概要

2024年3月13日、イーサリアムはDencunハードフォークを完了し、公式にEIP-4844（ブロブ）をアクティブ化しました。これにより、Layer 2（L2）ロールアップ向けの低コストデータ可用性ソリューションが提供され、イーサリアムのスケーラビリティが新たなレベルに引き上げられました。ただし、現在のブロブメカニズムはデータを完全に保存するためにフルノードが必要であり、ネットワークのスケーラビリティが制限されています。

PeerDAS（Peer-to-Peer Data Availability Sampling）は、次の重要な最適化ステップとして、ピアツーピア（P2P）ネットワークの協力とデータサンプリングを通じてノードの負荷を減らし、データ配布効率を向上させ、ネットワークのスループットを向上させることを目指しています。

Vitalik ButerinはXポストで目標を提案しました：Pectraハードフォークの翌日にFusakaテストネットをローンチし、新しいブロブパラメーター（ターゲット/リミットは48/72に設定）を検証し、PeerDASメインネット展開の土台を築く。

ソース：https://x.com/VitalikButerin/status/1895863075527700959

PeerDASとは何ですか？

PeerDASは、ブロックチェーンのスケーラビリティ向上を目的としたピア・ツー・ピア・データ・アベイラビリティ・サンプリング（DAS）ソリューションです。その主要な目標は、すべてのデータをダウンロードせずにノードがデータの利用可能性を検証できるようにすることであり、これによりDankshardingなどの将来のアップグレードの基盤を築いています。その主な特長には、

部分的なストレージ：ノードはデータのサブセットのみを保存し、サンプリングを通じて全体的なデータの利用可能性を検証します。

P2Pディストリビューション：ピアツーピアネットワークを利用してデータ配信を最適化し、帯域幅とストレージ要件を削減します。

高いスケーラビリティ：より大規模なデータペイロードをサポートし、高スループットシナリオに適しています。

技術原則

PeerDASの実装は、さまざまな技術とプロトコルを調整することに依存しています。以下に、その主要な技術原則の概要を示します。

1. データのチャンキングとイレイジャーコーディング

元のデータ（サイズN）は、消去符号（例：リード・ソロモン符号）を介して拡張され、k·N（k > 1）になり、複数の小さなチャンクに分割されます。オリジナルのデータは、これらのチャンクの一部しか取得できなくても（例：m個のチャンク、m < k·N）、まだ回復できます。たとえば、k=2の場合、データの50%を失っても回復でき、高い可用性が確保されます。

2. ランダムサンプリングと確率検証

ノードはランダムに少数のデータチャンクをサンプリングします（通常は数十個）。消去符号化の数学的特性により、サンプリングサイズが十分であれば、データの完全性をほぼ100％の確率で確認できます。

例えば、30個のデータチャンクがサンプリングされ、欠損率がある閾値（例えば、10%）未満である場合、全体のデータの可用性を推定することができます。

3. P2Pネットワークの分散と協力

データチャンクは複数のノードに分散され、P2Pプロトコル（例：libp2pのgossipsubなど）を通じて配信されます。各ノードはデータの一部のみを保存し、他のノードへのアクセスを提供し、単一障害点を回避し、配信効率を向上させます。

4. インセンティブメカニズム

正直なストレージと共有を促進するために、PeerDASはノードにステーキングリワード（例えば、イーサリアムのガス手数料の一部）を通じてインセンティブを与えることがあります。データを隠すなどの悪意のある行動はステークの削減ペナルティを引き起こし、システムの安定性を確保します。

ソース：https://medium.com/gaudiy-web3-lab/3ace46a3a9af

Ethereumでのアプリケーション

PeerDASは、特にEthereumの「Sharding」および「Data Availability Layer」設計の文脈で、Ethereumエコシステム内で最初に提案され、広く議論されました。 Ethereumの将来のロードマップ（EIP-4844およびその後のアップグレードなど）では、DASを導入して、分散化を維持しながらネットワークのスループットを向上させる予定です。

EthereumのPeerDASの実装では、データの利用可能性サンプリングが使用され、ロールアップのためのデータの保管と検証がサポートされています。例えば：

EIP-4844のサポート
EIP-4844は、Rollupsによって提出された一時データを格納するためのblobデータ型を導入しています。PeerDASは、blobデータの配布と検証を最適化し、軽量クライアントがわずかなサンプルのみをダウンロードして参加できるようにしています。

ノード負荷の軽減
従来のフルノードはすべてのデータを保存する必要がありますが、PeerDASでは軽量クライアントが効率的にデータを検証できるため、ハードウェア要件を大幅に低減し、（例：ストレージをGBからMBに削減することで）分散化を向上させます。

ブースティングロールアップのパフォーマンスを向上させる
PeerDASは、ロールアップがより多くのデータをチェーン上に送信できるようにし、スループットを向上させながら低コストを維持します。たとえば、OptimismやArbitrumの取引手数料はさらに削減される可能性があります。

ソース：https://www.eip4844.com/

データ可用性ソリューションの比較

PeerDAS以外にも、それぞれが独自のストレージ、帯域幅、および検証効率の特性を持ついくつかのデータ可用性（DA）ソリューションがあります。以下はより包括的な比較です。

利点と将来の展望

短期展開：検証効率と分散化の向上

PeerDASは、特にブロックチェーンのスケーラビリティの向上とノードの運用コストの削減において、大きな利点を提供します。短期的には、PeerDASは以下の側面で利益をもたらします。

1. 改善された検証効率:

PeerDASはサンプリング手法を使用してデータ配布と検証プロセスを最適化します。ノードはデータの一部に焦点を当てて検証する必要があり、これにより検証効率が大幅に向上し、検証プロセス中の遅延が軽減されます。

2. 強化された分散化：

ハードウェア要件を下げることで、より多くのユーザーがノードを実行できるようになります。2025年3月17日のEtherscanデータによると、現在のフルノードの数は約7,000台です。PeerDASはそれを数万台に増やす可能性があります。たとえば、2025年3月22日時点で、ノードの数は9,228台に上昇していました。

ソース：https://etherscan.io/nodetracker

3. ノードの運用コストを削減します:

ノードはもはやすべてのデータを処理する必要がないため、ストレージと帯域幅の使用量を減らすことができ、それにより運用コストを下げることができます。これにより、より低コストのノードがネットワークに参加しやすくなり、ブロックチェーンの分散化が強化されます。

4. 強化されたブロックチェーンセキュリティ：

PeerDASは分散検証と消去符号化メカニズムを使用しており、データ改ざんの難易度を大幅に増加させています。PeerDASは、分散データの可用性検証を通じてデータの損失や悪意のある改ざんを効果的に防ぐことができます。

一部のノードに障害が発生した場合でも、システムは冗長性と検証メカニズムを通じてデータの整合性と可用性を確保できるため、ネットワーク全体のセキュリティと耐障害性が向上します。

ソース: https://etherscan.io/nodetracker

中期拡張：ダンクシャーディングとの統合と相補性

テクノロジーの進歩に伴い、PeerDASは中期拡張フェーズに入り、ブロックチェーンのスケーラビリティとデータの可用性検証においてより大きな役割を果たします。 Dankshardingとの進化する関係は重要です。

1. より効率的なデータ可用性の検証：

ブロックチェーン技術と利用要件が成長するにつれて、PeerDASはデータ検証効率を向上させ続けます。将来の開発には、最適化されたサンプリング戦略やアルゴリズムを含め、検証プロセスをより効率的かつ正確にすることが考えられます。ノードリソースの消費を削減し、データ可用性チェックの正確さを高めることができます。

2. クロスチェーン技術への幅広い応用：

PeerDASは、クロスチェーンのデータ可用性検証ソリューションとして機能し、ブロックチェーン間のデータ交換効率を向上させ、相互運用性を高めることができます。ただし、信頼モデルの違いによって引き起こされる検証の衝突を解決するためには、コンセンサスメカニズムの最適化が必要です。

3. ネットワークの分散化とセキュリティの強化:

ノード数の増加と分散化の進展に伴い、PeerDASのサンプリングメカニズムはデータセキュリティと改ざん耐性を効果的に向上させることができます。将来的には、PeerDASは先進的な暗号技術やコンセンサスメカニズムと組み合わせて、攻撃に対するブロックチェーンネットワークの耐性と全体的な障害耐性をさらに強化することができるかもしれません。

長期ビジョン：ブロックチェーンエコシステムの総合的な発展を推進する

PeerDASの長期的なビジョンは、ブロックチェーンのスケーラビリティとセキュリティを向上させることを超えて、より広い範囲のアプリケーションを開放することを目指しています。

1. スマートコントラクトとDeFiアプリケーションのサポート：

分散型金融（DeFi）およびスマートコントラクトが急速に進化する中、PeerDASテクノロジーはこれらのアプリケーションに対してより効率的なデータ可用性保証を提供することが期待されています。検証の遅延を減少させ、リソース利用を改善することで、PeerDASはDeFiプロトコルにより安定したサポートを提供し、特に高頻度取引シナリオや大規模な契約実行において有益となります。

2. エッジコンピューティングとモノのインターネット（IoT）との統合：

将来、PeerDASはエッジコンピューティングとIoT技術と統合する可能性があり、より分散化された効率的なデータ検証を可能にします。エッジデバイスとIoTノードはPeerDASを介してデータ検証に参加し、中央集権型サーバーへの依存を減らし、グローバルスケールでデータの利用可能性と処理効率を向上させることができます。

3. AIテクノロジーとの強化された統合:

将来的には、PeerDASは人工知能（AI）技術と組み合わせることもできます。機械学習アルゴリズムを使用してデータサンプリングや検証プロセスを最適化し、ブロックチェーンネットワークの効率と知能を向上させることができます。これにより、データ検証、ノード管理、ネットワーク最適化のタスクを自動化することができます。

PeerDASは、短期間でブロックチェーンの検証効率を向上させ、分散化を促進し、運用コストを削減する強力なポテンシャルを既に示しています。Dankshardingとの統合により、中期的にはスケーラビリティとセキュリティがさらに向上します。長期的には、PeerDASはスマートコントラクト、DeFi、IoT、AI全体で広く採用され、ブロックチェーンインフラストラクチャーの不可欠な部分となり、分散型アプリケーションが主流採用に至るのを支援すると予想されています。

チャレンジ

多くの利点を提供しているにもかかわらず、PeerDASは実世界のアプリケーションにおいてもいくつかの課題に直面しており、主に以下のようなものが挙げられます:

サンプリング精度とセキュリティ:

PeerDASは検証のためにデータサンプリングに依存しており、サンプリングの正確性がシステム全体のセキュリティにとって重要です。サンプリングメカニズムが攻撃された場合（例：シビル攻撃）、データの可用性を誤って判断する可能性があります。これには、マルチラウンドサンプリングまたは冗長な検証の導入が必要です。

ネットワークトポロジの依存性:
PeerDASのパフォーマンスは、ネットワーク内のノード間の接続の品質に依存します。分散型ネットワークでは、ノードの接続が不安定である可能性があり、これは特に多くのノードが存在する環境では、データの配布と検証の効率に影響を与える可能性があります。

ノード参加率:
効率的なデータ可用性の検証を確実にするために、PeerDASは検証プロセスに参加するノードの十分な数を必要とします。
参加が少なすぎると、サンプリング結果が不正確になる可能性があります。2025年3月17日現在、現在のEthereumネットワークの参加率は約98％です。

計算およびストレージのオーバーヘッド：
PeerDASは各ノードが検証するデータ量を減らしますが、ノードは検証タスクを実行する必要があります。これにより、リソースが制約されたノード（例：低価格デバイス）には計算およびストレージの圧力がかかる可能性があります。ノードがワークロードを処理できない場合、ネットワークへの参加が減少する可能性があります。

プロトコルの複雑さ:
PeerDASは、従来の方法よりも複雑な実装を行うため、新しい検証メカニズムとプロトコルを導入しています。この新しい技術ソリューションの理解と展開には、開発者やノードオペレーターにとっての学習と適応が必要であり、システムの技術的な障壁を高める可能性があります。

既存システムとの互換性:
PeerDASは理論的なスケーラビリティが高いですが、実際には既存のブロックチェーンアーキテクチャと統合する必要があり、システムの互換性の問題が関わります。異なるブロックチェーンプラットフォームは異なるコンセンサスメカニズムやデータストレージ形式を使用する可能性があり、PeerDASを適応させ、最適化する必要があります。

ソース: https://beaconscan.com/stat/networkparticipation

結論

技術の進歩に伴い、新興データ可用性サンプリング（DAS）ソリューションであるPeerDASは、ブロックチェーンのスケーラビリティとセキュリティの向上において大きな潜在力を示しています。ノードのストレージおよび帯域幅要件を削減し、ネットワークのスケーラビリティと分散性を向上させることで、PeerDASは現在のブロックチェーンシステムが直面している高スループットの課題に効果的に対処しています。

その技術は、サンプリングの正確さ、ネットワークトポロジ、およびノードの参加といった課題に直面していますが、継続的な改善と拡大するユースケースから、PeerDAS が将来のブロックチェーンエコシステムにおいて不可欠な存在となる可能性が高いことが示されています。特に、スマートコントラクト、DeFi、クロスチェーン技術、エッジコンピューティングおよびモノのインターネットとの統合といった領域において、PeerDAS はブロックチェーンのイノベーションと採用に対してより安定した、効率的な、安全なサポートを提供します。

全体的に、PeerDASはブロックチェーン技術の発展における重要な方向性を示しています。これは、データの利用可能性の問題を解決するだけでなく、次世代の分散型アプリケーションの基盤を築き、ブロックチェーン技術をより効率的で安全な未来に向けて推進しています。