原文
Ethereum’s Fourth Protocol Layer: Memory — conalloreilly (2026-06-26)
はじめに:
ビットコインブロックチェーンの初期アーキテクチャは、分散型コンセンサスに対する驚くほど革新的なアプローチでしたが、プロトコルの本質そのものが、真に分散されたマルチスレッドシステムというよりも、レプリケートされたステートマシン (replicated state machine) のように機能させました。実際、ビットコインプロトコルの非異種かつ非レプリケートな唯一の部分は、PoWネットワーク (Proof of Workネットワーク)コンセンサスメカニズムであり、これは概念的に無限の「コンセンサススレッド (consensus threads)」にわたるコンセンサススループット (consensus throughput)（ハッシュレート）の集合体を利用しています。ビットコインステートマシン（単なるトランザクション検証エンジン）の実行は、この均質なコンセンサスメカニズムに根ざした個別のサブプロセスであり、すべてのコンセンサス参加者（マイナー）にレプリケートされます。マシン自体の状態（未使用トランザクション出力のセット）は、トランザクションスループットを実行し、検証するために必要であるため、暗黙的に利用可能です。
しかし、チェーンのコンセンサス、実行、データアベイラビリティのプロセスのパラダイム的分離は、プロトコルのアーキテクチャのために目立たない形ではありますが、依然として存在します。イーサリアムのプルーフ・オブ・ステーク (Proof-of-Stake)は、この実行とコンセンサスの分離をより明確にしました。
- プルーフ・オブ・ステーク (Proof-of-Stake)はPoWネットワーク (Proof of Workネットワーク)の暗黙的な確率的コンセンサスではなく、明示的な決定論的コンセンサスであるため、決定論的コンセンサスチェーンの真の根源と、そこに根ざした実行との間には明確な分離があります。
- この分離は、実行ブロックがコンセンサスブロックによってカプセル化されるという事実によって、プロトコル内で明示的にプログラムされています。
- この関係の利点は、アテスター・プロポーザー分離の提案、特にePBS (enshrined Proposer-Builder Separation)を通じて、現在認識されつつあります。
第3の「データ」層の存在は、コンセンサススループットと実行スループットの分離からではなく、一神教的なナカモト実行モデルに存在するデータアベイラビリティの暗黙的な保証を取り除く、ますますマルチスレッド化されたシャーディングチェーンアーキテクチャから来ています。
シャーディングによる均質化
歴史的に、シャーディングアーキテクチャは、バリデーターのサブセットによって保護されるサブチェーンにチェーンを「分割」し、最後の貸し手としてのコンセンサスとして機能するルートチェーンを持つと言えました。しかし、ゼロ知識暗号の革新はモデルを完全に変えました。現在、サブシャードはバリデーターのサブセットによって運用できますが、すべてによって簡潔に検証できます。シャーディングの現代的な形式は、ロールアップ中心のロードマップ (rollup-centric-roadmap) であり、シャード化された実行がプロトコル内のバリデーターではなく、プロトコルが認識しないオフチェーンエンティティによって計算されるという点を除けば、旧来のシャーディングアーキテクチャに似ています。
問題は、ロールアップ/シャードの実行の検証における「ゼロ知識」の部分が、実行されるステートデータが—少なくとも最小限に—難読化されることを本質的に意味し、それによってすべてのデータが暗黙的に利用可能であるという保証が失われることです。これにより、第3の明示的なプロトコル層である「データ」層が実現され、軽量のデータブロブを通じてロールアップデータ（そしておそらくいつかステートや履歴データ）のデータアベイラビリティを管理できます。
これで3つのプロトコル層ができました。
- コンセンサス
- 実行
- データ
コンセンサス層は、コンセンサススループットが暗黙的に集約されるものの、定数時間（PoWネットワーク (Proof of Workネットワーク)）または対数時間（プルーフ・オブ・ステーク (Proof-of-Stake)）で検証可能であるため、本質的に均質であることに注意してください。私は、すべての真のスケーリング手段が、この均質化を実行層とデータ層にもたらすことを目指していると主張します。実行シャーディングの目標は、スループットがネットワークの総リソースに比例し、かつ—願わくば対数時間で—検証可能であることであり、データシャーディングの目標は、ステートとロールアップデータの有効性が—願わくば定数時間で—検証可能であることです。
ロールアップは、この効果を模倣しようとする社会的に手動な方法です。ロールアップの運用、ひいてはワールドコンピューターの新しいスレッドの作成は、通常L1にアラインされていないアクターが制御を掌握するオフチェーンの社会プロセスであるのに対し、純粋なシャーディングアーキテクチャは、L1の管轄内でシャード全体の存在をプログラムします。ロールアップのプロトコル外で委任されたスケーリングは、いくつかの興味深い結論に導きます。ロールアップの実行がL1の管轄外に委任されているという事実は、計算がオフチェーンであるだけでなく、どのような計算が行われているか（どのトランザクションが含まれているか）の仕様もオフチェーンで行われていることを意味します。
第4の「メモリ」層の存在:
ロールアップ計算に存在するトランザクションを選択するエンティティはシーケンサーとして知られており、歴史的に、彼らは計算に対する完全な制御と、ロールアップユーザーを検閲するかどうかを決定する唯一の権限を保持する中央集権的なエンティティでした。この問題の性質は、前述の三位一体を超えたプロトコル層、すなわち「メモリ」層の存在を証明しています。つまり、トランザクションがロールアップにシーケンスされ、メムプール (Mempool)が形成され、トランザクションが検閲されるかインクルージョンリストに強制的に含まれるか、そしてアカウント抽象化の多くの側面が行われるプロトコル層です。
おそらく、最近イーサリアムを悩ませている多くの問題は、この第4の層の認識不足の直接的な結果です。MEV（最大抽出可能価値）は、ブロック内のトランザクションの性質に関するプロトコルの管轄権の欠如と、パブリックメムプール (Mempool)の敵対的な性質から生じます。検閲は、ビルダーがトランザクションのインクルージョンに対して唯一の権限を持つことから生じ、中央集権的なロールアップシーケンシングは、L1がロールアップシーケンシングに対して持つ説明責任の欠如から生じます。暗号化メムプール、インクルージョンリスト、ベースシーケンシング (based sequencing)、仮想/シャード化されたメムプール (Mempool)、アテスター・プロポーザー分離は、これらのメモリ層の問題に対する潜在的な解決策の一部です。
最終的なプロトコルメモリ層:
おそらくプロトコルの未来は、実行シャーディングとデータアベイラビリティサンプリングが展開する均質化をメモリ層にもたらすことにあります。目標は、仮想メムプールを使用して、トランザクションのシーケンシングをロールアップだけでなく、メインネット自体にも分散化し、トランザクションのブロックへの公正なインクルージョン（そして願わくば順序付けと非インクルージョン）を保証するメカニズムを展開し、MEV（最大抽出可能価値）を全体的に根絶することです。
例えば、シャード化された/仮想メムプール (Mempool)は、概念的にメインネットを「1つの大きなシーケンサー」に変え、ネイティブロールアップのような実行シャードにトランザクションをシーケンスし、動的に実行スループットリソースを並列計算に割り当てて、ロールアップの効果を模倣することができます。これは、より均質な実行サブシャード間での組み込みのシャード間同期コンポーザビリティ (inter-shard synchronous compasability) をリアルタイムで相互運用可能に活用し、トランザクションが検閲や有害なMEV（最大抽出可能価値）を排除する方法で含まれることを保証します。言い換えれば、メインネットの価値観に合致するということです。
ストローマップの考察:
以下のストローマップ項目はメモリ層内で形成されると主張できます。
- FOCIL (強制オンチェーンインクルージョンリスト)（インクルージョンリスト）
- シャード化されたメムプール (Mempool)（ベースシーケンシング (based sequencing) も）
- ガス先物 (Gas futures)
- フレームトランザクション (Frame Transactions)（アカウント抽象化）
- 暗号化メムプール
- プライベートメムプール (Mempool)
これらのメカニズムを普遍的な「メモリ層」研究空間に統合し、プロトコルのこの領域におけるインセンティブと技術的メカニズムをより包括的に分析・考察することで、検閲耐性、プライバシー、パーミッションレス性 (permissionlessnes)、トラストレス性 (trustlessness)、分散化 (decentralization) といった特性が維持されることを保証する上で、大きな利益が得られるでしょう。仮想メムプール (Mempool)、ベースシーケンシング (based sequencing)、アカウント抽象化がプロトコルにもたらす利点は言うまでもありません。
「ツタウルシが無限の庭に感染しました。メモリ層は、私たちの真の価値観が何であるか、そしてどのようなCROPSフレームワークを本当に植えるべきかを思い出させるのに役立ちます。」
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