フォーク選択ルールとは何ですか?

フォーク選択ルールは、ネットワークが競合するフォークに分割されたときに、ノードが正規のチェーンに同意できるようにするイーサリアムのメカニズムです。このプロセスの微妙な違いを完全に理解するには、まずイーサリアムのフォークを正確に構成するものなど、いくつかの基本的な概念を理解する必要があります。

初めての方のために、フォークとは何かについて簡単に説明しましょう。

イーサリアムのフォークとは何ですか?

フォークとは、ブロックチェーンの分岐を指し、それによってネットワークが 2 つのチェーンに分かれます。これは、一部のノードが新しいソフトウェアにアップグレードし、他のノードが古いソフトウェアを実行し続けている場合に発生します。アップグレードされたノードは新しいチェーンに分割されますが、残りのノードは元のチェーンに残ります。このようにして、ブロックチェーンの 2 つの並列バージョンが共存できます。このパスの分割によりかなりの複雑さが生じ、慎重なプロトコルとメカニズムを通じて管理する必要があります。

イーサリアムでの DAO フォークの原因は何ですか?

最もよく知られているイーサリアムのフォークは、2016 年の悪名高い DAO ハッキングによって生じました。DAO は、投資家がイーサリアム プロジェクトに民主的に資金を提供できるようにする分散型ベンチャー キャピタル ファンドとして考案されました。しかし、ハッカーが DAO から 5,000 万ドル相当の Ether を流出させるエクスプロイトが発見されました。盗まれた資金を取り戻し、信頼を回復するために、イーサリアムはハードフォークされました。この介入がイーサリアムの指導原則に準拠していることに全員が同意したわけではないため、これは物議を醸しました。したがって、元のフォークされていないチェーンはイーサリアム クラシックとして継続されましたが、新しいフォークは今日私たちが知っている支配的なイーサリアム チェーンになりました。

イーサリアムのフォーク選択ルールとは何ですか?

フォーク選択ルールは、ノードが競合するチェーン候補を評価し、正当なチェーンで合意に達するためのロジックを提供します。これは、有効なフォークを決定する審判として機能します。明確なフォーク選択ルールがなければ、イーサリアムはフォークが急増しコンセンサスが崩れる曖昧な状態に陥る危険性があります。このルールにより、反対意見に直面しても、同期して進行することが可能になります。したがって、これはイーサリアムの秩序とセキュリティの基礎となります。チェーンの選択を形式化することで、フォークの選択により不確実性が軽減され、意思決定が分散化されます。

フォーク選択ルールはノードが正規チェーンを決定するのにどのように役立ちますか?

最も単純なフォーク選択ルールは最長チェーン ルールです。これにより、ノードは最も多くのブロックがマイニングされたフォークに従います。これは、より大きなハッシュパワーはマイナー間の合意を反映するという原則を利用しています。ただし、マイニングパワーだけでは有効性が保証されないため、Longest Chain ポリシーは攻撃に対して脆弱です。チェーンされたブロックのみに依存するルールでは、より微妙な精度の指標を取得できません。したがって、フォークの重量を量る際のアンクルブロックなどのより豊富な基準を組み込むために、GHOST のような高度なプロトコルが導入されました。より多くのデータポイントをサンプリングすることで、ノードはより多くの情報に基づいて決定を行い、正規チェーン上で調整することができます。

イーサリアムの最長チェーンルールとは何ですか?

最長チェーン ルールでは、ノードはチェーンされたブロックの数が最も多いフォークに従う必要があります。このルールの下では、より大きなマイニング活動と参加を示したフォークがコンセンサスを獲得します。その理論的根拠は、最も長いチェーンがおそらく最も多くのマイニングパワーを引き付け、支配的なバリデーターの観点を反映しているということです。ただし、攻撃者は、正当なマイナーよりも速く無効なブロックを積極的にマイニングすることで、このメトリクスを操作する可能性があります。長さだけでは妥当性が保証されないため、このルールのみに依存するとネットワークがリスクにさらされることになります。したがって、イーサリアムの最長チェーン ルールに代わる、より洗練されたフォーク選択ルールが開発されました。

最長チェーン ルールを使用する場合の制限は何ですか?

最長チェーン ルールには、フォーク選択プロトコルの改善が必要となるいくつかの弱点があります。最も重要なのは、現在のチェーンの前にある無効なフォークを迅速にマイニングするために十分なハッシュ レートを操作する必要があるだけの悪意のあるマイナーによる攻撃に対して脆弱であることです。これにより、ノードをだまして、不正なフォークを正規の正規チェーンとして受け入れることができます。さらに、最長チェーン ルールは、チェーンの正当性をより適切に示す有効性やコミュニティでの採用などの他の要素を考慮していません。また、フォーク間の二重支出攻撃を防ぐメカニズムも提供しません。これらの理由により、イーサリアムは、フォークの有効性を確立するためにより多くのデータポイントをサンプリングする GHOST のような、より堅牢なフォーク選択ルールに移行しました。

GHOST プロトコルは最長チェーン ルールをどのように改善しますか?

GHOST (Greedy Heaviest Observed SubTree) は、チェーンの計量時に長さだけでなく、より多くのフォーク データを組み込むことでセキュリティを強化します。メインチェーンに加えて、GHOST は「アンクル」ブロック、つまりマイニングされたもののメインチェーンに含まれていない孤立したブロックを考慮します。アンクルブロックを考慮に入れることで、GHOST はマイナーの活動をより完全に表現して評価を行います。より多くのおじさんを参照することでチェーンの「重み」が増し、オーバーライドが難しくなります。これは、より多くの割合のおじさんを参照するチェーンは、マイナーによるより多くの作業と労力を表すため、より大きな重みを持っていると見なされることを意味します。その結果、これらのチェーンをオーバーライドすることは、より長いチェーンを作成するためにより多くの計算能力と労力を必要とするため、より困難になります。これにより、ドミナント フォークを特定するためのより完全なコンテキストが提供され、最長チェーン ルールの下で起こり得る秘密マイニング攻撃が防止されます。基本的に、GHOST はネットワーク アクティビティのより全体的なスナップショットを評価することで精度を向上させます。

イーサリアムのアンクルブロックとは何ですか? GHOST はそれをどのように使用しますか?

イーサリアムでは、アンクルブロックとは、マイニングされたもののメインチェーンには含まれていない有効なブロックを指します。通常、これは 2 人のマイナーが同じタイミングでブロックを生成し、最初のマイナーが勝つために発生します。これらの孤立した「アンクル」ブロックは、ブロックチェーンから除外されているにもかかわらず、ノードのアクティビティに関する有用なシグナルを提供できます。 GHOST は、より多くのおじさんを参照するフォークにより大きな重みを割り当てることでこれを利用します。これは、マイナーが新しいブロックを単独でマイニングするだけではフォークを強化できないことを意味します。彼らは、支持を表明する叔父たちのより広いシェアを獲得する必要がある。このように、GHOST はおじさんを利用して、信頼性の高いフォークの選択のためのより情報豊富な絵を描きます。

EIP-155 はリプレイ攻撃を防ぐためにフォーク選択ルールをどのように変更しましたか?

GHOST からの改善にもかかわらず、イーサリアムはリプレイ攻撃に対して脆弱なままであり、それによってトランザクションがフォークされたチェーン間で不正に再ブロードキャストされる可能性があります。これに対処するために、EIP-155 提案ではイーサリアムの署名スキームを変更して、トランザクションを特定のフォークに結び付けるようにしました。これにより、フォーク固有のチェーン ID を使用してトランザクションに署名することが要求されるため、フォーク選択ルールが変更されます。無効としてマークされたトランザクションは、分岐フォーク間で再実行できなくなりました。 EIP-155 は、トランザクションを特定のチェーンにバインドすることで、正当性を損なう可能性のあるクロスフォーク リプレイ攻撃を防ぎます。

イーサリアム 2.0 の実装後、フォーク選択ルールはどのように進化しましたか?

2022 年 9 月 15 日に実行されたイーサリアムのマージは、イーサリアムのアーキテクチャに大きな変化をもたらしました。このマージには、元のイーサリアム メインネットと別のプルーフ オブ ステーク ブロックチェーンであるビーコン チェーンがマージされました。その結果、プルーフ・オブ・ワークはプルーフ・オブ・ステークに永久に置き換えられ、マイニング電力への依存が減り、エネルギー消費が大幅に削減されました。また、マージでは、計画されたビーコン チェーンによりシャード間の合意が容易になるため、セキュリティを維持するためのフォーク選択に関する新しいアプローチも導入されました。フォーク選択ルールは、セキュリティを維持するために、ビーコン チェーン、シャード チェーン、実行層全体で検証信号をサンプリングする必要があります。イーサリアムが進歩するにつれて、この新しい技術領域をサポートするためにフォーク選択ルールも進化し続ける必要があります。この合併はイーサリアム開発の新たな段階の始まりであり、イーサリアムコミュニティはネットワークのセキュリティと回復力を強化するソリューションの革新と開発を継続していきます。