イーサリアムのデンクンアップグレードは、カンクン-デネブアップグレードとしても知られています。この記事では、スケーラビリティの基礎、カンクンアップグレードとは、カンクンアップグレードが与える影響という、3つの重要な分野について取り上げることで、MEXCerの皆様にカンクンアップグレードを包括的にご紹介します。
2014年、イーサリアムの創始者であるヴィタリック・ブテリン氏は、「次世代スマートコントラクトと分散型アプリケーションプラットフォーム」と題したイーサリアムのホワイトペーパーを発表し、ブロックチェーン技術における「スマートコントラクト」の新時代を幕開けしました。無数のデジタルパイオニアたちはイーサリアムブロックチェーン上に分散型アプリケーションを作成し、DeFi、NFT、GameFiなどの新しい概念が登場し、ブロックチェーンエコシステムは急速に発展しました。
しかし、アプリケーションが増えるにつれて、イーサリアムのパフォーマンスに問題が表面化し始めました。例えば、ブロックチェーンの混雑、高いガス代、1秒あたりのトランザクション数（TPS）が低いことなどです。一般的な中央集権型の金融サービスシステムであるVISAと比較すると、1秒あたり5万件のトランザクションを処理できるVISAに対して、「世界のコンピューター」と呼ばれるイーサリアムは1秒あたり30～40件の取引しか処理できませんでした。この数値は明らかに不十分であると言えます。ユーザーとのやりとりの需要を満たし、取引速度を向上させるためには、スケーラビリティがイーサリアムにとって唯一の選択肢となりました。
イーサリアムのスケーラビリティソリューションは、大きく分けてオンチェーンスケーラビリティとオフチェーンスケーラビリティの2つのカテゴリーに分けられます。オンチェーンスケーラビリティとは、イーサリアムブロックチェーン自体のパフォーマンスを向上させることを指します。これには、以下のような方法があります。1）ブロックサイズを増やす、2）シャーディングの実装、3）コンセンサスメカニズムの変更（注：イーサリアム2.0は、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）へのコンセンサスメカニズムの移行を完了しています）。オフチェーンスケーラビリティとは、イーサリアムプロトコルを変更せずに、イーサリアムレイヤー1ネットワークとは別にスケーラビリティソリューションを実装することを指します。一般的なオフチェーンスケーラビリティソリューションには、サイドチェーンやレイヤー2があります。
異なるスケーラビリティソリューションは、それぞれ異なる方法で1秒あたりに処理できるトランザクション数を増やし、各トランザクションの速度を向上させることができます。ここでは、カンクンアップグレードに関連する概念であるシャーディングとレイヤー2ロールアップソリューションについて紹介します。他のスケーラビリティの方法については、MEXC Learnの記事をご参照ください。
現在レイヤー2ロールアップソリューションは、オプティミスティックロールアップとZKロールアップ（Zero-Knowledge Proof Rollup）の2種類があります。レイヤー2の核心的な考え方は、イーサリアムネットワークに依存しながらもオフチェーンでトランザクションを処理し、イーサリアム自体のパフォーマンスを直接向上させないことです。一方、シャーディングはイーサリアムレイヤー1レベルで実装されるスケーラビリティソリューションです。カンクンアップグレードは、イーサリアムのシャーディングソリューション（Proto-danksharding）への前段階と見なすことができます。
イーサリアムコミュニティのethereum-magiciansによると、今回のデンクンアップグレードは2024年3月13日に実施される予定です。実装が確認されているイーサリアム改良提案（EIP）には、EIP-4844、EIP-6780、EIP-1153、EIP-6475が含まれます。EIP-4844はデンクンアップグレードにおいて極めて重要な役割を担っており、イーサリアムのプロトダンクシャーディング提案でもあります。
EIP-4844の目的は、イーサリアムノードを通じてオフチェーンでデータの保存と取得を可能にすることで、ブロックチェーンアプリケーションのデータとストレージのニーズに応えることです。カンクンアップグレード以前は、ロールアップデータはイーサリアムのコールデータに保存されていましたが、イーサリアムの高価なリソースのために高いストレージコストがかかっていました。EIP-4844はBlobトランザクションと呼ばれる新しいトランザクションタイプを導入します。Blobトランザクションは追加の外部データベースとして機能します。カンクンアップグレード後は、ロールアップデータをBlob形式でイーサリアムにアップロードできます。Blobのストレージコストは大幅に低くなり、ロールアップはより高いTPSと低いリソースコストを実現できます。また、Blobは30日ごとにクリアされる一時的なデータパッケージであり、ノードへの負担を軽減します。
EIP-1153はカンクンアップグレードで2番目に重要な提案です。これは一時的なストレージオペコードを導入し、プロトコルが一時的なストレージを行うことを可能にし、イーサリアムネットワークのガス料金を節約します。EIP-6780はSELFDESTRUCTオペコードに対する修正を提案し、将来的にマークルツリーを適用するための準備をします。マークルツリーを利用することで、イーサリアムはストレージ効率を大幅に向上させることができます。EIP-6475はEIP-4844の補完的な提案です。これはSSZエンコードされたトランザクションタイプを導入し、より良い可読性とコンパクトなシリアライズを提供します。
3.1 イーサリアムのシャーディングの実現
現在のイーサリアムブロックチェーンでは、ノードはすべての状態の情報（計算、ストレージなど）を保存しており、これがイーサリアムのスケーラビリティを大きく制限しています。シャーディングの基本的な考え方は、イーサリアムネットワーク内のノードをいくつかの独立したシャードに分割し、各シャードがより少ない数のトランザクションを処理し、ネットワーク状態の一部を保存するというものです。複数のシャードが並行してトランザクションを処理することで、イーサリアムネットワーク全体の理論的なスループットは指数関数的に増加します。 イーサリアムのロードマップでは、シャーディングの実装過程は3つのステップに分けられています。Proto-danksharding（EIP-4844）、Proposal-Builders Separation（PBS）、Complete Sharding（Danksharding）です。カンクンアップグレードは、イーサリアムシャーディングに向けて重要な第一歩となります。
3.2 ロールアップトラックに恩恵をもたらす
前述したように、カンクンアップグレードではBlobトランザクションと呼ばれる新しいトランザクションタイプが導入されます。Blobの追加データは16MB～32MBに拡張されます。これにより、イーサリアムのデータスループットが大幅に向上し、データストレージコストが低減され、データ可用性が向上します。データスループットの向上は、ブロックがより多くのトランザクションを収容できることを意味し、それによってトランザクションの速度が向上し、ネットワークのガス代が下がります。これはOptimistic RollupとZK Rollupにとって有利です。 以前は、ロールアップアプリケーションはイーサリアムの低いTPSや高いガス代などの制約に直面していました。カンクンアップグレードが実装されることで、ロールアップトラック内のオンチェーン先物DEX、オプションなどのアプリケーションは、スケーラビリティの向上とパフォーマンスの改善によって恩恵を受けるでしょう。
4.1 一時的なストレージオペコード：
これは、TSTOREとTLOADという2つの新しいオペコードの導入を指します。これらは、トランザクションの完了時にクリアされる一時的なストレージを提供します。
4.2 マークルツリー：
マークルツリーは、データを効率的かつ安全に整理する方法であり、特定のトランザクションの存在を迅速に検証することができます。
4.3 ゼロ知識証明：
ゼロ知識証明は、ユーザーが特定の知識やデータの所有権を持っていることを証明することができる技術であり、ウォレットの秘密鍵などの機密情報を明らかにすることなく、それを実行することができます。
4.4 SSZエンコードされたトランザクションスキーマ：
SSZ（Simple Serialize）は、ビーコンチェーンで使用されるトランザクションのシリアライズ方法です。