PeerDASはどのようにEthereumのデータ可用性を改善するのか？

データの効率的な管理と安全な検証を確保するため、EthereumはDAからDASへと進化し、最終的にPeerDASを導入しました。

執筆：0XNATALIE

最近のEthereum開発者会議では、EthereumのPectraハードフォークを2つの部分に分割する提案が議論されました。この提案は以前は却下されていましたが、その理由はVerkleツリーのアップグレードが遅れることへの懸念からでした。しかし、今回の会議で開発者たちは再びこのアイデアを提起しました。なぜなら、Pectraフォークにより多くの改善提案（EIP）を追加したいと考えているからです。提案では、ハードフォークを2つの部分に分けることが示されています。第一部は現在のPectra Devnet 3上のすべてのEIPを含み、第二部のフォークにはEOF（EVM Object Format）やPeerDASなどが含まれます。PeerDASをよりよく理解するために、まずデータ可用性という基本概念から説明します。

DA：ノードがオンチェーンデータを取得できることを保証

データ可用性（Data Availability、DA）とは、ブロック提案者が公開したブロックおよびそのブロックに含まれるすべてのトランザクションデータが、他のネットワーク参加者にとって効果的にアクセス・取得できることを保証することを指します。データ可用性はブロックチェーンのセキュリティにおける重要な要素です。なぜなら、データが利用できない場合、たとえブロックが合法であっても、他のノードはその内容を検証できず、コンセンサスの問題やネットワーク攻撃を引き起こす可能性があるからです。例えば、攻撃者がブロックデータの一部のみを公開し、他のノードが検証できなくなる可能性があります。

新しいブロックがブロードキャストされると、すべての参加ノードはそのブロックデータをダウンロードし、検証します。この方式はネットワーク規模が小さい場合は実行可能ですが、ブロックチェーンが成長し続けるにつれてデータ量が非常に大きくなり、各ノードのストレージが増加し、ハードウェア要件も高くなります。軽量ノード（スマートフォンやパソコンなどのモバイルデバイス）もブロック検証に参加できるようにするため、ブロックチェーンはシャーディング技術を導入しました。

シャーディング技術とは、ブロックチェーンネットワーク全体を複数の小さな「シャード」（shards）に分割することです。各シャードは自分の担当するデータのみを処理し、全体のブロックチェーンデータを処理する必要はありません。したがって、単一ノードは自分のシャードのデータのみを処理します。しかし、各シャードが一部のデータしか処理しないということは、他のシャードのノードが完全なデータに直接アクセスできないことを意味します。では、シャード内のデータが利用可能であり、他のノードがこれらのデータの有効性を検証できることをどのように保証するのでしょうか。例えば、あるシャードのノードが新しいブロックを生成して公開したが、その一部のデータしか公開しなかった場合、他のノードがブロック全体のデータを取得できなければ、そのブロックが本当に合法かどうかを検証できません。

DAS：部分的なデータで全体のデータ可用性を検証

シャード内のデータ可用性問題に対応するため、データ可用性サンプリング（Data Availability Sampling、DAS）技術が提案されました。その核心的なアイデアは、サンプリングによってブロックのデータ可用性を検証し、各ノードが完全なブロックデータを保存またはダウンロードする必要がないということです。

データ可用性サンプリングにより、ノードはブロック内の一部のデータをランダムに取得するだけでデータ可用性を検証できます。ノードがこれらのランダムなデータ断片を正常に取得し検証できれば、ブロック全体のデータが利用可能であると推測できます。

このようなサンプリング検証をサポートするために、ブロックデータは通常RSエンコーディングを使用します。このエンコーディングにより、一部のデータが失われても完全なデータを復元できます。したがって、ノードがブロックデータの一部しかダウンロードしなくても、ブロック全体のデータの有効性を推測し確認できます。DASはサンプリング検証によって各ノードが処理するデータ量を減らし、軽量ノードもブロック検証に参加できるようにします。

DAレイヤー、例えばCelestiaはこれらの技術によって実現されています。主にRS encoding + validity proof + DASが関与します。

• RSエンコーディング（Reed-Solomon Encoding）：このエンコーディング方式は、一部のデータ断片しか受信できないノードでも全体のデータブロックを再構築できるようにします。エラー訂正符号に似ており、一定の耐障害性を持ち、一部のデータが失われても残りの部分で完全なデータを再構築できます。
• Validity Proof（有効性証明）：ゼロ知識証明を用いて、データがエンコードおよび伝送される過程で誤りがないことを保証します。検証が成功すれば、全体のデータを正確にデコードできます。
• DAS（データ可用性サンプリング）：軽量ノードがブロック内の一部のRSエンコード断片をランダムにサンプリングし、それらの断片の可用性を検証することで、全体のデータブロックが利用可能であると推測します。

PeerDAS: ノード間の協力によるデータ検証

PeerDASはDASの具体的な実装の一つであり、ピアツーピアネットワーク（peer-to-peer network）によるデータ可用性サンプリングを行います。ピアツーピアネットワークは複数のノードで構成され、ノード間で直接通信が行われます。DASでは各ノードが独立してデータのサンプリング検証を行いますが、PeerDASはこのプロセスを最適化し、ノード同士が協力してブロック内のデータを共有・検証することで、検証効率をさらに高めます。ノード同士は孤立しているわけではなく、データ検証のタスクや結果を共有でき、他のノードがすでに検証したデータに依存することもできます。これにより、ノードがすべての検証作業を単独で担う必要がなくなり、協力して検証タスクを分担することでノードの負担をさらに軽減します。また、協力検証によりデータ改ざんの難易度が上がり、攻撃者は複数の検証ノードに同時に影響を与えなければデータ改ざんに成功できません。

現在、Ethereumの最新のPeerDASに関する会議によると、EthereumクライアントのLighthouseチームはすでにDASブランチをメインブランチにマージしており、PeerDASとの互換性を確保するためにテストを行っています。ブランチは通常、新機能や改良を開発・テストするための独立したコードバージョンであり、メインブランチにマージされるということは、その機能や改良がすでに開発完了し、安定していると自信を持ってコアコードに統合できることを意味します。