導入

ブロックチェーン技術の発展に伴い、分散型データの利用可能性がブロックチェーンの3つの重要な課題の1つに対処するための重要な方向の1つとして登場しました。この背景の中で、Celestia、EigenLayer、Avail DA、NEAR DAなどのプロジェクトが登場しました。これらのプロジェクトは、革新的な技術と設計を通じてブロックチェーンのスケーラビリティとパフォーマンスの問題に取り組み、それによってブロックチェーンエコシステムの発展を促進することを目指しています。

データの利用可能性の問題

データ可用性への導入

今日のブロックチェーンアーキテクチャでは、データ可用性（DA）が重要なコンポーネントです。従来の単一のブロックチェーンセットアップとは異なり、モジュラーブロックチェーンは、実行、データ可用性（DA）、コンセンサス、決済レイヤーなど、さまざまな機能レイヤーにネットワークを分解します。これらのレイヤーの中で、データ可用性（DA）レイヤーは、トランザクションの妥当性を検証するために必要なデータを保存する責任があります。

ソース: ドキュメントセレスティア

データの利用可能性の問題

ブロックチェーンおよび分散台帳技術において、データの利用可能性の問題は非常に重要な課題です。その核心となるのは、すべての取引データがネットワーク上で公開され、検証されることを確保することであり、これはブロックチェーンシステムの整合性とセキュリティを維持する上で重要です。

ブロックチェーンシステムでは、各ブロックの取引データはネットワークノードによって検証する必要があります。ただし、このデータがネットワーク全体に信頼性を持って分散され、すべての参加者がそれに平等にアクセスできるようにすることは重要な問題です。

データの利用可能性の重要性はなぜですか？

• オフチェーン取引：L2ソリューションは、メインチェーンの外で取引を処理し、システム全体の拡張性を向上させることを目指しています。ただし、このアプローチにはいくつかの課題があり、L2はすべての取引データを即座にL1ブロックチェーンに記録しないため、すべての取引データの整合性と正確性を検証することが困難になる可能性があります。
• レイヤー1のセキュリティに依存：L2ネットワークが独立して動作し、トランザクションを処理できる能力があるにもかかわらず、全体的なセキュリティを確保するためにはL1ネットワークに依存しています。L2からL1へのデータ伝送の整合性と正確性を確保することは、ネットワーク全体の整合性を維持する上で重要です。
• データに依存するソリューションメカニズム：L2ネットワークは、詐欺証明などのメカニズムを適用して潜在的な紛争に対処することができます。これらのメカニズムの効果は、取引データの利用可能性とアクセス可能性に依存します。
• 透明性と信頼問題：透明性はブロックチェーン技術における重要な原則です。L2ネットワークでは、データの利用可能性に関する問題が発生すると、ユーザーは取引の真正性を独立して検証できなくなる可能性があるため、信頼危機が生じる可能性があります。
• 検証の複雑さの増加：L2の導入により、メインチェーンに返されるデータの正確性を確保する複雑さが増し、データの可用性の問題のリスクももたらされ、それがネットワークの信頼性に影響を与えます。

DAソリューションズ

DAレイヤーのさまざまなソリューションは、オンチェーンタイプとオフチェーンタイプに大きく分類されます。

L2ソリューションでは、データの入手性は通常、2つの異なるアプローチを採用しています。

• オンチェーンデータの利用可能性：すべての取引データはL1チェーンに格納され、より高いセキュリティを提供しますが、より高いコストがかかります。これは、L2が引き続きDAレイヤーとしてEthereumを利用し、データの利用可能性のコストを削減するためにEthereumに依存していることを意味します。
• オフチェーンデータの利用可能性：データはオフチェーンに保存され、暗号化された情報のダイジェスト（ハッシュ値）のみがオンチェーンに保存されます。このアプローチはよりコスト効率が良いが、外部の実体がデータを取得する必要があります。言い換えると、イーサリアムはDAレイヤーとして使われなくなり、代わりにデータの利用可能性のためにより経済的な方法が求められます。分散化とセキュリティの程度に応じて、オフチェーンソリューションは4つのタイプに分類されます：Validium、データ利用可能性委員会（DAC）、Volition、および汎用DAソリューション。

DAトラックプロジェクトの概要

データ可用性（DA）ドメインには、比較的少数の参加者しかいません。イーサリアム以外にも、Celestia、EigenLayer、Avail、およびNEAR DAなどの重要なプロジェクトがあり、それぞれがプロジェクトの進捗状況に関する特性を持っています。DAプロジェクトでは、セキュリティ、カスタマイズ性、相互運用性、およびコストなどの要因が重要です。

セレスティア

Celestiaは、ユーザー数の安全な成長をスケールさせることを目指してモジュラーデータ可用性（DA）ネットワークを採用した最初のプロジェクトです。そのモジュラーデザインにより、誰でも独立したブロックチェーンを立ち上げることができます。

モジュラーパブリックチェーンのリーダーとして、CelestiaはCosmos SDKに基づいて開発され、データの利用可能性向上に取り組んでいます。メインネットでは、Celestiaは重要な競争上の優位性を獲得しています。

テクニカルフィーチャー

Celestiaの設計は、実行、コンセンサス、決済、およびデータの利用可能性を分離しています。このモジュラー構造により、各レベルでの専門化と最適化が可能となり、ネットワーク全体の効率とスケーラビリティが向上します。

ソース: ドキュメントcelestia

1. データ可用性サンプリング（DAS）

データ可用性サンプリング(DAS)は、ライトノードがブロック全体をダウンロードせずにデータの可用性を検証できる方法です。 データブロックをランダムにサンプリングすることで、ライトノードはこのデータが正常に取得および検証できるかどうかを判断し、それにより全体のブロックのデータ可用性を推定できます。

ソース:ドキュメントセレスティア

1. ネームスペース付きMerkle Tree (NMTs)

NMTは、ブロックデータを異なるアプリケーション用の別々の名前空間に分割できるようにします。つまり、各アプリケーションはそれに関連するデータのみをダウンロードして処理すればよく、データ処理要件が大幅に削減されます。

ソース：ドキュメントセレスティア

機能解析

• CelestiaのRollupsは、EthereumのRollupsと異なり、Celestia上での動作は仕様状態を独立して決定し、ノードの自律性を高めます。ノードはソフトフォークとハードフォークを通じて自由に動作モードを選択でき、中央集権的なガバナンスへの依存を減らし、より多くの実験とイノベーションを促進します。
• Celestiaのロールアップは、実行とは関係のない特徴を備えており、EVM互換の設計に限定されていません。このオープン性は、仮想マシンの革新により広い空間を提供し、技術の進歩に貢献しています。
• Celestiaは、ブロックチェーンの展開プロセスを簡素化します。Optimintなどのツールを活用することで、開発者は、合意メカニズムの複雑さや高コストを気にすることなく、新しいチェーンを迅速に展開することができます。
• Celestiaは、アクティブな状態の成長と履歴データの保存を分離し、より効率的なリソース価格設定メカニズムを提供します。このアプローチにより、実行環境間の相互干渉が減少し、ユーザーエクスペリエンスが向上します。
• セレスティアのアーキテクチャは、信頼度を最小限に抑えたブリッジの作成をサポートし、異なるチェーンが安全に相互運用できるようにし、それによってブロックチェーンクラスターのセキュリティと相互運用性を向上させています。

Celestiaは、ユーザーの成長に対応しつつスケーリングすることを主な目標とする、最初のモジュール設計のDAネットワークです。そのモジュール構造は独立したブロックチェーンの展開を簡略化します。独自のアプローチと技術革新により、Celestiaはブロックチェーン業界で重要な役割を果たすことが期待されています。特にスケーラビリティの問題に直面しているブロックチェーンが直面する課題に焦点を当て、セキュリティと分散化を維持しながら、進化するブロックチェーンエコシステムにおいて重要な参加者となります。

イーゲン DA

EigenLayerは、ユーザーがETH、lsdETH、およびLPトークンを他のプラットフォーム（サイドチェーンやオラクルなど）に再ステーキングして、ノードとして検証報酬を受け取ることができる再ステーキングプロトコルです。一方、Eigen DAは、EigenLayer Restakingを使用してEthereum上に構築された分散データ可用性（DA）サービスであり、EigenLayer上で最初のアクティブ検証サービス（AVS）となります。

テクニカルフィーチャー

• イーサリアムのデータ可用性能力の強化：Eigen DAはBlobブロックデータとKZGコミットメントを活用し、Canquanアップグレード後にアップグレードされたBlobブロックデータとKZGコミットメントでイーサリアムのデータ可用性能力を向上させます。バリデータはイーサリアム上でのノード検証作業を実行し、全プロセスはイーサリアムの既存インフラストラクチャを中心に展開されます。
• 自律的なコンセンサスとP2Pネットワークはありません：Eigen DAノードは、Ethereum L1のEigenLayer契約でETHを再ステークし、Ethereumのバリデータのサブセットとなります。 保管証明を通じて、各オペレータは定期的に関数の値を計算し、提出する必要があります。この関数の値を計算できるのは、指定された保管期間内に割り当てられたすべてのblobブロックを保存している場合だけです。この関数の値を計算せずにblobを証明した場合、データアイテムにアクセスできる人は、ノードが保持するETHを減らすことができます。これにより、ネットワークのセキュリティと信頼性が確保されます。
• EigenLayerコンセンサスメカニズム：ETHステーカーは、Eigen DAネットワークを検証し、Eigen DA固有のスラッシング条件を受け入れることを選択できます。その後、彼らはPOSバリデーターとして行動し、ネットワークの状態を証明します。
• データ可用性レイヤー：Eigen DAはデータを小さなチャンクに分割し、これらのチャンクに対して消去符号化とKCG多項式コミットを実行して、システムの一部のノードが離脱してもシステムに影響を与えずに各ノードがシステムのほんの一部だけをダウンロードできるようにします。これは、いくつかのブロックが失われても、消去符号が完全なデータ状態を再構築できるためであり、KZGプルーフが、受信したブロックがノードによって宣言されたブロックに一致することを確認します。

ソース: eigenlayer ブログ

特徴分析

• Eigen DAノードはEigenLayerネットワーク内の再ステーキングノードのサブセットであり、Eigen DAノードになるためには追加のステーキングコストは必要ありません。
• 既存のDAソリューションでは、オペレーターはピアからBlobsを受信し、その後同じBlobsを他の人に再送信するためにP2Pネットワークを使用しています。これによりDAレートの達成が著しく制限されます。EigenDAでは、ディスパーサーはBlobsを直接EigenDAオペレーターに送信します。直接通信を通じてデータを分散させることで、データの伝播はもはやコンセンサスプロトコルとP2Pネットワークのスループットに制限されなくなり、通信、ネットワークの遅延、確認時間が減少し、データの提出速度が向上します。
• Eigen DAはEthereumのセキュリティの一部を継承しており、他のDAソリューションよりも高いセキュリティを持っています。
• Eigen DAは、柔軟に異なるステーキングトークンモデル、消去符号比率などを選択するためのRollupもサポートしており、より柔軟性を提供しています。
• 最終確認がイーガンDAコントラクトに依存するため、イーガンDAのコストは最終確認時間の支出面で他のDAソリューションよりも大幅に高くなります。

Eigen DAは、イレーシャコーディング、KZGコミットメント、およびACeDなどの先進技術を採用し、データ可用性（DA）をコンセンサスから分離します。これにより、Eigen DAは取引スループット、ノード負荷、DAコストで優れ、EthereumのDAソリューションをはるかに凌駕します。他のDAソリューションと比較して、Eigen DAは起動コストとステーキングコストが低く、ネットワーク通信とデータ提出速度が速く、柔軟性が高いです。そのため、Eigen DAはDA市場で新たな競争相手となり、いくつかのEthereumのDAサービスをホストする潜在能力を持っています。

利用可能なDA

Avail DAは、次世代の信頼最小化アプリケーションと主権集約のニーズに対処することを目指しています。その際立った特徴は、革新的なセキュリティアプローチにあります。これにより、軽量クライアントがピアツーピアネットワークサンプリングを通じてデータの可用性を簡単に検証できます。Avail DAの比類のないデータ利用インターフェースと堅牢なセキュリティ機能により、開発者はゼロ知識または反詐欺技術に基づいたブロックチェーンアプリケーションをより効率的かつ容易に作成できます。

ソース: 利用可能なプロジェクトブログ

Avail DAの分析

Availは、Ethereum Virtual Machine（EVM）と互換性のあるブロックチェーンで、効率的な取引の順序付けと記録、データの保存、実現可能性の検証を特長としています。従来のスマートコントラクトや基礎レイヤーの依存関係と比較して、AvailではRollupsが直接データを公開し、軽量クライアントネットワークを通じて検証することが可能です。このモジュラーデザインにより、開発者はAvailにデータを保存し、決済に他のネットワークを選択することができ、より柔軟性と選択肢が提供されます。

Availのコンセンサスメカニズムは、Polkadot SDKからBABEとGRANDPAのコンセンサスメカニズムを継承し、PolkadotのNominated Proof of Stake（NPoS）を採用しており、最大1000のバリデータをサポートしています。堅牢なコンセンサスメカニズムに加えて、Availは分散化も特徴としており、データサンプリングのための軽量クライアントP2Pネットワークを通じて効率的で信頼性の高いバックアップメカニズムを提供し、障害が発生してもデータの可用性を確保しています。

Availは取引の順序付け、記録、およびデータの実行可能性検証に優れており、EVM互換のブロックチェーンをサポートしています。その軽量クライアントネットワーク検証メカニズムにより、Avail上のRollupsはスマートコントラクトや基盤とは無関係に軽量クライアントネットワークを通じて状態を検証できます。モジュラーな性質のため、開発者はAvailにデータを格納し、決済に他のネットワークを選択することができます。

ノードの種類

• フルノード：これらのノードはブロックのダウンロードと正確性の検証を担当しますが、コンセンサスプロセスには参加しません。彼らの役割はネットワークの完全性を保証するために重要です。
• バリデーターノード：これらのノードはAvail DAコンセンサスメカニズムの中核です。彼らはブロックの生成、含まれる取引の決定、およびネットワークの順序の維持に責任があります。バリデーターノードはコンセンサスへの参加を通じてインセンティブが与えられ、DA層の運用の基盤を形成しています。
• ライトクライアント：リソースが限られている状況で動作するライトクライアントは、ネットワークへの参加にブロックヘッダを利用します。必要に応じてフルノードに特定のトランザクションデータを問い合わせることができ、これは分散化とネットワークのアクセシビリティを維持する上で重要です。

ニアDA

2023年11月8日、NEAR Foundationは、ETHロールアップとEthereum開発者向けの強力でコスト効果の高いデータ利用可能性を提供するNEAR Data Availability（NEAR DA）レイヤーの開始を発表しました。初期ユーザーには、StarkNetのMadara、Caldera、Fluent、Vistara、Dymension RollApps、およびMovement Labsが含まれています。

ソース: 近くのドキュメント

技術アーキテクチャ

NEAR DAは、ネットワークを複数のシャードに並列化するNightshadeと呼ばれるNEARコンセンサスメカニズムの重要な部分を利用しています。

NEARの各シャードは、チャンクと呼ばれるブロックの小さな部分を生成します。これらのチャンクは、aggreGate.iodされてブロックを生成します。ブロックプロデューサがレシートを処理すると、対応するレシートに対してコンセンサスが必要です。ブロックが処理されブロックに含まれると、レシートはもはやコンセンサスに必要なく、ブロックチェーンの状態から削除できます。したがって、NEARは必要以上のデータでコンセンサスのスピードを遅くしませんが、NEAR DAのユーザーはトランザクションデータをクエリする十分な時間を持つことができます。したがって、スケーラブルかつコスト効果の高いデータ利用性は、どんなRollupソリューションにとっても重要です。NEARプロトコルがステートレス検証に移行すると、特定のバリデータ（ブロックバリデータ）のハードウェア要件がさらに低下します。NEARは状態をメモリに保存することで、より多くのシャードをサポートし、システムの分散化を高めることができます。

アドバンテージ分析

NEAR DAでは、NEARバリデータがコンセンサスの検証を提供し、ブロブの提出を処理する際にコンセンサスに達します。データの永続性に関して、フルノードは少なくとも3日間、機能的な入力データを保存し、アーカイブノードはより長い期間データを保存できます。

NEAR DAの設計は、過剰なデータを無駄にせず、コンセンサスの効率的な利用を確保しています。さらに、このデータはすでにNEAR上のすべての主要ブラウザによってインデックス化されており、インデクサーをサポートするためのサポートを提供しています。

最後に、長期的な可用性の確約に関して、NEAR DAは容易に展開可能なアプローチを採用し、限られた専門知識とツールを持つ誰もがコミットメントを構築できるようにしています。

NEAR-Polygon CDKの統合により、開発者は自身のRollupsを構築し、Polygonエコシステムの一部となることが可能となります。これは、スケーラブルなデータ可用性ソリューションを求める開発者にさらなる選択肢を提供するゼロ知識ベースのLayer 2スタックとNEAR DAの初の統合を実現しています。

結論

ブロックチェーン領域では、Celestia、EigenLayer、Avail DA、NEAR DAなどのDAプロジェクト間の競争が激しい。DAレイヤープロジェクトの増加にもかかわらず、それらのコア技術は過度に複雑ではなく、各プロジェクトは独自の技術的な競争上の利点を誇っています。これらのプロジェクトは、ブロックチェーン技術分野の多様性と革新を示しています。将来、これらのプロジェクトが引き続き発展・成熟するにつれて、ブロックチェーンエコシステムの成長と発展をさらに推進する重要な貢献をすると予想されています。