バークルの木とは何ですか?イーサリアムのステートレス性の説明

ストレージのボトルネック: 拡大し続ける世界国家のフットプリント

• 分散型スケーリングに対するコアエンジニアリングの障壁 スマートコントラクト ネットワークはトランザクションの実行速度ではなく、データベース ストレージです。 イーサリアムで処理されるすべてのトランザクションについて、バリデーターはすべてのアカウント、残高、残高の記録を継続的に更新し、維持する必要があります。 スマートコントラクト バイトコード、およびストレージ スロット。この集合的なデータ プールは、 グローバル状態。

• ネットワークの従来のデータ構造では、状態はマークル パトリシア ツリー (MPT) と呼ばれる複雑な階層アーキテクチャに保存されます。 ネットワークが老朽化するにつれて、この状態データベースは容赦なく拡大し、数百ギガバイトのしきい値を超えます。受信ブロックを検証するために、フルノードのオペレーターは、このデータをリアルタイムで保存および取得するためだけに、高価で高性能のソリッド ステート ドライブ (SSD) を購入する必要があります。この「国家の肥大化」を放置しておくと、ホームステーカーや消費者層のハードウェアの価格が高騰し、バリデーターセットが一元化される恐れがあります。

• バークルの木 は、このパラダイムを完全に再設計します。として知られる構造ロードマップフェーズ内の中心的なマイルストーンとして機能します。 ザ・ヴァージ、Verkle Trees は次のコンセプトを導入しています。 イーサリアムのステートレス性。 このインフラストラクチャのアップグレードでは、基盤となる台帳データベースを原始的な暗号化ハッシュから高度なベクトルコミットメントに移行することで、状態データベース全体をディスクに保存するためのノードの検証要件がなくなり、長期的な分散化が保護されます。

ネットワークをハードウェアの集中化から保護するために、コア開発者は、として知られる設計を実装しています。 弱い無国籍性。

弱いステートレスなネットワーク アーキテクチャでは、ブロックの生成とブロックの検証の経済的負担が完全に分離されます。

• ブロックビルダー: 商用ブロック ビルダーは、すでに高度に専門化されたプロフェッショナルな組織であり、ディスク上に完全なヘビー ステート データベースを維持し続けています。

• ブロックバリデータ: 個々のバリデーター (32 の ETH セットアップを実行するホーム ステーカーを含む) は、グローバル状態のローカル コピーをディスク上に保持する必要がなくなりました。

• バリデーターは、ローカル データベースに対してトランザクションを実行する代わりに、ブロックと呼ばれる暗号化データのコンパクトなパケットを伴うブロックを受け取ります。 証人。証人には、ブロックのトランザクションが読み取りまたは変更する状態データの正確なスライスが含まれており、このデータが本物であるという証拠と一緒にバンドルされています。

• バリデーターは、この軽量の監視ペイロードに対してブロックを実行するだけです。この構造がイーサリアムの 12 秒ブロック スロット内で安全に動作するためには、これらの監視パケットは、ネットワークの輻輳を引き起こすことなくオープン インターネット全体に即座に伝播できるほど十分に小さい必要があります。

2. マークル パトリシア ツリー内の目撃者のボトルネック

イーサリアムのレガシー マークル パトリシア ツリー アーキテクチャは、暗号証明が大きすぎるため、基本的にステートレスをサポートできません。

MPT 構成では、データ項目は深く狭いツリー構造の最下部にリーフ ノードとして格納されます。単一のデータが本物であることを証明するには、マスター状態のルートに至るまで、その特定のパスに隣接するすべての姉妹ノードのハッシュを証人に含める必要があります。

• 構造的欠陥: ツリーは深くて狭いため、トランザクションのバンドルを証明するには、大量の中間ハッシュ文字列を添付する必要があります。

• 帯域幅の壁: MPT が支援する標準的なブロック監視は、定期的に次の場所にまたがります。 2～15メガバイト サイズは です。このサイズのデータ​​ パケットを 12 秒ごとに数千のグローバル バリデータ ノードにブロードキャストすると、深刻な帯域幅のボトルネックが発生し、その結果、認証の欠落や実行不可能なブロック伝播の遅延が発生します。

3. Verkle ツリー: ベクトルのコミットメントと幅広い分岐の融合

Verkle Trees (の造語) ベクトルのコミットメント と マークルの木) データ ツリーの数学的幾何学構造を根本的に変更することで、証人サイズのジレンマをエレガントに解決します。

極端に広い分岐

標準的なマークル ツリーは狭い分岐要素 (各親ノードが少数の子しか持たない) を特徴としていますが、バークル ツリーは極端な幅で設計されています。 典型的な Verkle ツリー ノードは、次の分岐係数をサポートします。 子供256人以上。 この広いフットプリントにより、ツリーの全体の高さが大幅に平坦化されます。つまり、バリデーターがステート ルートからデータ リーフに到達するために通過する必要がある中間層がはるかに少なくなります。

ハッシュを多項式ベクトルコミットメントに置き換える

開発者が標準の暗号化ハッシュを使用してワイド ツリーを構築しようとすると、すべてのレベルで 255 の兄弟ノードすべてのハッシュを提供する必要があるため、証明サイズは実際に爆発的に増加します。

Verkle Trees は、標準の暗号化ハッシュ アルゴリズムを ベクトルのコミットメント、 は、特に内積引数 (IPA) や Pedersen コミットメントなどの高度な多項式フレームワークを利用します。

• 数学的圧縮: ベクターコミットメントにより、親ノードはその 256 個すべての子を同時に暗号的にバインドし、圧縮することができます。

• 一定サイズの証明: データ パスに沿って個々の兄弟ハッシュをすべてリストする代わりに、ベクトル コミットメントは、パス コンテキスト全体を 1 ステップで検証する単一の統合された多項式証明を作成します。

ツリーの深さを平坦化し、親子検証を圧縮することにより、Verkle Trees はブロック監視の平均サイズをメガバイトからメガバイトまで削減します。 100 ～ 200 キロバイトの小さなサイズ。これにより、ステートレス ノードは、低電力の消費者向けハードウェア上で、受信したブロック プルーフをミリ秒単位で受信、ダウンロード、検証できるようになります。

州インフラ比較マトリックス

メトリック	マークル パトリシア ツリーズ (MPT)	Verkle ツリー (多項式コミットメント)
分岐因子	ナロー(6進/16)	ワイド (256 人以上の子供)
証人のサイズ	メガバイト (大きすぎます)	数十キロバイト（コンパクト）
ノード状態ディスク	100GB以上が必要	~0GB (ステートレス検証)

4. 戦略的実装: Hegotá ハードフォーク調整

• Verkle Trees への移行は、今後の展開中に予定されています ヘゴタ ハードフォーク。市場重視の H1 に続く 2 番目のメジャー アップグレード フェーズを表します。 グラムステルダム リリース。

• 稼働中の数十億ドル規模の運用ネットワークのデータ構造の書き換えは非常に複雑であるため、移行には自動化されたプロトコル状態変換サイクルが必要です。ハード フォークのアクティベーション中、過去の MPT 状態のルートは不変の読み取り専用リーフとして永久に凍結されますが、新しく生成されたすべてのアカウント インタラクション、残高、スマート コントラクト ストレージ スロットは最新の Verkle フォーマットにネイティブにマッピングされ、段階的でダウンタイムのない構造移行が可能になります。

5. DEXTools テレメトリによるプロトコル インフラストラクチャの監査

• イーサリアムがステートレス運用をサポートするためにレイヤー 1 コア実行エンジンをアップグレードするにつれて、結果として生じるトークン資本の流れ、流動性ローテーション、分散型取引所全体の流通市場エコシステムの健全性パラメーターを追跡することが、技術市場参加者にとって重要な規律になります。 

• のような高度な分散型チャート アーキテクチャを通じて分析を調達 DEXツール は、市場参加者に、ライブトークンの動作を監視し、プールの深さを評価し、すべての公開執行ネットワークにわたる契約パラメーターを検査するための重要なユニバーサルプラットフォームを提供します。のようなコア機能を活用することで、 ペアエクスプローラー、 新しいペアのライブ ダッシュボードと統合 トレードストーリー または トップトレーダー 診断ツール、テクニカルトレーダーは局所的な取引高の傾向をシームレスに監査し、大型クジラを追跡できます 財布 による資本の再配分 ビッグ スワップ エクスプローラー、オンチェーンのやり取りを開始する前に自動化された契約の安全性スコアをチェックし、強化されたハードウェア設定が検証済みの市場会場と安全にやり取りできるようにします。 

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