Eth2 Core Teams Online Workshop: Sharding Design編

TL;DR:

Eth2コアチームにおいて、主にリサーチサイドの進捗を、開発チーム含めた全体に共有するWorkshopが開催された

例によって、資料や動画が公開されているので、勉強になる

主なトピックは、「（新たな）sharding design」と「Eth1とEth2のマージ」

今回は、このうちのSharding Designについて、Workshopの資料を参照しながら、大雑把に概要を解説します

Sharding design

Workshop資料

あまり知られていないですが、実はEth2のシャーディングの設計は、この数ヶ月（beacon chainのリリース以降）で大きく変わってます

まず、最初に導入されるshardingは"data sharding"と言われ、単にデータを乗っけられるだけです。

スマートコントラクトはないです。

https://gyazo.com/603839f18955311150e5838719ff6731

シャードブロックはデータ乗っけるだけなので、シャードごとにハッシュチェーンで順番づけする必要はないです

Beacon chainに参照された順に、全体の順番があるだけです

なので、「シャードチェーン」みたいな概念はないです

Data shardingは、見方を変えれば、セキュリティを落とさないよう色々な工夫のされた、big blockみたいなものでもあります

セキュリティを落とさない工夫というのは、シャーディングでは各シャードにvalidatorが分割して割り当てられる (committee) ので、普通のブロックチェーン（全部のvalidatorが一つのブロックチェーンをみる）に比べて、何も工夫しなければ、シャードの数だけセキュリティが落ちてしまうので、それをどうにかしようということです

基本的に、data availabilityをまもるのが肝です

要は、ブロックのデータが隠されずにちゃんとみんなの手元に届くことです

これさえ担保されていれば、ブロックのフォーマットが間違ってたりしても、間違っていることをみんな検証できるので、問題は起きないです

Data availabilityのための仕組みの一つ目は、attestation + committee shufflingです

各シャードに割り当てられたvalidatorは、そのシャードのブロックが問題なければ署名 (attestation) して、一定以上署名が集まればよしとする、というものです

攻撃者が特定のシャードに集まらないよう、committeeは定期的にランダムでシャッフルされます

https://gyazo.com/7bacaf30bce4dc438a1c50d1c1276fbd

Data availabilityのための仕組みの一つ目は、erasure coding + random samplingです

雑に言えば、erasure codingによって、ブロックを、元データの二倍のサイズに拡張して、そのうち半分のサイズが集まれば（どの箇所をとっても）元データが復元できるようになります

https://gyazo.com/14b07ae3447217a4bf3c41731167942c

シャードブロックは分割（下図のchunk）され、前述のcommitee (下図のhorizonal subnet) とは別に、chunkごとに割り振られたvalidator (下図のvertical subnet) が、data availabilityをチェック（要するに、ダウンロードしてみる）します

https://gyazo.com/ac06e8c08288cc4e7eceb759388d7379

ちなみに、Eth2 data sharingでは、Polynomial commitmentという暗号プリミティブが導入されます

ここまで述べた、シャードブロックに乗せるデータについて、通常のブロックチェーンにおけるMerkle treeの代わりみたいな役割を担います

Merkle treeと違って、前述のerasure codingが正しく行われていることを保証できる、というのがポイントです

詳細は割愛しますが、今回のWorkshopでも取り上げられていました。Dankradの資料をご覧ください！

Polynomial commitmentは、他にもstateless clientなど色々なアプリケーションがあって、期待の暗号プリミティブです！

https://gyazo.com/4353b60c5cd5ced14183f36ae793167c

おしまいです。