Vitalikが最初に改善したいブロックの最終確定性（Finality）とは何ですか？

著者：BREAD

編纂：Golem，Odaily 星球日報

編者按：イーサリアムの創設者 Vitalik は、今日書いた新しい文「Possible futures of the Ethereum protocol, part 1: The Merge」で、イーサリアムが技術的に改善が必要な点とその理由、道筋について言及しました。その中で最も重要なのは、ブロックの最終確定性を2-3エポック（約15分）の時間から1スロット（約12秒）で完了させることです。では、Vitalik がこれほど重視する最終確定性（Finality）とは一体何なのでしょうか？それはイーサリアムと L2 でどのように実現されているのでしょうか？

暗号研究者 BREAD の記事「WTF is Finality?」は、アナロジーを用いてブロックの最終確定性とその実現プロセスを説明しています。星球日報が特別に翻訳したものを以下に示します。読者の理解に役立つことを願っています。

アナロジーによる最終確定性（Finality）

私の「WTF is……」シリーズの記事の伝統に従い、現実生活のアナロジーから始めるのが好きです。人々が基礎的な詳細を理解したくない場合、要点だけを理解することができます。最終確定性（Finality）については、コンクリートが時間とともに硬化する例を使うことができます。以下の図のように：

これはブロックチェーンにおける「最終確定性」の最高の説明です。コンクリートのように、時間が経つにつれて、打設（初期確認）から初凝（複数回の確認）へと、初期ブロックが「偽」であると判断されることがますます困難になり、完全に硬化する（最終確定）まで続きます。一度最終的に達すると、変更することはほぼ不可能です。

ブロックチェーンにおける具体的な順序は次の通りです：

提出済み（Submitted） > 確認済み（Confirmed） > 最終確定（Finalized）

最終確定性の方法、内容、理由（イーサリアム環境内で）についてさらに深く知りたい方は、ぜひ読み進めてください。

最終確定性（Finality）とは？

この概念を理解するために、いくつかの構造を試みてみましょう。以下は最終確定性と関連する概念の説明です：

• スロット（Slot）：別名ブロック時間とも呼ばれ、スロットまたはブロック時間は、システムが新しい取引ブロックを生成し、現在のチェーンに追加するための時間量です。例えば、イーサリアムのスロットは12秒、Baseは2秒、Solanaは0.4秒です。
• 確認（Confirmation）：確認とは、取引が正式に現在のチェーンに追加されたブロックに入ったときに発生することです。それは現在、帳簿の一部として「確認」され、後続のブロックが帳簿に追加されるにつれて、確認数は増えていきます。
• エポック（Epoch）：32スロットごとに1エポックと呼ばれます。これはブロックチェーン内の二次構造で、役割と責任を委任するために使用されます。スロットはブロックを構築するために使用され、エポックはデータの伝播、報酬の配分、バリデーターの選択などに使用されます。
• チェックポイントブロック（Checkpoint Block）：チェックポイントブロックは、エポック内で作成された最初のブロックで、チェーンの履歴を確認するための参照点として機能します。
• 最終確定性（Finality）：最終確定性とは、取引が与えられたチェーンの帳簿に不可逆的に追加されると見なされるポイントです。ただし、技術的な属性に関しては、この用語は各チェーンでの使用が統一されていないため、すべての状況で標準が同じであると仮定しない方が良いでしょう。イーサリアムエコシステムでは、2エポックが経過すると（約13分）、最終確認性に達します。Optimistic L2では、詐欺の異議申し立て期間が経過するまで待つ必要があります（約7日）。ZK L2では、有効性証明によって提供される保証があるため、2つの争点のある最終確定性の瞬間が存在します：ローカル（L2上で証明が生成されるとき [約数分]）とグローバル最終確定性（証明がイーサリアムに公開され、そこで完了する時 [約13分]）。
• ブロック再編成（「Reorg」）：ブロック再編成とは、かつてチェーンの一部として確認されたブロックが何らかの理由でもはや有効と見なされず、新しいチェーンが形成されることを指します。これは通常、罰則を伴います。

以下の図は、これらの用語を単一の画像で視覚化し、理解しやすくすることを試みています：

最終確定性はどのように行われるのか？

以上で、最終確定性と関連する概念について理解しましたが、それらはどのように協力しているのでしょうか？ルールは何でしょうか？

イーサリアムの場合

• バリデーターの投票：各エポック（32ブロック）のバリデーターは、現在および前のエポックのチェックポイントブロックに投票し、そのチェックポイントブロックが2/3のステークされたETHの投票数を得るまで続けます。
• 妥当なチェックポイント：チェックポイントブロックが2/3の投票閾値に達すると、それは「妥当」と見なされます。
• 絶対多数チェーン：2つの後続のチェックポイントブロック a と b が両方とも妥当であり、b が次のブロックに接続されると、最初のエポックの前のエポックに含まれるブロックが最終ブロックとなり、単純なブロック再編成の影響を受けなくなります。

L2の場合

L2はイーサリアムの上に構築されているため、基本的には同じなのでしょうか？

答えは「はい」とも「いいえ」とも言えます。「イーサリアムの未来、Based Rollups は一席を占めるのか？」では、L2は独立したブロックチェーンであると述べられていますが、彼らは最終性の決済のためにイーサリアムに依存しています。これは、彼らの最終確定性がチェーンと同様に階層的であることを意味します。

2つのタイプがあります：

• ローカル最終確定性：これはL2自体の最終確定性であり、有効性証明（別名ZK Rollups）を利用するL2にのみ適用されます。これは、有効性証明が数学的に支持されており、証明自体が生成されるときにそれが正しいことを意味するためです。したがって、ZK L2がその証明を生成すると、L2の状態は最終確定したと見なすことができ、証明がイーサリアムに公開され、イーサリアムで決済されるのを待つ必要はありません。ただし、これは依然としてリスクと信頼の仮定を伴い、自分のリスク許容度に基づいてそれを信頼するかどうかを判断できます。
• グローバル最終確定性：状態が確定すると、L2はそのローカル状態を確認し、証明（詐欺または有効性）を生成し、その証明をイーサリアムに公開し、イーサリアムがその証明を含むブロックを確認します。それでも、optimisticを使用するL2にとっては、7日間のチャレンジ期間が過ぎるまで、取引を取り消す機会が残っています。これは、証明の生成に必要な計算量を減らすためのトレードオフです。

L2ネットワークは、特定の状況下でローカル最終確定性を持つことができますが、一般的には、イーサリアムがその公開された有効性証明（ZK）を完了するか、詐欺証明のチャレンジウィンドウが過ぎるのを待つ必要があります（Optimistic rollups）。

ビットコイン / POW チェーンの場合

ビットコインのPoWメカニズムには最終確定性の概念は存在しません。なぜなら、誰でも最も長いチェーンを生成し、主帳簿となることができるからです。これは、非現実的ではありますが、十分な計算能力があればビットコインの歴史の最後の日、1週間、1年を再書き込みできることを意味します。

ただし、この方法はリソースと時間の面で高コストであり、実際には実行が難しいですが、異なるシステム間に意味のある違いを形成し、「長距離攻撃」（Long-Ranged Attacks）や「ブロック隠蔽」（Block Withholding）などのいくつかの独特なMEV（最大可抽出価値）タイプを引き起こしました。これらの状況では、マイナーはブロックを生成して隠すことを選択し、その後に別のブロックを追加するか、連続して複数のブロックを掘り出すことで、独自の利益機会を創出し、捕獲することができます。

なぜ最終確定性が必要なのか？

以上で、POSチェーンで最終確定性を実現する方法を知りましたが、これにはかなりの労力が必要です。では、なぜこれを行う必要があるのでしょうか？その答えは、これを行うことにはいくつかの利点があるからです：

• 経済的安全性：システム（および私たち）は、あるポイントを振り返り、それが変更されないと高い自信を持って断定できるため、エコシステムの参加者に「真実の状況」に対する信頼を与えます。例えば、大額の送金や貸付の場合、ユーザーがシステムが極端な介入なしに変更できないと確信すると、ユーザーはこの真実に基づいてエコシステムに参加する自信を持つことができます。これが、クロスチェーンブリッジが通常、一定数の確認または完全な最終確定性を待ってから、サブチェーン上で資金を解放する理由です。
• より迅速な決済：システム内に状態が正式に永久的に定義される瞬間があるため、エコシステム内の参加者はこの決済時間を待つだけで済みますが、PoW（プルーフ・オブ・ワーク）システムでは、この瞬間は決して訪れず、完全に個人の主観的判断に依存します。
• 攻撃要因の削減：前述のように、PoWチェーン上に存在するいくつかのMEV機会について言及しましたが、PoWチェーンは「無利益リスク」（Nothing at stake）問題を解決しただけです。つまり、システムに対して悪意のある行動を取る人は、損失を被る可能性もあります。しかし、POSチェーンでは、バリデーターであり、すでに終結した状態を変更しようとする場合、プロトコルのルールに違反しなければならず、そのためにステークが没収される（slashing）のリスクに直面します。

結論

この記事では、最終確定性とは何かを簡単に説明しました。これは、よく使われるが深く理解されていないブロックチェーンメカニズムであることを人々に認識してもらいたいと思っています。最終確定性のプロセスは、システム内のブロックがコンクリートのように硬化し、最終的には岩のように堅固になることに似ています。