実行レイヤーとは何ですか?コンセンサスレイヤーとの違いは何ですか?

ブロックチェーンの実行層を理解する

1. 実行層とは、トランザクションが処理され、スマート コントラクトが実行されるブロックチェーン ネットワークのコンポーネントを指します。この層は、トークン転送、コントラクトの展開、データ対話など、ユーザーが開始した操作を処理します。ネットワークの現在の状態に基づいて各トランザクションの結果を計算する役割を果たします。

2. この層内では、ノードはイーサリアム仮想マシン (EVM) などの仮想マシンを実行し、Solidity などの高レベル プログラミング言語から派生したバイトコード命令を解釈して実行します。すべてのノードは独立して同じ計算を実行し、分散ネットワーク全体で一貫性を確保します。

3. 残高の更新やストレージの変更など、トランザクションの実行によって生じる状態の変化は、新しいブロックに含めることが提案される前にローカルに記録されます。これらの変更は、「世界状態」として知られるものの一部を形成し、ネットワークは検証するすべての参加者間で同期を維持することを目指しています。

4.実行層は、その効率がトランザクション速度、ガスコスト、アプリケーションの応答性を決定するため、ユーザーエクスペリエンスに直接影響します。ここでの遅延やボトルネックは、特に需要が高い時期に混雑を引き起こす可能性があり、チェーン上で動作する dApps や DeFi プラットフォームに影響を与えます。

コンセンサス層の役割

1. コンセンサス層は、ブロックチェーンに追加されるブロックの有効性と順序についてノードがどのように合意するかを制御します。その主な機能は、悪意のある行為者やネットワーク障害が存在する場合でも、すべての参加者が台帳の一貫したビューを維持できるようにすることです。

2. イーサリアムのポストマージアーキテクチャのようなプルーフオブステークシステムでは、バリデーターがブロックを提案して証明し、暗号化メカニズムにより正当なブロックのみが最終化されることを保証します。このレイヤーは、ブロックの生成頻度、バリデーターの選択、ファイナリティのタイムラインに関するルールを強制します。

3. 実行層とは異なり、コンセンサス層はトランザクション ロジックを処理しません。代わりに、構造の完全性を検証し、デジタル署名をチェックし、フォーク選択アルゴリズム (LMD-GHOST や Casper FFG など) などのプロトコル ルールへの準拠を確認します。

4.セキュリティと分散化はコンセンサス レベルで強制されるため、地理的に分散したノード間でトラストレスな調整を維持することが重要になります。堅牢なコンセンサスメカニズムにより、参加者間のインセンティブを調整することで、二重支出、検閲、長距離攻撃を防止します。

実行層とコンセンサス層の主な違い

1. 機能的には、実行層はトランザクション中に何が起こるかを処理し、コンセンサス層はそれらのトランザクションがいつ、どのような順序でブロックチェーンにコミットされるかを決定します。これらは独立して動作しますが、システムの整合性を維持するために緊密に連携しておく必要があります。

2. 実行層へのアップグレードは、多くの場合、スループットの向上、料金の削減、またはプログラマビリティの拡張 (EIP-1559、アカウントの抽象化など) に焦点を当てています。対照的に、コンセンサス層への変更は通常、セキュリティ、ファイナリティ時間、またはエネルギー効率を強化することを目的としています (たとえば、PoW から PoS への移行)。

3.モジュラー設計原則により、これらのレイヤーを個別に進化させることができ、コア ネットワーク機能を不安定にすることなくイノベーションを実現できます。たとえば、ロールアップは実行をレイヤー 2 システムにオフロードし、データの可用性と決済についてはイーサリアムのコンセンサス層に依存します。

4. ノード要件はレイヤー間で大きく異なります。完全な実行ノードは状態遷移を検証するためにすべてのトランザクションを再生する必要があり、大量の計算リソースが必要になります。コンセンサスに重点を置いたビーコン チェーン ノードは、証明と投票を中心とした軽量な検証タスクを実行します。

開発者とユーザーへの影響

1. スマート コントラクトの開発者は、ガス制限、オペコードの価格設定、再入リスクなどの実行層の制約を理解する必要があります。コードはこの環境内で直接実行されるため、非効率性によりトランザクションの失敗や過剰なコストが発生する可能性があります。

2. 分散型アプリケーションのユーザーは、主にウォレット インターフェイスを通じて実行層と対話します。ただし、それらのトランザクションは、コンセンサス層のファイナリティ メカニズムによって保護されて初めて元に戻せなくなり、両方のコンポーネントの相互依存性が強調されます。

3. Dencun のようなネットワーク アップグレードでは、プロト ダンクシャーディングが導入され、コンセンサス層でのデータの可用性が向上し、ロールアップ手数料の削減を通じて間接的に実行に利益をもたらします。このようなクロスレイヤーの最適化は、1 つの領域の進歩によって全体のパフォーマンスがどのように向上するかを示しています。

4. コンセンサス層に参加するバリデーターは、特定の設計 (提案者と構築者の分離など) の下でトランザクション自体を実行する必要がなく、特殊な役割を出現させることができます。この分離により、スケーラビリティと検閲に対する耐性が向上します。

よくある質問

実行層で意見の相違がある場合はどうなりますか?トランザクションの実行中にノードが異なる結果を計算した場合、状態ルートを比較するときに不一致が検出されます。コンセンサス層はブロックに含まれる最終状態ルートを検証するため、無効な計算は誠実な検証者によるブロックの拒否につながります。

ブロックチェーンは実行層とコンセンサス層を分離せずに機能できますか?はい、Bitcoin のような初期のブロックチェーンの多くは、単一のレイヤー内で両方の機能を組み合わせています。ただし、これらを統合すると、柔軟性と拡張性が制限されます。現代のアーキテクチャでは、専門化、反復の高速化、リソース割り当ての改善を可能にするために、ますます分離が採用されています。

レイヤ 2 ソリューションはこれらのレイヤとどのように対話するのでしょうか?レイヤ 2 ネットワークはオフチェーンまたは最適化された環境で実行を処理し、バッチ化されたトランザクション データをメインネットのコンセンサス レイヤに送信して最終検証を行います。このアプローチでは、基本層のセキュリティ保証を活用しながら、プライマリ実行環境の負荷を軽減します。

コンセンサス層は実行層よりも重要ですか?どちらの層も本質的により重要というわけではありません。どちらもブロックチェーンが機能するために不可欠です。実行層はプログラム可能性とユーザー対話を可能にし、コンセンサス層はセキュリティと合意を保証します。どちらかが中断されると、システム全体が危険にさらされる可能性があります。