ビットコインのブロックサイズの変遷とその影響

ブロックチェーンサイズEthereum

ビットコインネットワークとは異なり、Ethereumは各ブロックのサイズをメモリごとに明示的に制限せず、各ブロックのサイズは義務付けられています。 ガスリミットブロック。

Ethereumブロックの調整により、ブロックにラップできるトランザクションボリュームが効果的に制限されます。 Gaslimitパラメーターは、イーサリアムの未成年者によって集合的に決定されます。 つまり、投票によりGaslimitの価値を増やすか、動的に減少させます。

最新の投票は2019年後半でした。 未成年者は、元ガスの800万単位のイーサリウムガスリミットブロックを1,000万に増やすために集合的に投票しました。 。 サイズは約25％増加し、理論的にはイーサリアムネットワークのTPSが改善されました。

1時間後、あなたと事故に会った鉱業スイミングプールの他の2人の参加者は、ナビゲーターとブロック交換の一部が、誰かが猫の部屋にTwitterアカウントを公開するのを見ました。 新しい持続可能なチェーン協定開発基金」。

朝、議論はTwitterとコンテンツを検閲しなかったコミュニティフォーラムで主に分散しました。 しかし、当時450万のトークンの大部分が他の資産に変換されており、数十億ドルの債務取引が行われました。 コンセンサスノードの79％、およびすべてのメインブロックチェーンブラウザーとライトポートフォリオの終わりは、この新しいチャネルに従います。 おそらく、新しい開発者基金は特定の開発に資金を供給するか、おそらくこれらすべてがメインマイニングプール、交換、およびそのコピーによって飲み込まれるでしょう。 しかし、結果がどうであれ、ファンドは実際にはfait recompiであり、普通のユーザーは抵抗することはできません。

そのようなテーマ映画があるかもしれません。 多分それはモロフダオまたは他の人によって資金提供されるでしょう組織。

これはあなたのブロックチェーンで起こりますか？ マイニングプール、ブロックナビゲーター、宿泊施設ノードなど、ブロックチェーンコミュニティのエリートは十分に調整でき、同じ電報チャンネルとWeChatグループにある可能性があります。 彼らが本当に契約のルールを彼らの利益のために突然変更したいなら、彼らはこの能力を持つことができます。 Ethereumブロックチェーンは、10時間でコンセンサスの障害を完全に解決しました。 このような社会的協力攻撃に抵抗する唯一の信頼できる方法は「パッシブ防御」であり、この力は分散型グループであるユーザーから来ています。

ユーザーがブロックチェーンチェックノード（直接検証またはその他の間接テクノロジー）を実行し、鉱山の90％以上が歴史であっても、プロトコルのルールに違反するブロックを自動的に拒否するかどうかを想像してください。 労働者またはステイカーがこれらのブロックをサポートしている場合、発展します。

各ユーザーが検証ノードを実行すると、攻撃はすぐに失敗します。 一部のプールとマイニング交換は取り除かれ、プロセス全体で愚かになります。 しかし、一部のユーザーのみがチェックノードを実行したとしても、攻撃者は大きな勝利を勝ち取ることができません。 それどころか、攻撃は混乱につながる可能性があり、異なるユーザーはブロックチェーンの異なるバージョンを見ることができます。 最悪の場合、進行中のチェーンが続いている市場のパニックは、攻撃者の利点を大幅に減らします。 そのような長期の紛争に対応するという考えは、それ自体がほとんどの攻撃を止めることができます。

この主題に関するHasuの見解：

"POWまたはPOSではなく、ユーザーのユーザーチェックチェーンの栽培によりマルウェアの変更に耐えることができる何かを明確に理解する必要があります。 コラボレーション攻撃ですが、1つのことは絶対に明らかです。 ノードが良いほど、悪意のあるノードは少なくなり、ノードの完全な作業には本当に必要です。 特定の完全なノードのしきい値を下げることができる専用の素材は、実際、スケーラビリティを改善することは想像ほど良くありません。

多数のトランザクションを処理する完全なノードの容量は、主に3つの側面によって制限されます。 ノードを実行するために分割しますか？

帯域幅：現在のネットワーク接続に応じて、ブロックにはいくつのバイトが含まれますか？

ストレージ：保存に使用するようにユーザーにどのくらいのスペースを依頼できますか？ さらに、読み取り速度はどの程度速度であるべきですか？ （C.これらの3つの要因を順番に説明できます：

計算の能力

悪い答え：CPUの100％はブロックのチェックに使用する必要があります

正解：CPUの約5〜10％をブロックのチェックに使用できます

制限が非常に低い4つの主な理由は次のとおりです。

攻撃の可能性をカバーするために安全限界が必要です（の弱点を使用して攻撃者によって作成されたトランザクションコードには、通常のトランザクションよりも長い治療時間が必要です）

ノードは、ライン後のブロックチェーンと同期できる必要があります。 1分間切断されている場合、数秒で同期を終了できるはずです

進行中はバッテリーを非常に迅速に空にしないでください。

ノードには、他の非ブロック生産作業もあります10％が必要ですか？ この問題には、ビットコインやステークの証拠の使用など、多くの修正があります。 しかし、これらは他の4つの問題を解決していないため、多くの人がそれを期待していたので、スケーラビリティを大きな進歩させていません。

平行性も魔法の薬ではありません。 一般的に、モノモードされたブロックチェーンと思われる顧客でさえ並行しています。 署名はスレッドで検証できますが、実行は他のスレッドによって実行され、バックグラウンドのプールトランザクションのロジックを扱う別のスレッドがあります。 さらに、すべてのスレッドの使用率が100％近くであるほど、エネルギー消費量が多くレースノードを消費し、安全係数が低くなります。

帯域幅

エラー回答：10 MBのブロックが2〜3秒なしで生成された場合、ほとんどのユーザーのネットワークは10 MB/乾燥を超えており、もちろん、これらの領域を管理します。 ブロック< / p>

正解：12秒ごとに1〜5 MBのブロックを扱うことができますが、これは常に困難です。 一般的です。 ただし、主張されている帯域幅と、次の理由で予想される実際の帯域幅には大きな違いがあります。 したがって、バイト数を取得するには、請求されているビット数を8で割る必要があります。

他の企業と同様に、ネットワークオペレーターはしばしば嘘を発明します。

同じネットワーク接続を使用するアプリケーションは常にいくつかあります。 そのため、ノードは帯域幅全体を排他的に占有することはできません。

P2Pネットワークは必然的に一般的なコストを導入します。 ノードは通常、同じブロックを数回ダウンロードして再テラーすることになります（ブロックにラップされる前にメムプールを介してトランザクションが拡散されることは言うまでもありません）。

Starkwareが2019年にエクスペリエンスを実施したとき、データ交換のコストを削減した後、500 kbのブロックを初めて公開し、一部のノードはこのサイズのブロックを管理できませんでした。 大きなブロックを管理する能力は、改善され続けています。 しかし、私たちが何をしても、私たちはまだMB / SECで平均帯域幅を得ることができず、1秒の期間を受け入れ、このサイズのブロックを管理する能力を持つことができると確信しています。

ストレージ

悪い答え：10tb

正解：512 GB

その他同じ場所：理論と実践の違い。 理論的には、Amazonで8 TBの固体状態でパイロットを購入できます（SSDまたはNVMEに必要です。 ブロックチェーン条件の保存にはハードドライブが遅すぎます）。 実際、私がこのブログを512 GBで書いていたラップトップで、人々に機器を買いに行かせた場合、多くの人が怠zyになります（または800ドルの8TBSSDを買う余裕がありません）。 集中サービス。 ストレージデバイスにブロックチェーンをロードできたとしても、多くのアクティビティにより、ディスクをすばやく排出し、新しいものを購入させます。

ブロックチェーンプロトコル研究者のグループは、全員のディスクスペースを研究しました。 サンプルのサイズは小さいが、常に

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inさらに、ストレージサイズは、新しいノードがオンラインであり、ネットワークに参加するのに必要な時間を開始できることを決定します。 既存のノードが保存する必要があるすべてのデータは、新しいノードがダウンロードする必要があるデータです。 この最初の同期時間（および帯域幅）は、ユーザーがノードを実行できるようにするための大きな障害でもあります。 このブログ投稿を書くことで、新しいGetth Knotを同期するのに約15時間かかりました。 イーサリアムの使用が10倍増加すると、新しいGethノードを同期するのに少なくとも1週間かかり、ノードとのインターネット接続が制限される可能性が高くなります。 これは、攻撃中にさらに重要です。 攻撃に対する応答が成功すると、ユーザーが以前にノードを実行しなかったときにユーザーが新しいノードをアクティブにする必要があります。

相互作用効果

さらに、これらの3種類のコストの間には相互作用効果があります。 データベースは内部ツリー構造を使用してデータを保存および回復するため、データベースからデータを取得するコストは、データベースの対数サイズとともに増加します。 実際、上位レベル（または最初のレベル）はRAMのキャッシュである可能性があるため、ディスクへのディスクアクセスはデータベースのサイズに比例し、RAMのキャッシュデータの倍数です。

このグラフは文字通り理解していません。 異なるデータベースは異なって動作します。 一般に、メモリ内の部分は別の（ただし大きな）レイヤーです（LevelDBで使用されているLSMツリーを参照）。 しかし、基本原則は同じです。

たとえば、キャッシュが4 GBの場合、データベースの各レイヤーが前のレイヤーの4倍高い場合、64 GBのイーサリアムの現在の状態は約2アクセスが必要であると想定しています。 しかし、状態のサイズが4倍増加して約256 GBに増加すると、これは約3訪問に増加します。 その結果、ガス限界の4倍の増加は、実際にブロックチェック時間の約6倍の増加に変換できます。 この効果はさらに大きくなる可能性があります。 ハードドライブは、いっぱいのときに読み書きに時間がかかります。

それはイーサリアムにとって何を意味しますか？

Ethereumブロックチェーンでノードを実行することは多くのユーザーにとって課題になりましたが、少なくとも通常の機器の使用は常に可能です（私はこれを私のもので書いたばかりで、ノードはラップトップで同期されます！） 。 したがって、私たちはボトルネックに会おうとしています。 基本的な開発者にとって最も重要な問題は、ストレージサイズです。 その結果、コンピューターとデータのボトルネックは現在、多大な努力で解決されており、コンセンサスアルゴリズムの変更でさえ、Gaslimitの大幅な改善を引き起こす可能性は低いです。 最大のイーサリアムバックが解決されたとしても、20％しか増加できません。

ストレージサイズの問題に対する唯一の解決策は、ステートレスで遅いことです。 ステートレスさを使用すると、永続的なストレージを維持せずにノードのグループを確認できます。 遅いステータスは非アクティブになります最近訪問されていない状態であり、ユーザーは更新するための手動証拠を提供する必要があります。 これらの2つのパスは長い間研究されており、無国籍に関する概念実証の実装を開始しています。 これらの2つの改善の組み合わせは、これらの懸念をかなり軽減し、ガスリミットを大幅に改善するためのスペースを開くことができます。 しかし、ステートレス状態と後期状態の実施の後でも、ガソリンガスは、他の制限が動作し始めるまで安全に3回しか増加できません。

中期のもう1つの可能な解決策は、ZK-SNARKSを使用してトランザクションを検証することです。 ZK-Snarksは、利用できない攻撃からデータを保護するためにブロック内のすべてのデータをダウンロードする必要がある場合でも、通常のユーザーが自分のステータスを保存したり、ブロックをチェックする必要がないことを保証する場合があります。 さらに、攻撃者が非検証ブロックを力で強制できなくても、合意に基づいたノードを実行することが難しすぎる場合、攻撃の調整された改訂のリスクがまだあります。 その結果、ZK-Snarksはノードの容量を無限に改善することはできませんが、それでも大幅に改善できます（おそらく1〜2桁）。 一部のブロックチェーンは、layer1でこの形状を探索しますが、EthereumはZksync、Loopring、StarknetなどのLayer2プロトコル（Zkrollupsとも呼ばれます）を利用します。

壊れた後はどうなりますか？

シェービングは、ブロックチェーンに含まれるデータを1つのノードのみを処理および保存する必要があるデータから分割するため、上記の制限を根本的に解決します。 ノード検証ブロックは、直接ダウンロードして実行することではなく、高度な数学的および暗号化技術を使用してブロックを間接的に確認します。

したがって、保存されたブロックチェーンは、ユナイテッドブロックチェーンが到達できない非常に高い流量レベルを持つことができます。 これには、ナイーブな完全な検証を効果的に置き換えるために、非検証ブロックを拒否するために多くの暗号化手法が必要ですが、これは実行できます。 理論はすでに基礎にあり、プロジェクト仕様に基づく概念実証はすでに進行中です。

イーサリアムは、ノードが一つの輝きとタグを同時に処理できる必要があり、チェーンビーコンが各フラグメントでなければならないという事実によって、総スケーラビリティが制限される2次断片を採用する予定であり、実行されたものは、いくつかの固定管理作業を実行します。 バーストが大きすぎると、結び目が単一の輝きを処理できなくなり、フラグメントが多すぎると、結び目はビーコンのチェーンを処理できなくなります。 これら2つの制約の積は上限を構成します。

立方体の断片や指数関数的な断片のおかげで、さらに進むことができると想像できます。 このような設計では、データの可用性のサンプリングは確かにより複雑になりますが、これは可能です。 しかし、トランザクションフラグメントのフラグメントから得られた追加の進化する利点は、他のリスクレベルが許容できるという前提で実際には得られないため、イーサリアムは二次的なものではありません。

では、これらのリスクは何ですか？

ユーザーの最小数

ユーザーが参加する準備ができている限り、セグメント以外のブロックチェーンが実行できると想像できます。 しかし、これは断片化されたブロックチェーンの場合はそうではありません：単一の結び目がチェーン全体を管理できないため、十分なノードはブロックチェーンを共同管理するために必要です。 各ノードが50 TPSを管理でき、チェーンが10,000 TPSを管理できる場合、チェーンは生き残るために少なくとも200ノットを必要とします。 チェーンがいつでも200ノット未満の場合、ノードの同期につながる可能性があります。 または、ノードソフトウェアのパラメーターに応じて、ノードが非検証ブロックの検出を停止するか、他の多くの悪いことが発生する可能性があります。

実際には、冗長性（データの可用性のサンプリングを含む）が必要なため、セーブルの最小数は、「チェーンTPをノードTPで割った」の数倍です。 1000ノットでビットを調整します。

ストライプブロックチェーンの容量が10倍増加すると、ユーザーの最小数も10倍増加します。 今、あなたは尋ねることができます：多くのユーザーがいるとき、なぜ私たちはより低い能力と増加から始めないのですか？

ここにはいくつかの質問があります：

blockchainilは、一意のユーザーの数を確実に検出することができないため、バーストの数を検出して定義するためには、一種のガバナンスが必要です。 容量の制約のガバナンスは、簡単に分裂と競合の源になる可能性があります。

多くのユーザーが突然誤って同時に切断された場合はどうなりますか？

フォークを開始するために必要なユーザーの最小数を増やすと、悪意のあるコントロールに対する防御がさらに困難になります。

ユーザーの最小数は1,000で、これはほぼ正しいです。 一方、ユーザーの最小数は100万人を超えて定義されていますが、これは確かに不可能です。 ユーザーの最小数でさえ10,000人であり、危険にさらされる可能性があります。 したがって、数百以上の断片を持つフランクブロックチェーンを正当化することは困難なようです。

歴史的退職

ユーザーが本当に感謝しているブロックチェーンの重要な属性は永続性です。 企業が破産したり、エコシステムが利点を生み出していないと主張すると、サーバーに保存されているデジタル資産は10年以内に存在しなくなります。 そして、イーサリアムのNFTは永続的です。

はい、2372年までに、人々は常に暗号化された猫をダウンロードしてチェックすることができます。

しかし、ブロックチェーンの能力が高すぎると、ある時点で大きなリスクが発生するまでこのすべてのデータを保存することがより困難になり、特定の履歴データが終了するまで 誰もそれらを保存しません。

このリスクを定量化するのは簡単です。 〜30を掛けて、年間保存されたデータ（TB）をブロックチェーン（MB / SEC）のデータ容量に取得します。 現在のフラグメントプランのデータ容量は約1.3 MB /秒であるため、年間約40 TB /年です。 10回増加すると、400〜1年になります。 データへのアクセスだけでなく、実用的な方法で必要な場合は、メタデータ（要約トランザクションの減圧など）も必要であるため、年間4pb、または10年で40pbに達します。 Internet Archive（Internet Archive）は50pbを使用します。 したがって、これは脆弱なブロックチェーンのセキュリティサイズの上限と見なすことができます。

したがって、これらの2つの次元では、イーサリアムフラグメントの設計は、実際には合理的な最大セキュリティ値に非常に近いようです。 定数は少し増加する可能性がありますが、それほど多くはありません。

結論

ブロックチェーンを拡張しようとするには、基本的な技術的改善とパラメーターを改善する2つの方法があります。 まず第一に、増加設定は魅力的に思えます：食事用紙で数学を作ると、ZK-SNARK、ロールアップ、またはシャードを必要とせずに、基本的なラップトップが毎秒数千のトランザクションを管理できると信じるのは簡単です。 残念ながら、このアプローチが根本的に欠陥がある多くの微妙な理由があります。

ブロックチェーンノードを実行しているコンピューターは、CPUの100％を使用してブロックチェーンを確認できません。 コンピューターでノードを実行するときに、他のアプリケーションに同時に使用できるようにしたくありません。 帯域幅も限られています。 10MB / sの接続は、10 MBブロックを1秒あたり処理できることを意味しません。 たぶん、1〜5 MBのブロックは12秒ごとに扱うことができます。 ストレージにも同じことが言えば、ノードの実行の材料要件を増やし、専用ノード演算子を制限することは解決策ではありません。 分散型ブロックチェーンの場合、通常のユーザーはノードを実行し、レーシングノードが普遍的な動作であるという文化を形成できることが重要です。

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ネットワークの混雑は一般的にネットワーク障害の現象を指します：LANオフィスコンピューターは使用します。 LAN adslmodem +ハブ共有インターネットアクセスルーティング機能。 オンラインの人数が同時に比較的緩くなると、オンラインの人数が同時に同時に禁止され、ハブの衝突インジケータの光が継続的にフラッシュすると、ネットワークが禁止されます。

ブロックチェーンアプリケーションでは、デジタル通貨、インテリジェント契約、分散型取引システムなど、ネットワークは独立したノードで構成され、ノードで発生します。 ステータスなどは、トランザクショントランザクションデータの形でネットワーク上に配布され、未成年者を介して新しいブロックに詰め込まれ、最終的にメインチャネルのフレームワーク内でこれらすべての操作を確認しました。

多くのノードと多くの使用がある場合、それらはすべてネットワークに混雑しているため、通常の時間内に多数のトランザクションが梱包される時間はありません。 通常、保留中はうなずきの記憶に維持されます。 ブロックチェーンの混雑です。

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ネットワークの輻輳がどのように生成されるか

ビットコインブロックの現在のサイズは1 mで、約7回のトランザクションのみが処理できます。 2番 。 トランザクションの量は増加し続けていますが、ビットコインネットワークがトランザクションを迅速に確認することは困難であり、ブロックチェーンネットワークはしばしば混雑を受けます。

ブロックチェーンネットワークの最高は、数万のトランザクションがバックログがあり、特定の転送トランザクションが数十ドルと同じくらい高いことです。 詰め込まれます。

実際には、ブロックチェーンアプリケーションの種類ごとに、この問題が存在します。 つまり、ユーザーはトランザクションの遅延について常に不満を述べていますが、間接的に幅広いアプリケーションとユーザーサイズを証明しています。

では、これらの問題が発生した場合はどうすればよいですか？

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ネットワークの混雑を解決する方法

次の方法しかありません。

最初のタイプの容量拡張により、治療能力が向上します。

2番目の傍受は、ブロックチェーンパッケージの数を制限することです。

上記の2つの方法が組み合わされています。

シドニー大学の研究者が持っています100マシンで1秒あたり440,000のトランザクションに到達できる新しいブロックチェーンシステムを開発しましたが、ビザトランザクションプロセッサは56,000です。

Jadechainパブリックチェーンシステムが一度、Jadeの生態学的応用におけるネットワーク輻輳の問題を完全に解決します。