーン体験の創出に大きく貢献することができます。これらの外部レイヤーを構想し開発することで、Overはブロックチェーンができることの境界を広げ、すべてのユーザーの体験を継続的に改善するミッションを遂行しています。私たちがロードマップに取り組む中で、これらの革新が実現し、Over Protocolの範囲と機能を強化することを楽しみにしています。
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