Vitalik Buterinは、プロトコルの効率性向上のためにバイナリ状態ツリーの移行とRISC-V VMへの移行を提案

イーサリアムの共同創設者ビタリック・ブテリンは、二つの主要なプロトコルアップグレードを提案する詳細な技術提案を公開しました。内容は、現在の六角形のメルクル・パトリシア・ツリーから二進数の状態ツリー構造への移行と、最終的にイーサリアム・バーチャルマシン（EVM）をRISC-Vベースのアーキテクチャに置き換えることです。

これらの提案は、2026年3月の投稿で概説されており、証明の効率性のボトルネックに対処し、データ帯域幅の要件を削減し、クライアント側の検証能力を向上させることを目的としています。ブテリンは、二進木への移行を「包括的な」アップグレードと位置付け、状態ツリー設計に関する十年の学びを取り入れたものとしています。一方、VMの変更は長期的なロードマップの項目として位置付けられ、プリコンパイルの必要性をほぼ排除し、プロトコルのアーキテクチャを簡素化する可能性があります。

証明効率向上のための二進状態ツリー移行提案

ブテリンは、現在開発中のEIP-7864を概説しました。これは、イーサリアムの既存の六角形keccakメルクル・パトリシア・ツリーを、より効率的なハッシュ関数を用いた二進木構造に置き換えるものです。提案された変更により、メルクルの枝の長さは4分の1に短縮され、512*log(n)/4から32*log(n)バイトに削減されます。

この削減により、Heliosやプライベート情報取得システムなどのクライアント側検証ツールのデータ帯域幅要件が低減します。証明の効率性は、枝の短縮だけでも3倍から4倍に向上し、ハッシュ関数の選択による追加の利点もあります。候補となるハッシュ関数には、keccakに比べて約3倍の効率向上をもたらすblake3や、追加のセキュリティ分析次第で100倍の効率向上が期待できるPoseidonのバリアントがあります。

二進木設計は、「ページ」グループ化を取り入れており、隣接するストレージスロットを64から256スロットのページにまとめ、2キロバイトから8キロバイトのデータを表します。この構造により、ストレージアクセスはコードの読み込みや編集と同様の効率を実現できます。ブロックヘッダーや最初の約1〜4キロバイトのコードとストレージは同じページに配置され、頻繁に最初のストレージスロットにアクセスする分散型アプリケーションでは、1トランザクションあたり1万以上のガス節約につながる可能性があります。

その他の利点として、大規模契約と小規模契約間のアクセス深度のばらつきの低減、六角構造に比べた実装の簡素化、将来の状態有効期限実装に必要なメタデータビットの組み込みが挙げられます。

RISC-Vアーキテクチャへの仮想マシン移行の検討

ブテリンは、イーサリアム・バーチャルマシン（EVM）をRISC-Vベースのアーキテクチャに置き換える理由を示し、EVMがイーサリアムの汎用設計のニーズに応えるには制限があると述べました。提案は、新しいVMに対して複数の効率性目標を設定しています。

生の実行効率の向上により、ほとんどのプリコンパイル要件を排除できる可能性があります。証明者の効率も向上し、現在のEVMではなくRISC-V向けに書かれた証明者の制約に対処します。クライアント側の証明能力により、特定のデータ条件下でのアカウントの振る舞いに関するZK証明の生成が可能になります。実装の簡素化は、数百行のコードで済むRISC-Vインタプリタの導入によって実現されます。

三段階の展開ロードマップが示されました。第一段階では、新しいVMをプリコンパイル関数に限定し、既存のプリコンパイルの約80％と新規プリコンパイルをNewVMコードとして実装します。第二段階では、ユーザーによるNewVMコントラクトの展開を可能にします。第三段階では、EVMを完全に廃止し、新しいVMで書かれたスマートコントラクトとして再実装します。

この移行期間中、EVMのユーザーは完全な後方互換性を維持し、ガスコストの変更が主な違いとなりますが、ブテリンはこれらの変更は今後数年間のスケーリング作業によって相殺されると述べています。

プロトコル進化の背景と開発者への考慮事項

ブテリンは、両提案とも証明の効率性における最大のボトルネックを解決するものであり、これらは証明オーバーヘッドの80％以上を占めると指摘しました。これらの変更は、さまざまなクライアント側の証明用途にとって必須とされています。

二進木への移行は、十年にわたる状態ツリー設計の経験から得た知見を取り入れたものと位置付けられています。VMの移行は、現時点ではより投機的でコンセンサスに含まれないとし、ブテリンは、イーサリアムはEVMとGPUの改善だけでも機能すると述べつつ、より良いVMがプロトコルを「美しく素晴らしいもの」にできるとしています。

両提案とも、イーサリアムの長期的な状態ロードマップに沿った実施スケジュールを持ち、二進木の移行はEIPプロセスを経て進行し、VMの移行は状態ツリーの変更完了を待つ長期的な取り組みとされています。

FAQ：イーサリアムプロトコルアップグレード提案

現在のイーサリアムの状態ツリーと提案された二進木の違いは何ですか？
イーサリアムは現在、keccakハッシュを用いた六角形のメルクル・パトリシア・ツリーを使用しています。提案された二進木は、より効率的なハッシュ関数を用いた二進構造で、メルクルの枝の長さを約4分の1に短縮します。これにより、クライアント側の検証に必要なデータ帯域幅が削減され、証明の効率も向上します。二進木はまた、ストレージスロットをページにグループ化し、アクセス効率を高めています。

EVMからRISC-Vへの移行は既存のイーサリアムアプリケーションにどのような影響を与えますか？
提案された三段階のロードマップにより、既存のEVMアプリケーションは移行期間中も完全な後方互換性を維持します。EVMは最終的に新しいVMで書かれたスマートコントラクトとして再実装され、既存のコントラクトは引き続き動作します。ガスコストは変更されますが、これらの変更は他のスケーリング改善とともに実施されます。

新しいVMはどのような効率性向上をもたらす可能性がありますか？
RISC-VベースのVMは、ほとんどのプリコンパイル要件を排除できるほどの生の実行効率を提供し、現在のEVM実装と比べて証明者の効率も向上させ、アカウントの振る舞いに関するZK証明の生成を可能にします。実装は非常に簡素化され、インタプリタは数百行のコードで済みます。