イーサリアムのCasperをわかりやすく解説

要点Casper-FFG（Friendly Finality Gadget）は、イーサリアムにブロックのファイナリティを与えるコンセンサス要素であり、2022年9月15日のThe Merge以降稼働しています。
イーサリアムの現在のアクティブなコンセンサスメカニズムはGasperと呼ばれ、Casper-FFGとLMD-GHOSTの組み合わせです。これらが連携して、「どのブロックがファイナライズされるか」と「どのチェーンが正規（カノニカル）か」を決定します。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）では、バリデータはブロックを提案・アテストするために最低32 ETHをステークし、不正行為にはペナルティ（スラッシュ）が課されます。
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）からの移行により、イーサリアムのエネルギー集約型のマイニングプロセスは廃止されました。現在、ネットワークを運用するのに必要なエネルギーは大幅に少なくなっています。
Vlad Zamfirによって提案された代替案「Casper-CBC」は、初期のPoS研究で重要な役割を果たしましたが、現在はイーサリアム内で積極的に開発されていません。
はじめにCasperとは、イーサリアムのプルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を支えるファイナリティ・メカニズムの名称です。イーサリアムが2015年にローンチされた当初は、エネルギー集約型のマイニングによりネットワークを保護していました。開発者はすでに、ステーキングベースのモデルへ長期的に移行する計画を立てており、その移行を可能にするために設計されたプロトコルがCasperでした。
この転換は、もはやロードマップ上の項目ではありません。2022年9月15日、イーサリアムはThe Merge（The MergeはPoWマイニングを恒久的に引退させ、PoSコンセンサス層を有効化するアップグレード）を完了しました。Casper-FFG（Friendly Finality Gadget）は、イーサリアムネットワークにおける実運用のコンポーネントとして稼働しています。
Casper FFG と Casper CBCイーサリアムの研究フェーズでは、2つのCasper実装が並行して開発されました。
Casper FFG（Friendly Finality Gadget）Casper-FFGは、イーサリアム共同創設者のVitalik Buterinによって、PoSチェーンに対するファイナリティのオーバーレイとして提案されました。その役割は、ステークされたETHのうち2分の1ではなく「3分の2」が賛成票を投じた時点で、エポックのチェックポイントブロックを「justified（正当化済み）」状態に移行し、さらに次のチェックポイントも正当化されると「finalized（最終確定済み）」状態に移行することです。ファイナライズされたブロックを覆すには、少なくともステークされている全ETHの3分の1を破壊する必要があり、そのような攻撃は非常にコストが高くなります。
Casper-FFGは、本番投入された版です。LMD-GHOSTのフォーク選択ルールと組み合わせることで、The Merge以降に稼働しているイーサリアムのライブなコンセンサスメカニズム「Gasper」を構成します。
Casper CBC（Correct-by-Construction）Casper-CBCは、イーサリアム財団の研究者Vlad Zamfirによって提案されました。このアプローチは、設計上の安全性が証明できるPoSプロトコルを構築することに焦点を当て、コンセンサスモデルのより広いファミリーをカバーするものでした。Casper-CBCは初期のPoS研究に大きく貢献しましたが、現在はイーサリアムのコアプロトコル内で積極的に開発されていません。ただし、そのアイデアは、より広い範囲でブロックチェーンのコンセンサス研究に引き続き影響を与えています。
Gasperの仕組みイーサリアムの現在のコンセンサスメカニズムはGasperと呼ばれ、Casper-FFG（ファイナリティ）とLMD-GHOST（フォーク選択）を組み合わせたものです。これらが連携して、どのチェーンがカノニカルか、そしていつブロックが不可逆になるかを決定します。
バリデータとステーキングコンセンサスに参加するには、最低32 ETHをデポジット・コントラクトにステークする必要があり、それによってバリデータが有効化されます。バリデータは、12秒ごとのスロットごとに新しいブロックを提案し、アテストする責任を負います。現在、数十万のアクティブなバリデータがイーサリアムネットワークをセキュアに保っています。
責務を正直に遂行する人は、ステーキング報酬を得ます。不正を試みる人（たとえば二重投票を行う、あるいは矛盾するブロックを提案するなど）はスラッシュされます。つまり、ステークされていたETHの一部が破壊され、最終的にバリデータ集合から退出を強いられます。
ファイナリティとエポックのチェックポイントイーサリアム上の時間は、スロット（各12秒）とエポック（32スロット、約6.4分）に分けられます。各エポックの終わりに、チェックポイントブロックが指名されます。2分の1ではなく2分の3のバリデータがそのチェックポイントにアテストすると、それは「justified（正当化済み）」になります。次のチェックポイントも正当化されると、前のチェックポイントが「finalized（最終確定）」されます。
通常のネットワーク状況では、ファイナライズされたブロックは恒久的なものと見なされます。これを覆すには、攻撃者がステーク済みETHの3分の1超を支配し、スラッシングによる損失を受け入れる必要があります。
非活動リーク（inactivity leak）ネットワークがあまりにも多くのバリデータがオフラインであるためにブロックをファイナライズできない場合、Casper-FFGは非活動リークを有効化します。時間の経過とともに、オフラインのバリデータのステークは徐々に減っていき、合計ステークに占める割合が低下します。そして、アクティブな多数派が、ファイナリティに必要な3分の2の閾値に再び到達できるまで、その状態が続きます。このメカニズムは、深刻な混乱シナリオでもチェーンが回復できるように設計されています。
Casperの簡単な歴史Casper-FFGの起源は2014〜2015年にまでさかのぼり、Vitalik ButerinがPoSのファイナリティ・ガジェットを形式化し始めた時期に対応します。Gasperを稼働させる専用のPoSチェーンであるビーコンチェーンは、2020年12月1日に、イーサリアム既存のPoWメインネットと並行するライブなチェーンとしてローンチされました。これにより、The Mergeの前にイーサリアムのコミュニティはほぼ2年間かけて設計をストレステストできました。
2022年9月15日、イーサリアムのメインネットはビーコンチェーンと統合され、PoW（プルーフ・オブ・ワーク）からPoS（プルーフ・オブ・ステーク）への移行が完了しました。この転換により、イーサリアムのマイニングは完全に終了しました。バリデータがネットワークのブロック生産者として、マイナーに代わり、PoW時代と比べてエネルギー消費は推定99%減少しました。PoSへのアップグレード計画を説明するために使われていた「イーサリアム2.0」という呼称は、「The Merge」の後、イーサリアム財団によって正式に廃止されました。
CasperとイーサリアムPoSの利点大幅に低いエネルギー消費プルーフ・オブ・ワーク（PoW）システムでは、マイナーが24時間365日、専門的で電力を大量に消費するハードウェアを稼働させ続ける必要があります。一方でPoSでは、バリデータノードは比較的軽量です。Casperベースのコンセンサスへの移行により、イーサリアムのエネルギー使用量は劇的に削減され、セキュリティを損なうことなくネットワークの資源効率が高まります。
より強い経済的セキュリティCasper-FFGは、ネットワークのセキュリティを経済的ステーク（経済的な持ち分）に直接結び付けます。プロトコルのルールに反する行動を取ったバリデータは、スラッシング（没収）によって実際の価値を失います。ファイナリティを妨害するには、ステークされているETHの3分の1超を攻撃者が支配する必要があり、さらに悪意のあるブロックをファイナライズするには2分の3が必要です。いずれの場合でも、攻撃者はスラッシングによってそのステークを失うため、大規模攻撃は経済的に引き合わないものになります。
決定的なファイナリティ（Deterministic finality）PoWでは、ブロックのファイナリティは確率的です。十分な数の承認（コンファメーション）が積み重なって初めて、そのブロックが「最終的」と見なされます。Casper-FFGは決定的なファイナリティを提供します。つまり、一度ファイナライズされたブロックを元に戻すには、ステークされているETHの相当部分を破壊する必要があります。これにより、アプリやユーザーは取引が恒久的であることについてより強い保証を得られます。
より幅広いバリデータ参加PoWマイニングには、大きな初期のハードウェア投資が必要であり、参加は資金力のある運用に集中しがちです。PoSは、最低32 ETHのステークを満たせる誰にでも参加の門戸を開きます。その閾値に届かないユーザーに対しては、プール型ステーキングサービスやリキッド（流動性）ステーキングのプロトコルにより、より少額でも参加できるようになります。ただし、それぞれ固有のリスクプロファイルがある点は理解しておく必要があります。
制限Casper-FFGは、バリデータの多数派（スーパー・マジョリティ）がオンラインで誠実であることに依存しています。3分の1超のバリデータが足並みをそろえて共謀する、または同時にオフラインになると、ファイナリティが停止（停滞）する可能性があります。非アクティブ・リーク（inactivity leak）メカニズムがこの状況に対処しますが、ネットワークが回復するまでの間、不確実性の期間が生じます。
セキュリティは、ステークされているETHの総額にも比例して拡張します。ステーキングが大規模なプールに集中していくと、分散化に関する前提が時間とともに圧力を受ける可能性があります。研究者は攻撃シナリオやケースの検討を継続しており、Gasper仕様の改良も進められています。
リキッドステーキングのプロトコルは、32 ETHをロックせずに参加したいユーザーにとって一般的な手段になっていますが、リキッドステーキングには独自のスマートコントラクトと集中リスクが伴うため、参加前にそれらを理解しておく価値があります。
まとめCasper-FFGは、もはや研究提案ではありません。これは、GasperコンセンサスシステムとLMD-GHOSTとともに動作し、現在のイーサリアムを支える実働のファイナリティ（最終確定）メカニズムです。「The Merge」で完了したのは、何年もの研究とビーコンチェーンが準備してきた成果です。つまり、プルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの完全な移行です。
Casperを理解するとは、イーサリアムがどのように合意に到達するのか、なぜファイナライズされたブロックが恒久的だと見なされるのか、そしてバリデータが参加すると何を危険にさらすのかを理解することです。イーサリアムは今後のアップグレードを通じて進化を続けますが、Casper-FFGによって築かれた土台は、ネットワークの動作の中心であり続けます。
さらに読むプルーフ・オブ・ステーク（PoS）とは？
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）とプルーフ・オブ・ステーク（PoS）の違い
クリプトのステーキングとは何か、仕組みはどうなっているのか？
The Merge イーサリアムのアップグレード：知っておくべきことすべて
リキッドステーキングとは？
免責事項：このコンテンツは、一般情報および教育目的のために「現状のまま」提供されるものであり、いかなる種類の表明または保証もありません。これは、金融・法務・その他の専門的助言として解釈されるべきではなく、特定の商品やサービスの購入を推奨する意図もありません。適切な専門家アドバイザーにご自身で相談してください。第三者の投稿者により提供された場合、その投稿者が述べた見解は当該第三者のものであり、Binance Academyの見解を必ずしも反映するものではありません。デジタル資産の価格は変動する可能性があります。投資額の価値は下がることも上がることもあり、投資した金額がそのまま回収できるとは限りません。投資判断はすべてご自身の責任で行い、Binance Academyは、発生しうる損失について一切の責任を負いません。詳細は、利用規約、リスクに関する警告、およびBinance Academyの規約をご覧ください。