バークル ツリーとは何ですか? マークル ツリーとどう違うのですか?

ブロックチェーン システムにおける Verkle ツリーを理解する

1. Verkle ツリーは、大規模なデータセットを効率的に保存および検証するためにブロックチェーン プロトコルで使用されるデータ構造です。各ノードの暗号化ハッシュに依存する従来のマークル ツリーとは異なり、バークル ツリーはベクトル コミットメントを使用して、効率を向上させて同様の目標を達成します。このため、スケーラビリティを重視したブロックチェーンにとって特に魅力的です。

2. Verkle ツリーの主な利点は、プルーフ サイズを大幅に削減できることにあります。イーサリアムのコンテキストでは、ライトクライアントやロールアップにとって状態証明が重要であるため、証明が小さいほど帯域幅の消費が少なくなり、検証時間が短縮されることを意味します。ネットワークのサイズとトランザクション量が増大するにつれて、これらの利点はますます重要になります。

3. マークル ツリーのようにすべてのレベルで兄弟ハッシュを必要とする代わりに、バークル ツリーでは、単一の証明でツリー内にキーと値のペアが含まれていることを確認できます。これは、複数の値をコンパクトな暗号文にバインドする多項式コミットメントまたは内積引数の使用によって可能になります。

4. 高度な暗号化が含まれるため、実装の複雑さは標準のマークル構造に比べて高くなります。多くの場合、ペアリングベースの暗号化または楕円曲線操作が必要となり、より高度なツールと監査プロセスが必要になります。それにもかかわらず、既存のシステムへの統合を簡素化するための研究が継続的に行われています。

Verkle ツリーと Merkle ツリーの主な違い

1. マークル ツリーは、葉の数に応じてサイズが対数的に増加するプルーフを生成します。 100 万のエントリを持つツリーの場合、証明には 20 個のハッシュ値が含まれる可能性があります。対照的に、Verkle ツリー証明はツリー サイズに関係なくほぼ一定のままであり、通常はわずかな要素と 1 つの暗号コミットメントのみで構成されます。

2. マークル ツリーでの検証には、リーフからルートまでのパスに沿ってすべての中間ハッシュを再計算する必要があります。各ステップは前のステップに依存するため、順次実行されますが、計算が軽量になります。 Verkle 検証には、特定の時点でのコミットメントの評価が含まれており、より複雑な計算が必要になるにもかかわらず、より高速に実行できます。

3. Verkle ツリーにより、証明生成中に中間ハッシュを保存する必要がなくなり、証明を提供するノードのストレージ オーバーヘッドが大幅に削減されます。これは、多くの参加者が完全なデータベースを維持せずに状態データを提供する必要がある分散型ネットワークで特に役立ちます。

4. マークル ツリーはほとんどのブロックチェーン プラットフォームで広くサポートされ理解されていますが、バークル ツリーはまだ標準化が行われている新しいイノベーションを表します。イーサリアムのステートレスクライアントイニシアチブのようなプロジェクトは、より広範な実装を推進していますが、これまでのところその採用は限られています。

暗号通貨ネットワークにおけるパフォーマンスへの影響

1. 小規模なプルーフによる帯域幅の節約は、新しいノードの同期やライト クライアントとの対話コストの削減に直接つながります。インターネット アクセスが制限されている地域では、この改善により最小限のインフラストラクチャで参加できるようになり、包括性が向上する可能性があります。

2. 検証者が証明データの処理に費やす時間が短縮されると、トランザクションの検証速度が向上します。個々の暗号化操作には時間がかかる場合がありますが、データ移動が全体的に削減されるため、特にネットワーク負荷が高い場合には、最終的なパフォーマンスが向上することがよくあります。

3.ステートレス コンセンサス モデルは、バリデーターがステート全体をローカルに保存する必要がなくなるため、Verkle ツリーから大きな恩恵を受けます。代わりに、最小限のローカル データと外部証明を使用してブロックを検証できるため、ハードウェア要件が軽減され、分散化の可能性が高まります。

4. Merkle 構造から Verkle 構造へのアップグレードには、慎重な調整が必要です。移行メカニズムでは、ネットワークを新しい形式に徐々に移行しながら、下位互換性を確保する必要があります。このような移行は前例があり、イーサリアムの PoW から PoS への移行は、適切な計画があれば主要なアーキテクチャの変更が実現可能であることを示しています。

よくある質問

Verkle ツリーはどのような暗号化プリミティブに依存していますか?

Verkle ツリーはベクトルコミットメントに依存しており、多くの場合、ペアリングに適した楕円曲線を使用して構築されます。これらにより、証明者は値のリストにコミットし、後でセット全体を明らかにすることなく個々のエントリを証明することができます。一般的なスキームには、Kate-Zaverucha-Goldberg (KZG) コミットメントまたは双線形マップに基づく内積引数が含まれます。

バークルツリーは既存のブロックチェーンのマークルツリーを置き換えることができますか?

はい。ただし、移行にはプロトコル レベルの変更と関係者間の広範な合意が必要です。既存のマークルベースのシステムは、新しい証明形式と検証ロジックをサポートするためにアップグレードする必要があります。暫定的なソリューションには、移行段階でのデュアルツリー アーキテクチャが含まれる場合があります。

バークルの木は耐量子性がありますか?

ペアリングベースの暗号化を使用する現在の実装は、耐量子性があるとはみなされていません。多くの高度な暗号化ツールと同様に、それらは量子アルゴリズムに対して脆弱な数学的問題に依存しています。ベクトルコミットメントのポスト量子代替案は活発な研究分野ですが、まだ本番環境で使用できるほど成熟していません。

Verkle ツリーはスマート コントラクトの実行にどのような影響を与えますか?

スマート コントラクト自体は Verkle ツリーと直接対話しません。ただし、基盤となるプラットフォームの効率向上 (状態検索の高速化やストレージにアクセスするためのガスコストの削減など) により、間接的に契約パフォーマンスを向上させることができます。ネットワークレベルの最適化が有効になると、開発者は料金が安くなり、最終処理が早くなる可能性があります。