Ethereum: Yeni Nesil Akıllı Sözleşme ve Merkeziyetsiz Uygulama Platformu
Abstract
Ethereumは、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを導入する、次世代の暗号通貨および分散型アプリケーションプラットフォームです。これにより、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成し、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義することができます。
Ethereumの根本的なイノベーションは、Bitcoinによって開拓されたブロックチェーン技術と汎用プログラミング環境を組み合わせたことにあります。Bitcoinがある口座から別の口座への通貨移動のためのシンプルな状態遷移システムを提供するのに対し、Ethereumは開発者が想像しうるあらゆる種類の分散型アプリケーション——代替通貨や金融商品からドメイン登録システム、分散型組織に至るまで——を構築できるプラットフォームを提供します。
Ethereumは、本質的に究極の抽象的基盤レイヤーを構築することでこれを実現します。すなわち、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンであり、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義できます。Namecoinの基本的なバージョンはわずか2行のコードで記述でき、通貨やレピュテーションシステムなどの他のプロトコルは20行未満で構築できます。
Abstract
Ethereum, yerleşik Turing-complete bir programlama dili içeren bir blockchain sunan, yeni nesil bir kripto para ve merkeziyetsiz uygulama platformudur. Bu, herkesin mülkiyet, işlem biçimleri ve state transition fonksiyonları için kendi kurallarını oluşturabilecekleri smart contract'lar ve merkeziyetsiz uygulamalar yazmasına olanak tanır.
Ethereum'un temel yeniliği, Bitcoin tarafından öncülük edilen blockchain teknolojisini genel amaçlı bir programlama ortamıyla birleştirmesidir. Bitcoin, bir hesaptan diğerine para transferi için basit bir state transition sistemi sağlarken, Ethereum geliştiricilerin alternatif para birimlerinden ve finansal araçlardan alan adı kayıt sistemlerine ve merkeziyetsiz organizasyonlara kadar hayal edebilecekleri her türlü merkeziyetsiz uygulamayı oluşturabilecekleri bir platform sunar.
Ethereum bunu, özünde nihai soyut temel katmanı inşa ederek başarır: yerleşik Turing-complete bir programlama diline sahip bir blockchain, herkesin mülkiyet, işlem biçimleri ve state transition fonksiyonları için kendi kurallarını oluşturabilecekleri smart contract'lar ve merkeziyetsiz uygulamalar yazmasına olanak tanır. Namecoin'in temel bir versiyonu iki satır kodla yazılabilir ve para birimleri ile itibar sistemleri gibi diğer protokoller yirmiden az satırda oluşturulabilir.
Introduction and Existing Concepts
分散型デジタル通貨の概念は、財産登記などの代替的応用と同様に、数十年前から存在していました。1980年代から1990年代にかけての匿名電子マネープロトコルは、主にチャウミアンブラインディングと呼ばれる暗号プリミティブに依存しており、高度なプライバシーを備えた通貨を提供していましたが、中央集権的な仲介者への依存のため、これらのプロトコルは普及に至りませんでした。1998年、Wei Daiのb-moneyが、計算パズルの解決による貨幣創造と分散型コンセンサスの概念を導入した最初の提案となりましたが、分散型コンセンサスの実際の実装方法についての詳細は不十分でした。
2009年、Satoshi Nakamotoによって、分散型通貨が初めて実用的に実装されました。公開鍵暗号による所有権管理の確立された技術と、誰がコインを所有しているかを追跡するための「プルーフ・オブ・ワーク」と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムを組み合わせたものです。プルーフ・オブ・ワークの仕組みは、2つの問題を同時に解決したという点で画期的でした。第一に、ネットワーク内のノードがBitcoin台帳の状態に対する正規の更新セットに集団的に合意できる、シンプルかつ適度に効果的なコンセンサスアルゴリズムを提供しました。第二に、コンセンサスプロセスへの自由な参加を可能にする仕組みを提供し、誰がコンセンサスに影響を与えるかを決定するという政治的問題を解決すると同時に、シビル攻撃を防止しました。
Bitcoinブロックチェーンは長年の運用を通じて驚くほど堅牢であることが証明されましたが、本質的な限界があります。Bitcoinのスクリプト言語は意図的に制限的かつ非チューリング完全に設計されており、ループやより複雑なアプリケーションの構築に必要な多くの機能を欠いています。この制限は無限ループやその他の計算攻撃を防ぐために存在しますが、Bitcoin上に構築できるものを大幅に制約しています。
過去5年間で、Bitcoinの機能を拡張するための多くの試みがありました。カラードコインはBitcoinブロックチェーンを利用して代替資産の所有権を追跡しようとし、Namecoinは分散型の名前登録データベースの作成を試み、様々なメタコインプロトコルがBitcoin上に追加レイヤーを構築することを目指しました。これらのアプローチは有望でしたが、Bitcoinのスクリプト機能の制限とスクリプト内からブロックチェーンデータにアクセスできないことにより、最終的には限界がありました。
Ethereumが提供しようとしているのは、完全なチューリング完全プログラミング言語を内蔵したブロックチェーンです。この言語は、任意の状態遷移関数をエンコードできる「コントラクト」の作成に使用でき、ユーザーは上述のシステムのいずれか、さらには我々がまだ想像していない多くのシステムを、わずか数行のコードでロジックを記述するだけで作成することができます。
Introduction and Existing Concepts
Merkeziyetsiz dijital para birimi kavramı ve mülk kayıtları gibi alternatif uygulamalar onlarca yıldır var olmaktadır. 1980'lerin ve 1990'ların anonim e-nakit protokolleri, büyük ölçüde Chaumian blinding olarak bilinen bir kriptografik ilkeye dayanan, yüksek düzeyde gizlilik sunan bir para birimi sağlıyordu, ancak bu protokoller merkezi bir aracıya bağımlılıkları nedeniyle büyük ölçüde ilgi görmedi. 1998'de Wei Dai'nin b-money'si, hesaplama bulmacalarını çözerek para yaratma ve merkeziyetsiz uzlaşma fikrini ortaya koyan ilk teklif oldu, ancak teklif merkeziyetsiz uzlaşmanın gerçekte nasıl uygulanabileceği konusunda ayrıntılardan yoksundu.
2009'da Satoshi Nakamoto tarafından ilk kez pratikte merkeziyetsiz bir para birimi uygulandı; public key kriptografisi aracılığıyla sahiplik yönetimi için yerleşik ilkeleri, "proof of work" olarak bilinen, kimin madeni paralara sahip olduğunu izlemek için bir uzlaşma algoritması ile birleştirdi. Proof of work'ün arkasındaki mekanizma bu alanda bir atılımdı çünkü aynı anda iki sorunu çözdü. Birincisi, ağdaki düğümlerin Bitcoin defterinin durumuna ilişkin güncellemeler üzerinde toplu olarak anlaşmasını sağlayan basit ve orta düzeyde etkili bir uzlaşma algoritması sağladı. İkincisi, uzlaşma sürecine serbest girişe izin veren bir mekanizma sağladı; uzlaşmayı kimin etkileyeceğine karar verme siyasi sorununu çözerken aynı anda sybil saldırılarını önledi.
Bitcoin blockchain'i yıllarca süren işleyişinde dikkate değer bir sağlamlık göstermiştir, ancak doğası gereği sınırlıdır. Bitcoin'in betik dili kasıtlı olarak kısıtlayıcı ve Turing-complete olmayan şekilde tasarlanmıştır; daha karmaşık uygulamalar oluşturmak için gerekli olan döngüler ve birçok özellikten yoksundur. Bu sınırlama sonsuz döngüleri ve diğer hesaplama saldırılarını önlemek için mevcuttur, ancak Bitcoin üzerine ne inşa edilebileceğini ciddi şekilde kısıtlar.
Son beş yılda Bitcoin'in işlevselliğini genişletmek için birçok girişim olmuştur. Colored coins alternatif varlıkların sahipliğini izlemek için Bitcoin blockchain'ini kullanmayı amaçladı, Namecoin merkeziyetsiz bir isim kayıt veritabanı oluşturmaya çalıştı ve çeşitli metacoin protokolleri Bitcoin'in üzerine ek katmanlar inşa etmeyi hedefledi. Bu yaklaşımlar umut vaat etse de, nihayetinde Bitcoin'in betik yetenekleri ve betikler içinden blockchain verilerine erişim yetersizliği nedeniyle sınırlı kaldılar.
Ethereum'un sağlamayı amaçladığı şey, rastgele state transition fonksiyonlarını kodlayabilen "sözleşmeler" oluşturmak için kullanılabilecek, yerleşik tam donanımlı Turing-complete bir programlama diline sahip bir blockchain'dir; bu sayede kullanıcılar yukarıda açıklanan sistemlerden herhangi birini ve henüz hayal etmediğimiz birçoğunu, mantığı birkaç satır kodla yazarak oluşturabilirler.
Bitcoin As A State Transition System
技術的な観点から、Bitcoinのような暗号通貨の台帳は状態遷移システムと考えることができます。「状態」はすべての既存bitcoinの所有権の状況で構成され、「状態遷移関数」は状態とトランザクションを受け取り、結果として新しい状態を出力します。標準的な銀行システムでは、例えば、状態は貸借対照表であり、トランザクションはAからBへ\(Xを移動する要求であり、状態遷移関数はAの口座の値を\)X減少させ、Bの口座の値を\(X増加させます。もしAの口座に最初から\)X未満しかなければ、状態遷移関数はエラーを返します。
Bitcoinにおける「状態」は、鋳造されたがまだ使われていないすべてのコイン（技術的には「未使用トランザクション出力」またはUTXO）の集合です。各UTXOは額面と所有者（本質的に暗号公開鍵である20バイトのアドレスで定義される）を持っています。トランザクションは1つ以上の入力を含み、各入力は既存のUTXOへの参照と所有者のアドレスに関連付けられた秘密鍵によって生成された暗号署名を含みます。また、1つ以上の出力を含み、各出力は状態に追加される新しいUTXOを含みます。
状態遷移関数APPLY(S,TX) - S'は、おおよそ以下のように定義できます：
- TX内の各入力について、参照されたUTXOがSに存在しない場合、エラーを返す。
- 提供された署名がUTXOの所有者と一致しない場合、エラーを返す。
- すべての入力UTXOの額面の合計が、すべての出力UTXOの額面の合計より小さい場合、エラーを返す。
- すべての入力UTXOが削除され、すべての出力UTXOが追加されたSを返す。
最初のステップの前半は、トランザクション送信者が存在しないコインを使うことを防ぎ、最初のステップの後半は、トランザクション送信者が他人のコインを使うことを防ぎ、2番目のステップは価値の保存を強制します。これを支払いに使用するためのプロトコルは次の通りです：AliceがBobに11.7 BTCを送りたいとします。まず、Aliceは自分が所有する利用可能なUTXOの中から合計が少なくとも11.7 BTCになるセットを探します。現実的には、Aliceはちょうど11.7 BTCを得ることはできません。得られる最小の組み合わせが6+4+2=12だとします。そして、3つの入力と2つの出力を持つトランザクションを作成します。最初の出力はBobのアドレスを所有者とする11.7 BTCであり、2番目の出力は残りの0.3 BTCの「おつり」で、所有者はAlice自身です。
Bitcoin As A State Transition System
Teknik açıdan, Bitcoin gibi bir kripto para biriminin defteri, tüm mevcut bitcoin'lerin sahiplik durumundan oluşan bir "durum" ve bir durum ile bir işlem alıp sonuç olan yeni bir durum üreten bir "state transition fonksiyonu"nun bulunduğu bir state transition sistemi olarak düşünülebilir. Standart bir bankacılık sisteminde, örneğin, durum bir bilanço, işlem A'dan B'ye \(X transfer etme talebi ve state transition fonksiyonu A'nın hesabındaki değeri \)X azaltıp B'nin hesabındaki değeri \(X artıran fonksiyondur. A'nın hesabında başlangıçta \)X'den az varsa, state transition fonksiyonu bir hata döndürür.
Bitcoin'deki "durum", basılmış ve henüz harcanmamış tüm madeni paraların (teknik olarak, "harcanmamış işlem çıktıları" veya UTXO) koleksiyonudur; her UTXO'nun bir değeri ve bir sahibi vardır (20 baytlık bir adresle tanımlanır ve bu esasen kriptografik bir public key'dir). Bir işlem, her biri mevcut bir UTXO'ya referans ve sahibin adresiyle ilişkili private key tarafından üretilmiş kriptografik bir imza içeren bir veya daha fazla girdi ve her biri duruma eklenecek yeni bir UTXO içeren bir veya daha fazla çıktı içerir.
State transition fonksiyonu APPLY(S,TX) - S' kabaca şu şekilde tanımlanabilir:
- TX'teki her girdi için, referans verilen UTXO S'de yoksa, hata döndür.
- Sağlanan imza UTXO'nun sahibiyle eşleşmiyorsa, hata döndür.
- Tüm girdi UTXO'larının değerlerinin toplamı tüm çıktı UTXO'larının değerlerinin toplamından azsa, hata döndür.
- Tüm girdi UTXO'ları kaldırılmış ve tüm çıktı UTXO'ları eklenmiş S'yi döndür.
İlk adımın ilk yarısı, işlem göndericilerinin var olmayan madeni paraları harcamasını önler; ilk adımın ikinci yarısı, işlem göndericilerinin başkalarının madeni paralarını harcamasını önler ve ikinci adım değer korunumunu sağlar. Bunu ödeme için kullanmak üzere protokol şöyledir: Alice'in Bob'a 11,7 BTC göndermek istediğini varsayalım. İlk olarak, Alice en az 11,7 BTC'ye ulaşan sahip olduğu mevcut UTXO'lar kümesini arayacaktır. Gerçekçi olarak, Alice tam 11,7 BTC elde edemeyecektir; diyelim ki elde edebileceği en küçük miktar 6+4+2=12'dir. Daha sonra bu üç girdi ve iki çıktı ile bir işlem oluşturur. İlk çıktı, sahibi Bob'un adresi olan 11,7 BTC olacaktır ve ikinci çıktı, sahibi Alice'in kendisi olan kalan 0,3 BTC "para üstü" olacaktır.
Mining
信頼できる中央集権的なサービスにアクセスできれば、このシステムの実装は自明です。記述された通りにコーディングし、中央サーバーのハードドライブを使って状態を追跡するだけで済みます。しかし、Bitcoinでは分散型通貨システムを構築しようとしているため、すべての人がトランザクションの順序に合意することを保証するために、状態遷移システムとコンセンサスシステムを組み合わせる必要があります。Bitcoinの分散型コンセンサスプロセスでは、ネットワーク内のノードが「ブロック」と呼ばれるトランザクションのパッケージを継続的に生成しようと試みます。ネットワークはおよそ10分ごとに1つのブロックを生成することを意図しており、各ブロックにはタイムスタンプ、ノンス、前のブロックへの参照（すなわちハッシュ）、および前のブロック以降に行われたすべてのトランザクションのリストが含まれます。
時間の経過とともに、これはBitcoin台帳の最新の状態を表すために常に更新される、永続的で成長し続ける「ブロックチェーン」を生み出します。このパラダイムにおいてブロックが有効かどうかを検証するアルゴリズムは以下の通りです：
- ブロックが参照する前のブロックが存在し、有効であることを確認する。
- ブロックのタイムスタンプが前のブロックのタイムスタンプより大きく、未来の2時間以内であることを確認する。
- ブロックのプルーフ・オブ・ワークが有効であることを確認する。
- Sを前のブロックの終了時点の状態とする。
- TXをn個のトランザクションからなるブロックのトランザクションリストとする。0...n-1のすべてのiについて、S = APPLY(S,TX[i])とする。いずれかの適用がエラーを返した場合、終了してfalseを返す。
- trueを返し、Sをこのブロックの終了時点の状態として登録する。
本質的に、ブロック内の各トランザクションは、トランザクション実行前の正規の状態から新しい状態への有効な状態遷移を提供しなければなりません。状態はブロック内にいかなる形でもエンコードされていないことに注意してください。状態は純粋に検証ノードによって記憶される抽象概念であり、ジェネシス状態から始めてすべてのブロック内のすべてのトランザクションを順次適用することによってのみ、任意のブロックに対して（安全に）計算できます。
マイナーは、新しく作成されたbitcoinとトランザクション手数料によって計算作業に対する報酬を受け取ります。マイニングプロセスは次のように機能します：マイナーはブロックヘッダーを取得し、特定の難易度ターゲット以下のハッシュを見つけるまで、異なるノンス値で繰り返しハッシュ化します。マイナーがそのようなハッシュを見つけると、ブロックをネットワークにブロードキャストし、他のノードがハッシュの有効性とブロック内のすべてのトランザクションの有効性を検証します。難易度ターゲットは、ブロックがおおよそ一定の速度で生成されることを保証するために、プロトコルによって2016ブロック（約2週間）ごとに自動的に調整されます。
長期的には、ブロックチェーンのセキュリティはマイナーが正直に行動する経済的インセンティブを持っていることに依存することに注意してください。攻撃者がネットワークのマイニングパワーの50%以上を制御する場合、正直なチェーンよりも速く成長する代替ブロックチェーンを作成することで「51%攻撃」を実行できる可能性があります。しかし、そのような攻撃には膨大な計算リソースが必要であり、ブロックチェーンの完全性に対するネットワークの信頼が失われることで、攻撃者のマイニング報酬が無価値になる可能性が高いでしょう。
Mining
Güvenilir merkezi bir hizmete erişimimiz olsaydı, bu sistemi uygulamak önemsiz olurdu; tam olarak açıklandığı gibi kodlanabilir, durumu takip etmek için merkezi bir sunucunun sabit diskini kullanarak. Ancak Bitcoin ile merkeziyetsiz bir para birimi sistemi inşa etmeye çalışıyoruz, bu nedenle herkesin işlemlerin sırası üzerinde anlaşmasını sağlamak için state transition sistemini bir uzlaşma sistemi ile birleştirmemiz gerekecek. Bitcoin'in merkeziyetsiz uzlaşma süreci, ağdaki düğümlerin sürekli olarak "blok" adı verilen işlem paketleri üretmeye çalışmasını gerektirir. Ağ, yaklaşık her on dakikada bir blok üretmeyi amaçlar; her blok bir zaman damgası, bir nonce, önceki bloğa bir referans (yani hash) ve önceki bloktan bu yana gerçekleşen tüm işlemlerin bir listesini içerir.
Zamanla bu, Bitcoin defterinin en son durumunu temsil etmek için sürekli güncellenen kalıcı, sürekli büyüyen bir "blockchain" oluşturur. Bir bloğun geçerli olup olmadığını kontrol etme algoritması, bu paradigmada şu şekilde ifade edilir:
- Blok tarafından referans verilen önceki bloğun var olduğunu ve geçerli olduğunu kontrol et.
- Bloğun zaman damgasının önceki bloktan büyük ve gelecekte 2 saatten az olduğunu kontrol et.
- Blok üzerindeki proof of work'ün geçerli olduğunu kontrol et.
- S önceki bloğun sonundaki durum olsun.
- TX, n işlem içeren bloğun işlem listesi olsun. 0...n-1'deki tüm i için S = APPLY(S,TX[i]) ayarla. Herhangi bir uygulama hata döndürürse, çık ve false döndür.
- true döndür ve S'yi bu bloğun sonundaki durum olarak kaydet.
Esasen, bloktaki her işlem, işlem yürütülmeden önceki kanonik durumdan yeni bir duruma geçerli bir state transition sağlamalıdır. Durumun blokta hiçbir şekilde kodlanmadığını unutmayın; tamamen doğrulama düğümü tarafından hatırlanacak bir soyutlamadır ve herhangi bir blok için yalnızca genesis durumundan başlayarak her bloktaki her işlem sıralı olarak uygulanarak (güvenli bir şekilde) hesaplanabilir.
Madenci, hesaplama çalışması için yeni oluşturulan bitcoin'ler ve işlem ücretleri ile ödüllendirilir. Madencilik süreci şöyle çalışır: madenciler blok başlığını alır ve belirli bir zorluk hedefinin altında bir hash bulana kadar farklı nonce değerleriyle tekrar tekrar hash ederler. Bir madenci böyle bir hash bulduğunda, bloğu ağa yayınlar ve diğer düğümler hash'in geçerli olduğunu ve bloktaki tüm işlemlerin geçerli olduğunu doğrular. Zorluk hedefi, blokların yaklaşık sabit bir hızda üretilmesini sağlamak için protokol tarafından her 2016 blokta (yaklaşık iki hafta) otomatik olarak ayarlanır.
Uzun vadede, blockchain'in güvenliğinin madencilerin dürüst davranmaları için finansal teşvike sahip olmasına bağlı olduğunu unutmayın. Bir saldırgan ağın madencilik gücünün %50'sinden fazlasını kontrol ederse, dürüst zincirden daha hızlı büyüyen alternatif bir blockchain oluşturarak potansiyel olarak bir "%51 saldırısı" gerçekleştirebilir. Ancak böyle bir saldırı muazzam hesaplama kaynakları gerektirir ve ağ blockchain'in bütünlüğüne olan güvenini kaybettikçe saldırganın madencilik ödülleri muhtemelen değersiz hale gelir.
Merkle Trees
マークル木は、Bitcoinブロックにおいてトランザクションの包含を効率的かつ安全に検証するために使用される基本的なデータ構造です。マークル木はハッシュの二分木であり、リーフノードには個々のトランザクションのハッシュが含まれ、各内部ノードにはその2つの子のハッシュが含まれ、再帰的に構築されて最終的にブロックヘッダーに格納される単一のルートハッシュになります。この階層構造により、ブロック内のすべてのトランザクションをダウンロードすることなく、トランザクションからルートまでのハッシュの連鎖であるマークルブランチのみをダウンロードすることで、特定のトランザクションがブロックに含まれていることを誰でも検証できます。
効率性の向上は顕著です：完全なBitcoinノードはブロックチェーン全体を保存する必要がありますが（2013年時点で約15GB）、簡易支払い検証（SPV）ノードはマークルルートを含むブロックヘッダーのみをダウンロードすればよく、必要なデータはわずか4MBです。トランザクションを検証するために、SPVノードはフルノードにマークルブランチを要求しますが、これにはブロック内のトランザクション数をnとしてO(log n)のデータしか必要ありません。この対数的なスケーリングにより、モバイルデバイスやリソースの限られた環境でも軽量クライアントを実行することが可能になります。
Bitcoinのマークル木の使用は重要な原則を示しています：暗号構造は分散型ネットワークへの参加に必要な信頼とリソースの要件を劇的に削減できるということです。この同じ原則はEthereumの設計にも基盤として存在しており、マークル木はトランザクションだけでなく状態とレシートの保存にも使用され、さらに洗練されたライトクライアントプロトコルを可能にしています。
Merkle Trees
Merkle tree'ler, Bitcoin bloklarında işlem dahilinin verimli ve güvenli doğrulanmasını sağlamak için kullanılan temel bir veri yapısıdır. Merkle tree, yaprak düğümlerin bireysel işlemlerin hash'lerini içerdiği, her iç düğümün iki çocuğunun hash'ini içerdiği ve blok başlığında saklanan tek bir kök hash'e kadar özyinelemeli olarak inşa edilen bir ikili hash ağacıdır. Bu hiyerarşik yapı, herhangi birinin, bloktaki tüm işlemleri indirmek yerine yalnızca Merkle dalını—işlemden köke kadar olan hash zincirini—indirerek belirli bir işlemin bir blokta yer aldığını doğrulamasına olanak tanır.
Verimlilik kazanımları önemlidir: tam bir Bitcoin düğümü tüm blockchain'i (2013 itibarıyla yaklaşık 15GB) depolamak zorundayken, basitleştirilmiş ödeme doğrulama (SPV) düğümünün yalnızca Merkle köklerini içeren blok başlıklarını indirmesi gerekir ve bu yalnızca 4MB veri gerektirir. Bir işlemi doğrulamak için, SPV düğümü tam düğümlerden Merkle dalını talep eder ve bu yalnızca O(log n) veri gerektirir; burada n bloktaki işlem sayısıdır. Bu logaritmik ölçekleme, mobil cihazlarda ve düşük kaynaklı ortamlarda hafif istemcilerin çalıştırılmasını mümkün kılar.
Bitcoin'in Merkle tree kullanımı önemli bir ilkeyi gösterir: kriptografik yapılar, merkeziyetsiz bir ağa katılmak için güven ve kaynak gereksinimlerini dramatik şekilde azaltabilir. Aynı ilke Ethereum'un tasarımının temelini oluşturur; burada Merkle tree'ler yalnızca işlemler için değil, aynı zamanda durum ve makbuz depolama için de kullanılır ve daha sofistike hafif istemci protokollerini mümkün kılar.
Alternative Blockchain Applications
Bitcoinのブロックチェーンの成功は、この概念を単純な通貨を超えて拡張する多くの試みを触発しました。2010年に開始されたNamecoinは最も初期の例の一つであり、ブロックチェーン上に構築された分散型名前登録データベースで、中央機関が検閲や取り消しできない分散型の名前空間にユーザーが名前を登録できるようにしました。カラードコインは、特定のトランザクション出力に「タグ付け」することで、Bitcoinブロックチェーン上で現実世界の資産、会社の株式、または他の暗号通貨の所有権を表す代替資産の手段として登場しました。Mastercoin（後のOmni）などのメタコインやメタプロトコルは、Bitcoinトランザクションに追加データをエンコードし、その上に別のプロトコルルールを構築することで、Bitcoin上に追加機能をレイヤー化しました。
しかし、これらのアプローチはすべて、Bitcoinのアーキテクチャによって課される根本的な制限に苦しみました。Bitcoinのスクリプト言語は意図的に制限されており、ブロックチェーンの状態にアクセスできず、ループや複雑な制御フローを欠き、トランザクション値への内省が限られています。洗練されたアプリケーションを構築するには、不格好な回避策が必要でした：本来そのような目的を想定していないトランザクションフィールドにメタデータをエンコードしたり、複雑なロジックのためにオフチェーンインフラストラクチャに依存したり、プロトコルが達成できることの厳しい制限を受け入れたりする必要がありました。
これらの制約が、より汎用的なブロックチェーンプラットフォームの探求を動機づけました。Bitcoinの限られた基盤の上にさらに別の特殊目的プロトコルを構築するのではなく、Ethereumは異なるアプローチを取ります：チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを提供し、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する任意のルールを定義できるようにします。
Alternative Blockchain Applications
Bitcoin'in blockchain'inin başarısı, kavramı basit para biriminin ötesine genişletmeye yönelik çok sayıda girişime ilham verdi. 2010'da başlatılan Namecoin, en erken örneklerden biriydi—bir blockchain üzerine kurulmuş merkeziyetsiz bir isim kayıt veritabanı, kullanıcıların hiçbir merkezi otoritenin sansürleyemeyeceği veya iptal edemeyeceği dağıtılmış bir ad alanında isim kaydetmesine izin veren. Colored coins, belirli işlem çıktılarını "etiketleyerek" gerçek dünya varlıklarının, şirket hisselerinin veya diğer kripto paraların sahipliğini temsil etmek için Bitcoin blockchain'inde alternatif varlıkları temsil etmenin bir yolu olarak ortaya çıktı. Metacoin'ler ve Mastercoin (sonradan Omni) gibi meta-protokoller, Bitcoin işlemlerine ek veri kodlayarak ve bunun üzerine ayrı protokol kuralları inşa ederek Bitcoin'in üzerine ek işlevsellik katmanladı.
Ancak tüm bu yaklaşımlar, Bitcoin'in mimarisi tarafından dayatılan temel sınırlamalardan muzdaripti. Bitcoin betik dili kasıtlı olarak kısıtlıdır—blockchain durumuna erişemez, döngülerden ve karmaşık kontrol akışından yoksundur ve işlem değerlerine sınırlı iç gözlem sağlar. Sofistike uygulamalar inşa etmek garip geçici çözümler gerektiriyordu: metadata'yı hiçbir zaman bu amaç için tasarlanmamış işlem alanlarına kodlamak, karmaşık mantık için zincir dışı altyapıya güvenmek veya protokolün başarabileceklerindeki ciddi sınırlamaları kabul etmek.
Bu kısıtlamalar, daha genel amaçlı bir blockchain platformu arayışını motive etti. Bitcoin'in sınırlı temeli üzerine bir başka özel amaçlı protokol inşa etmek yerine, Ethereum farklı bir yaklaşım benimser: yerleşik Turing-complete bir programlama diline sahip bir blockchain sağlayarak, herkesin sahiplik, işlem formatları ve state transition fonksiyonları için rastgele kurallarla smart contract'lar ve merkeziyetsiz uygulamalar yazmasına olanak tanır.
Scripting
Bitcoin Script——Bitcoinトランザクションの使用条件を定義するために使用される言語——は、意図的に厳しい制限のもとに設計されています。チューリング完全ではなく、特にループや複雑な制御フロー構造を欠いています。この言語は、値のプッシュとポップ、暗号条件の評価を行い、最終的にトランザクションが有効かどうかを判定するためにtrueまたはfalseを返す、単純なスタックベースの実行環境として動作します。このシンプルさはセキュリティ上の利点を提供し、形式的分析を容易にしますが、多くの種類のアプリケーションの実装を不可能にもしています。
これらの制限は主に3つのカテゴリに分類されます。第一に、チューリング完全性の欠如は、複雑な状態機械、決定木、または反復を必要とするいかなるアルゴリズムの実装も妨げます。第二に、値の不可視性は、スクリプトが引き出し金額に対するきめ細かい制御を指定できないことを意味します——UTXOはその全額でしか使用できず、おつりは新しい出力に送られます。例えば、スクリプトは1日あたりの引き出しをX以下に制限し、残りをロックしたままにするということができません。第三に、ブロックチェーン状態の認識の欠如は、UTXOが使用済みか未使用のいずれかであり中間状態がないことを意味し、多段階のコントラクトをオンチェーンのみで実装することを不可能にしています。
これらの制約により、分散型自律組織、引き出し制限付きの貯蓄ウォレット、分散型取引所、予測市場などの高度なアプリケーションは、不可能であるか、不格好なオフチェーンメカニズムを必要とします。高度な金融コントラクトは、市場データへのアクセス、複数のトランザクションにわたる内部状態の維持、複雑な条件ロジックを必要とするかもしれません——これらのいずれもBitcoin Scriptでは提供できません。Ethereumは、ブロックチェーン状態への完全なアクセスを備えたチューリング完全言語を提供することで、これらの制限を取り除きます。
Scripting
Bitcoin Script, Bitcoin işlemleri için harcama koşullarını tanımlamak için kullanılan dil, kasıtlı olarak ciddi sınırlamalarla tasarlanmıştır. Turing-complete değildir—en önemlisi döngüler ve karmaşık kontrol akışı yapılarından yoksundur. Dil, işlemlerin değerleri ittiği ve çektiği, kriptografik koşulları değerlendirdiği ve nihayetinde bir işlemin geçerli olup olmadığını belirlemek için true veya false döndürdüğü basit bir yığın tabanlı yürütme ortamı olarak çalışır. Bu basitlik güvenlik avantajları sağlar ve biçimsel analizi kolaylaştırırken, birçok uygulama türünü uygulamayı imkansız kılar.
Bu sınırlamalar üç ana kategoriye ayrılır. Birincisi, Turing-completeness eksikliği karmaşık durum makinelerinin, karar ağaçlarının veya yineleme gerektiren herhangi bir algoritmanın uygulanmasını engeller. İkincisi, değer körlüğü, betiklerin çekim miktarları üzerinde ince ayarlı kontrol belirleyemeyeceği anlamına gelir—bir UTXO yalnızca bütünüyle harcanabilir ve para üstü yeni bir çıktıya gönderilir. Bir betik, örneğin, günlük maksimum X çekimle sınırlandırırken kalanı kilitli tutamaz. Üçüncüsü, blockchain durum farkındalığı eksikliği, UTXO'ların ya harcanmış ya da harcanmamış olduğu ve ara durumlar olmadığı anlamına gelir, bu da çok aşamalı sözleşmelerin tamamen zincir üzerinde uygulanmasını imkansız kılar.
Bu kısıtlamalar, merkeziyetsiz otonom organizasyonlar, çekim limitleri olan tasarruf cüzdanları, merkeziyetsiz borsalar veya tahmin piyasaları gibi sofistike uygulamaları ya imkansız kılar ya da garip zincir dışı mekanizmalar gerektirir. Gelişmiş bir finansal sözleşme, piyasa verilerine erişim, birden fazla işlem boyunca dahili durum sürdürme yeteneği ve karmaşık koşullu mantık gerektirebilir—bunların hiçbirini Bitcoin Script sağlayamaz. Ethereum, blockchain durumuna tam erişim ile Turing-complete bir dil sağlayarak bu sınırlamaları ortadan kaldırır.
Ethereum
Ethereumの根本的な目標は、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを提供し、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義できるようにすることです。通貨、名前登録、資産取引などの特定のアプリケーション向けにプロトコルを設計するのではなく、Ethereumは基盤レイヤー——開発者が想像しうるあらゆるアプリケーションを構築するために使用できるブロックチェーンベースの分散コンピューティングプラットフォーム——を提供します。
このアーキテクチャはBitcoinのUTXOモデルとは根本的に異なります。Ethereumはアカウントベースのシステムを使用しており、ブロックチェーンの状態はアドレスからアカウントオブジェクトへのマッピングで構成されます。各アカウントは残高、トランザクションカウンター（ノンス）を持ち、コントラクトアカウントの場合は関連するコードとストレージも持ちます。プラットフォームには、Ethereum仮想マシン（EVM）——トランザクションと状態遷移を処理するスタックベースの実行環境——で実行されるコントラクトコードを記述するための、チューリング完全なプログラミング言語が内蔵されています。
この汎用性により、幅広いアプリケーションが可能になります：カスタム発行ルールを持つ代替暗号通貨、金融デリバティブとステーブルコイン、アイデンティティおよびレピュテーションシステム、分散型ファイルストレージ、分散型自律組織（DAO）、その他多数。ホワイトペーパーは、Ethereumが特定のユースケースに最適化されているのではなく、アカウント、トランザクション、チューリング完全言語、ガスによる計量実行という基本的なビルディングブロックを提供し、開発者がそれらを組み合わせてエコシステムが求めるあらゆるアプリケーションを作成できることを強調しています。
Ethereum
Ethereum'un temel hedefi, herkesin smart contract'lar ve merkeziyetsiz uygulamalar yazabileceği, sahiplik, işlem formatları ve state transition fonksiyonları için kendi rastgele kurallarını oluşturabileceği yerleşik Turing-complete bir programlama diline sahip bir blockchain sağlamaktır. Para birimi, isim kaydı veya varlık ticareti gibi belirli uygulamalar için bir protokol tasarlamak yerine, Ethereum temel bir katman sağlar—geliştiricilerin hayal edebilecekleri herhangi bir uygulamayı inşa etmek için kullanabilecekleri blockchain tabanlı dağıtık bir bilgi işlem platformu.
Mimari, Bitcoin'in UTXO modelinden temelden farklıdır. Ethereum, blockchain durumunun adreslerden hesap nesnelerine bir eşlemeden oluştuğu hesap tabanlı bir sistem kullanır. Her hesabın bir bakiyesi, bir işlem sayacı (nonce) ve sözleşme hesapları için ilişkili kodu ve depolama alanı vardır. Platform, Ethereum Virtual Machine'de (EVM) yürütülen sözleşme kodu yazmak için yerleşik Turing-complete bir programlama dili içerir; EVM, işlemleri ve durum geçişlerini işleyen yığın tabanlı bir yürütme ortamıdır.
Bu genellik, geniş bir uygulama yelpazesini mümkün kılar: özel ihraç kurallarına sahip alternatif kripto paralar, finansal türevler ve stablecoin'ler, kimlik ve itibar sistemleri, merkeziyetsiz dosya depolama, merkeziyetsiz otonom organizasyonlar (DAO'lar) ve çok daha fazlası. Teknik rapor, Ethereum'un herhangi bir belirli kullanım durumu için optimize edilmediğini, bunun yerine temel yapı taşları—hesaplar, işlemler, Turing-complete bir dil ve gas ile ölçülmüş yürütme—sağladığını ve geliştiricilerin ekosistemin talep ettiği herhangi bir uygulamayı oluşturmak için bunları birleştirebileceğini vurgular.
Ethereum Accounts
Ethereumにおいて、状態はアカウントで構成されており、2つの基本的な種類があります。外部所有アカウント（EOA）は秘密鍵によって制御され、関連するコードを持ちません——ブロックチェーンと対話する人間のユーザーや外部エンティティを表します。コントラクトアカウントはそのコントラクトコードによって制御され、メッセージまたはトランザクションを受信した際に起動されます。両方の種類は共通の構造を共有しています：すべてのアカウントはノンス（各トランザクションが一度だけ処理されることを保証するために使用されるカウンター）、Ether残高を持ち、コントラクトの場合は特にコントラクトコードと永続ストレージを持ちます。
Etherは Ethereumの主要な内部暗号通貨であり、価値移転の手段とトランザクション手数料（ガス）を支払うための基本単位の両方として機能します。価値が複数の未使用出力に分散されるBitcoinのUTXOモデルとは異なり、Ethereumのアカウントは単純な残高を維持し、Etherを受信すると増加し、送信すると減少します。このアカウントベースのモデルは、特に永続的な状態や複雑なアクセス制御を必要とする多くの種類のアプリケーションを簡素化しますが、Bitcoinのアプローチとは異なるセキュリティ上の考慮事項を導入します。
EOAとコントラクトアカウントの区別は、Ethereumの動作を理解する上で極めて重要です。EOAは秘密鍵でメッセージを作成・署名してトランザクションを開始でき、トランザクションがブロックに含まれるためにガス手数料を支払います。コントラクトアカウントは自らトランザクションを開始することはできませんが、トランザクションやメッセージの受信に応じて他のコントラクトにメッセージを送信できます。これにより、単一の外部トランザクションが複数のコントラクト間のインタラクションをトリガーする、複雑な実行チェーンが可能になります。
Ethereum Accounts
Ethereum'da durum hesaplardan oluşur ve iki temel tür vardır. Harici olarak sahiplenilmiş hesaplar (EOA'lar) özel anahtarlar tarafından kontrol edilir ve ilişkili kodları yoktur—blockchain ile etkileşime giren insan kullanıcıları veya harici varlıkları temsil ederler. Sözleşme hesapları, sözleşme kodları tarafından kontrol edilir ve bir mesaj veya işlem aldıklarında etkinleştirilir. Her iki tür de ortak bir yapıyı paylaşır: her hesabın bir nonce'u (her işlemin yalnızca bir kez işlenmesini sağlamak için kullanılan bir sayaç), bir ether bakiyesi ve özellikle sözleşmeler için sözleşme kodu ve kalıcı depolama alanı vardır.
Ether, Ethereum'un birincil dahili kripto para birimidir ve hem değer transferi aracı hem de işlem ücretlerini (gas) ödemek için temel birim olarak hizmet eder. Değerin birden fazla harcanmamış çıktıya dağıtıldığı Bitcoin'in UTXO modelinin aksine, Ethereum hesapları ether aldıklarında artan ve gönderdiklerinde azalan basit bir bakiye sürdürür. Bu hesap tabanlı model, özellikle kalıcı durum veya karmaşık erişim kontrolü gerektiren birçok uygulama türünü basitleştirir, ancak Bitcoin'in yaklaşımına kıyasla farklı güvenlik değerlendirmeleri sunar.
EOA'lar ve sözleşme hesapları arasındaki ayrım, Ethereum'un işleyişini anlamak için çok önemlidir. EOA'lar, özel anahtarlarıyla mesaj oluşturup imzalayarak işlem başlatabilir ve işlemlerinin bloklara dahil edilmesi için gas ücreti öderler. Sözleşme hesapları kendi başlarına işlem başlatamaz, ancak bir işlem veya mesaj almaya yanıt olarak diğer sözleşmelere mesaj gönderebilir; bu, tek bir harici işlemin birden fazla sözleşmeler arası etkileşimi tetiklediği karmaşık yürütme zincirlerini mümkün kılar.
Messages and Transactions
Ethereumにおけるトランザクションは、外部所有アカウントによって作成され、ネットワークにブロードキャストされる署名付きデータパッケージです。トランザクションには、受信者アドレス、送信者の身元を証明する暗号署名、送金するEtherの量、オプションのデータフィールド（コントラクトとのインタラクションにおいて重要）、STARTGAS（トランザクションに許可される計算ステップの最大数）、およびGASPRICE（送信者が計算ステップごとに支払う意思のある手数料）が含まれます。マイナーはこれらのトランザクションを収集し、検証し、実行し、ブロックに含め、報酬としてガス手数料を受け取ります。
メッセージはトランザクションと概念的に似ていますが、外部アクターではなくコントラクトによって生成されます。コントラクトのコードが実行されると、他のコントラクトにメッセージを送信できます——これらの内部メッセージには、送信者（コントラクトアドレス）、受信者、送金するEtherの量、オプションのデータペイロード、およびSTARTGAS制限が含まれます。メッセージはコントラクト間の通信を可能にし、モノリシックなプログラムではなく、複数の相互作用するコントラクトから複雑なアプリケーションを構築できるようにします。
ガスメカニズムは不正利用を防ぐために不可欠です：トランザクション内のすべての計算ステップ、ストレージ操作、データバイトがガスを消費します。トランザクションが完了前にガスを使い果たした場合、すべての状態変更はロールバックされます（マイナーへのガス支払いを除く）。これにより、無限ループや過剰な計算がネットワークを停止させることを防ぎます。送信者はガス予算の合計（STARTGAS）と単位あたりの支払い価格（GASPRICE）の両方を指定し、実行完了後に未使用のガスは返金されます。
Messages and Transactions
Ethereum'daki işlemler, harici olarak sahiplenilmiş hesaplar tarafından oluşturulan ve ağa yayınlanan imzalı veri paketleridir. Bir işlem; alıcı adresi, gönderenin kimliğini kanıtlayan kriptografik imza, transfer edilecek ether miktarı, isteğe bağlı bir veri alanı (sözleşmelerle etkileşim için kritik), STARTGAS (işlemin alabileceği maksimum hesaplama adımı sayısı) ve GASPRICE (gönderenin hesaplama adımı başına ödemeye razı olduğu ücret) içerir. Madenciler bu işlemleri toplar, doğrular, yürütür ve bloklara dahil eder; karşılığında gas ücretlerini alırlar.
Mesajlar kavramsal olarak işlemlere benzer ancak harici aktörler yerine sözleşmeler tarafından üretilir. Bir sözleşmenin kodu yürütüldüğünde, diğer sözleşmelere mesaj gönderebilir—bu dahili mesajlar göndereni (sözleşme adresi), alıcıyı, transfer edilecek ether miktarını, isteğe bağlı bir veri yükünü ve bir STARTGAS limitini içerir. Mesajlar, sözleşmeler arası iletişimi mümkün kılarak, karmaşık uygulamaların monolitik programlar yerine birden fazla etkileşen sözleşmeden inşa edilmesine olanak tanır.
Gas mekanizması, kötüye kullanımı önlemek için kritiktir: bir işlemdeki her hesaplama adımı, depolama işlemi ve veri baytı gas tüketir. Bir işlem tamamlanmadan önce gas'ı biterse, tüm durum değişiklikleri geri alınır (madenciye gas ödemesi hariç); bu, sonsuz döngülerin veya aşırı hesaplamanın ağı durma noktasına getirmesini önler. Gönderen hem toplam gas bütçesini (STARTGAS) hem de birim başına ödemeye razı olduğu fiyatı (GASPRICE) belirtir ve yürütme tamamlandıktan sonra kullanılmamış gas iade edilir.
Ethereum State Transition Function
Ethereumの状態遷移関数APPLY(S,TX) - S'は、トランザクションがブロックチェーンの状態をどのように変換するかを定義し、正確な一連のステップに従います。まず、システムはトランザクションの有効性を検証します：署名が正しいことの確認、ノンスが送信者のアカウントノンスと一致することの確認、送信者が前払い費用（STARTGAS × GASPRICE加えて送金額）を支払うのに十分な残高を持っていることの確認です。いずれかのチェックが失敗した場合、実行開始前にトランザクションは拒否されます。有効であれば、トランザクション手数料が送信者のアカウントから差し引かれ、送信者のノンスがインクリメントされ、トランザクションデータのバイトごとの手数料を差し引いたSTARTGASに初期ガスカウンターが設定されます。
次に、システムは指定されたEther値を送信者から受信者に送金します。受信者が外部所有アカウントの場合、これでトランザクションは完了します。受信者がコントラクトアカウントの場合、コントラクトのコードがEthereum仮想マシン内で実行され、コードが正常に完了するか、コードが明示的に停止するか、ガスが尽きるまで、各操作でガスを消費します。実行中、コントラクトはそのストレージの読み書き、他のコントラクトへのメッセージの送信、新しいコントラクトの作成が可能です。
最後に、値の送金が失敗した場合（残高不足）またはコード実行が失敗した場合（ガス切れまたはエラー発生）、すべての状態変更がロールバックされます——ただし、送信者は実行された計算に対するガス手数料をマイナーに支払います。実行が成功した場合、残りのガスは送信者に返金され、消費されたガスは手数料としてマイナーに送られます。このメカニズムにより、マイナーは計算に対する報酬を受け取り、同時に制御不能な実行が無制限のリソースを消費することを防ぎます。
Ethereum State Transition Function
Ethereum state transition fonksiyonu APPLY(S,TX) - S', bir işlemin blockchain durumunu nasıl dönüştürdüğünü tanımlar ve kesin bir adım dizisini takip eder. İlk olarak, sistem işlem geçerliliğini kontrol eder: imzanın doğru olduğunu doğrulama, nonce'un gönderenin hesap nonce'uyla eşleştiğini onaylama ve gönderenin peşin maliyeti (STARTGAS x GASPRICE artı gönderilen değer) ödemeye yetecek bakiyeye sahip olduğunu sağlama. Herhangi bir kontrol başarısız olursa, işlem yürütme başlamadan önce reddedilir. Geçerliyse, işlem ücreti gönderenin hesabından düşülür, gönderenin nonce'u artırılır ve başlangıç gas sayacı STARTGAS eksi işlem verileri için bayt başına ücret olarak ayarlanır.
Ardından, sistem belirtilen ether değerini göndericiden alıcıya transfer eder. Alıcı harici olarak sahiplenilmiş bir hesapsa, bu işlemi tamamlar. Alıcı bir sözleşme hesabıysa, sözleşmenin kodu Ethereum Virtual Machine'de çalışır ve her işlem için gas tüketir; kod başarıyla tamamlanana, kod açıkça durdurana veya gas bitene kadar devam eder. Yürütme sırasında sözleşme, depolama alanını okuyabilir ve değiştirebilir, diğer sözleşmelere mesaj gönderebilir ve yeni sözleşmeler oluşturabilir.
Son olarak, değer transferi başarısız olursa (yetersiz bakiye) veya kod yürütme başarısız olursa (gas bitmesi veya bir hataya çarpma), tüm durum değişiklikleri geri alınır—ancak gönderen yine de gerçekleştirilen hesaplama için madenciye gas ücreti öder. Yürütme başarılı olduysa, kalan gas göndericiye iade edilir ve tüketilen gas madenciye ücret olarak gönderilir. Bu mekanizma, madencilerin hesaplama için tazmin edilmesini sağlarken kontrolsüz yürütmenin sınırsız kaynak tüketmesini önler.
Code Execution
Ethereum仮想マシン（EVM）は、コントラクトコードが実行されるランタイム環境であり、Java仮想マシンやWebAssemblyと概念的に類似した低レベルのスタックベース仮想マシンです。コントラクトコードはバイトの列として格納され、各バイトはEVMが実行できるオペレーション（オペコード）を表します。実行モデルは意図的にシンプルかつ決定論的です：同じ入力状態とトランザクションでEVMを実行するすべてのノードは、同じ出力状態に到達しなければならず、ネットワーク全体のコンセンサスを保証します。
EVMは計算のために3つの異なるタイプのストレージを提供します。スタックは1024要素に制限された後入先出（LIFO）構造であり、即座の操作値に使用されます。メモリは単一のメッセージコールの間だけ持続し、実行間でリセットされる無限に拡張可能なバイト配列です。ストレージは各コントラクトアカウントに永続的に関連付けられた永続キーバリューストアであり、コントラクトがトランザクションをまたいで長期的な状態を維持する場所です。これらのストレージタイプはガス料金が異なります——スタックとメモリの操作は安価ですが、ストレージ操作はブロックチェーンの肥大化を防ぐために高価です。
実行中、コントラクトコードは重要なコンテキストにアクセスできます：メッセージ送信者のアドレス、送られたEtherの量、呼び出し元が提供したデータペイロード、現在のブロック番号、タイムスタンプ、マイナーアドレスなどのブロックレベルのプロパティを読み取ることができます。コードは呼び出し元に出力バイト配列を返すことができ、他のコントラクトにメッセージを送信したり、新しいコントラクトを作成したりできます。この実行モデルはチューリング完全であり、ループや複雑な制御フローが可能ですが、ガスメカニズムによりすべての計算が有限時間で終了することが保証され、言語の制限ではなく経済的な方法で停止性問題を解決しています。
Code Execution
Ethereum Virtual Machine (EVM), sözleşme kodunun yürütüldüğü çalışma zamanı ortamıdır—kavramsal olarak Java Virtual Machine veya WebAssembly'ye benzer düşük seviyeli, yığın tabanlı bir sanal makine. Sözleşme kodu, her baytın EVM'nin yürütebileceği bir işlemi (opcode) temsil ettiği bir bayt dizisi olarak depolanır. Yürütme modeli kasıtlı olarak basit ve deterministiktir: aynı giriş durumu ve işlemle EVM'yi çalıştıran her düğüm aynı çıkış durumuna ulaşmalıdır, bu da ağ genelinde uzlaşmayı sağlar.
EVM, hesaplama için üç farklı depolama türü sağlar. Yığın, anlık işlem değerleri için kullanılan, 1024 öğeyle sınırlı son giren ilk çıkar (LIFO) yapısıdır. Bellek, yalnızca tek bir mesaj çağrısı süresince var olan ve yürütmeler arasında sıfırlanan sonsuz genişletilebilir bir bayt dizisidir. Depolama, her sözleşme hesabıyla kalıcı olarak ilişkili olan ve sözleşmelerin işlemler boyunca uzun vadeli durumlarını sürdürdüğü kalıcı anahtar-değer deposudur. Bu depolama türleri gas'ta farklı şekilde fiyatlandırılır—yığın ve bellek işlemleri ucuzdur, depolama işlemleri ise blockchain şişmesini önlemek için pahalıdır.
Yürütme sırasında, sözleşme kodunun kritik bağlama erişimi vardır: mesaj gönderenin adresini, gönderilen ether miktarını, çağıran tarafından sağlanan veri yükünü ve mevcut blok numarası, zaman damgası ve madenci adresi gibi blok düzeyindeki özellikleri okuyabilir. Kod, çağırana bir çıkış bayt dizisi döndürebilir ve diğer sözleşmelere mesaj gönderebilir veya yeni sözleşmeler oluşturabilir. Bu yürütme modeli Turing-complete'dir—döngüler ve karmaşık kontrol akışı mümkündür—ancak gas mekanizması, tüm hesaplamanın sınırlı zamanda sona ermesini sağlar ve durma problemini dil kısıtlamalarıyla değil ekonomik olarak çözer.
Blockchain and Mining
Ethereumのブロックチェーンは基本的にBitcoinのものと類似しており、これまでに実行されたすべてのトランザクションを含むデータベースとして機能します。しかし、Bitcoinがトランザクションリストのみを格納するのに対し、Ethereumはトランザクションリストと最新の状態の両方を格納します。Ethereumの各ブロックには、前のブロックのハッシュ、ステートルート（全体の状態を表すマークル・パトリシアトライのルートハッシュ）、トランザクションルート、レシートルート（トランザクション実行からのデータを格納）、そして難易度、タイムスタンプ、ノンスの値が含まれます。状態自体は、アドレスからアカウントオブジェクトへのマッピングである大きなマークル・パトリシアトライであり、各アカウントは残高、ノンス、コード（存在する場合）、およびストレージを持ちます。
Ethereumは、高速なブロック時間から生じるセキュリティ問題に対処するために、GHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）プロトコルの修正版を使用しています。従来の最長チェーンプロトコルでは、高速なブロックは高い陳腐化率をもたらし、ネットワークセキュリティを低下させ、大規模なマイナーが陳腐ブロックでの計算の無駄が少ないため、中央集権化のリスクを増加させます。GHOSTは陳腐ブロック（Ethereumでは「アンクル」と呼ばれる）をどのチェーンが最長かの計算に含め、アンクルブロックに部分的な報酬を提供し、マイナーがそれらを参照するインセンティブを与えます。これにより、Ethereumはネットワークセキュリティを維持しながら、約12秒のターゲットブロック時間を維持できます。
マイニングアルゴリズムはBitcoinのプルーフ・オブ・ワークと同様に機能し、マイナーはブロックのハッシュが特定の難易度ターゲット以下になるノンスを見つける必要があります。しかし、Ethereumのメモリハードなマイニングアルゴリズム（Ethash）はASIC耐性を持つように設計されており、より分散化されたマイニングエコシステムを促進します。難易度はブロック時間に基づいて動的に調整され、約12秒のターゲットを維持し、一貫したブロック生成を保証します。一方、GHOSTプロトコルはBitcoinの10分の平均と比較してより高速なブロック時間にもかかわらず、セキュリティ保証を提供します。
Blockchain and Mining
Ethereum blockchain'i, yürütülen her işlemi içeren bir veritabanı olarak hizmet eden Bitcoin'inkine temelden benzerdir. Ancak Bitcoin yalnızca bir işlem listesi depolarken, Ethereum hem işlem listesini hem de en son durumu depolar. Ethereum'daki her blok; önceki bloğun hash'ini, bir durum kökünü (tüm durumu temsil eden Merkle Patricia trie'sinin kök hash'i), bir işlem kökünü, bir makbuz kökünü (işlem yürütmesinden verileri depolayan), zorluk, zaman damgası ve nonce değerlerini içerir. Durumun kendisi, adresleri hesap nesnelerine eşleyen büyük bir Merkle Patricia trie'sidir; her hesabın bakiyesi, nonce'u, kodu (varsa) ve depolama alanı vardır.
Ethereum, hızlı blok sürelerinden kaynaklanan güvenlik sorunlarını çözmek için GHOST (Greedy Heaviest Observed Subtree) protokolünün değiştirilmiş bir versiyonunu kullanır. Geleneksel en uzun zincir protokollerinde, hızlı bloklar yüksek eski blok oranlarına yol açarak ağ güvenliğini azaltır ve büyük madencilerin eskilerde daha az hesaplama israf etmesi nedeniyle merkezileşme risklerini artırır. GHOST, eski blokları (Ethereum'da "amcalar" olarak adlandırılır) en uzun zincir hesaplamasına dahil eder ve amca bloklara kısmi ödüller sağlayarak madencileri bunlara referans vermeye teşvik eder. Bu, Ethereum'un ağ güvenliğini korurken yaklaşık 12 saniyelik hedef blok süresini sürdürmesine olanak tanır.
Madencilik algoritması Bitcoin'in proof-of-work'üne benzer şekilde çalışır ve madencilerin bloğun hash'inin belirli bir zorluk hedefinin altında olacağı bir nonce bulmasını gerektirir. Ancak Ethereum'un bellek yoğun madencilik algoritması (Ethash), daha merkeziyetsiz bir madencilik ekosistemi teşvik ederek ASIC'e dayanıklı olacak şekilde tasarlanmıştır. Zorluk, ~12 saniyelik hedefi korumak için blok sürelerine göre dinamik olarak ayarlanır; bu, Bitcoin'in 10 dakikalık ortalamasına kıyasla daha hızlı blok sürelerine rağmen GHOST protokolünün güvenlik garantileri sağlarken tutarlı blok üretimini sağlar.
Applications
Ethereum上に構築できるアプリケーションは、大きく3つのカテゴリに分類されます。第一のカテゴリは金融アプリケーションであり、ユーザーに自分のお金に関するコントラクトを管理・締結するより強力な方法を提供します。これにはサブ通貨、金融デリバティブ、ヘッジコントラクト、引き出し制限付きの貯蓄ウォレット、自動的に資金を分配する遺言、さらには検証された作業完了に基づいて支払いを計算する雇用契約が含まれます。これらのアプリケーションはEthereumのプログラマビリティを活用して、従来のシステムやBitcoin上でも実装が不可能または極めて困難な複雑な金融商品を作成します。
第二のカテゴリは半金融アプリケーションであり、お金が関与しますが、行われていることの非金銭的な側面も相当なものです。完璧な例は、計算問題の解決に対する自己強制型の報奨金です。誰かが報酬とともに計算問題を投稿し、コントラクトが提出された解決策を自動的に検証し、最初の正解に報奨金を支払うことができます。このカテゴリは純粋な金融と他の領域を橋渡しし、経済的インセンティブを使用して問題を解決したり行動を調整したりします。
第三のカテゴリは、お金とは一切関係のないアプリケーションであり、オンライン投票や分散型ガバナンスシステムなどです。これらの非金融アプリケーションは、汎用プラットフォームとしてのEthereumの柔軟性を示しています。例としては、Namecoinのような分散型ドメインネームシステム、レピュテーションシステム、分散型ファイルストレージ、組織ガバナンスツールなどがあります。すべてのアプリケーションタイプの中で、トークンシステムが最も一般的かつ基本的なものとして台頭しており、他の多くのアプリケーションのビルディングブロックとして機能しています。
Applications
Ethereum üzerine inşa edilebilecek uygulamalar üç geniş kategoriye ayrılır. İlk kategori, kullanıcılara paralarını yönetme ve parayla ilgili sözleşmelere girme konusunda daha güçlü yollar sunan finansal uygulamalardır. Bunlar arasında alt para birimleri, finansal türevler, riskten korunma sözleşmeleri, çekim limitleri olan tasarruf cüzdanları, fonları otomatik olarak dağıtan vasiyetnameler ve hatta doğrulanmış iş tamamlamaya dayalı ödeme hesaplayan istihdam sözleşmeleri yer alır. Bu uygulamalar, geleneksel sistemlerde veya Bitcoin'de bile uygulanması imkansız veya son derece zor olan karmaşık finansal araçlar oluşturmak için Ethereum'un programlanabilirliğinden yararlanır.
İkinci kategori, paranın dahil olduğu ancak yapılanın önemli bir parasal olmayan bileşeninin de bulunduğu yarı-finansal uygulamalardır. Mükemmel bir örnek, hesaplama problemlerinin çözümleri için kendi kendini uygulayan ödüllerdir. Birisi bir hesaplama problemini bir ödülle birlikte yayınlayabilir ve sözleşme, sunulan çözümleri otomatik olarak doğrulayıp ilk doğru cevaba ödülü ödeyebilir. Bu kategori, sorunları çözmek veya davranışı koordine etmek için ekonomik teşvikleri kullanarak saf finans ile diğer alanlar arasında köprü oluşturur.
Üçüncü kategori, çevrimiçi oylama ve merkeziyetsiz yönetişim sistemleri gibi parayla hiç ilgisi olmayan uygulamalardır. Bu finansal olmayan uygulamalar, genel amaçlı bir platform olarak Ethereum'un esnekliğini gösterir. Örnekler arasında Namecoin gibi merkeziyetsiz alan adı sistemleri, itibar sistemleri, merkeziyetsiz dosya depolama ve organizasyonel yönetişim araçları bulunur. Tüm bu uygulama türleri arasında token sistemleri en yaygın ve temel olanı olarak öne çıkmış ve birçok diğer uygulama için yapı taşı görevi görmüştür.
Token Systems
トークンシステムは、最も強力で一般的なアプリケーションの一つであるにもかかわらず、Ethereum上での実装は驚くほど簡単です。その核心において、トークンシステムは単一の操作を持つデータベースに過ぎません：アカウントAからX単位を差し引き、アカウントBにX単位を加える。ただし、トランザクション前にAが少なくともX単位を保有しており、トランザクションがAによって承認されていることが条件です。実装には、アドレスから残高へのマッピングを維持し、トークンをアカウント間で移動する前に適切なチェックを行う送金関数を提供する必要があります。
基本的なトークンシステムのコントラクトコードは非常にシンプルで、わずか数行で記述できます。アドレスから残高へのマッピングのデータ構造、初期トークン供給量を割り当てる初期化関数、送信者の残高と承認をチェックしてから送金を実行する送金関数で構成されます。このシンプルさは、Bitcoinの制限されたスクリプト機能のために大幅な回避策と制限が必要な同様のシステムの実装の複雑さとは対照的です。
Ethereum上のトークンは、価値のあるものであれば事実上何でも表すことができます。独自の金融政策を持つサブ通貨、外部資産を追跡する金融デリバティブ、配当権付きの会社株式、顧客プログラムのロイヤリティポイント、金や石油などの商品、さらには物理的財産の表現までも可能です。Ethereumのプログラマビリティにより、これらのトークンは送金制限、自動バーンメカニズム、配当分配、ガバナンス権限など、その行動を支配する任意のルールを持つことができます。この柔軟性により、トークンシステムはEthereumエコシステムの大部分の基盤となるビルディングブロックとなっています。
Token Systems
Token sistemleri, en güçlü ve yaygın uygulamalardan biri olmalarına rağmen Ethereum üzerinde uygulanması şaşırtıcı derecede basittir. Özünde token sistemleri, tek bir işlemle basit bir veritabanıdır: A hesabından X birim çıkar ve B hesabına X birim ekle, A'nın işlemden önce en az X birimi olması ve işlemin A tarafından yetkilendirilmesi koşuluyla. Uygulama, adreslerden bakiyelere bir eşleme sürdürmeyi ve hesaplar arasında token transfer etmeden önce uygun kontrolleri gerçekleştiren bir transfer fonksiyonu sağlamayı gerektirir.
Temel bir token sistemi için sözleşme kodu son derece basittir ve sadece birkaç satırda yazılabilir. Adresleri bakiyelere eşleyen bir veri yapısı, başlangıç token arzını atayan bir başlatma fonksiyonu ve transferi gerçekleştirmeden önce gönderenin bakiyesini ve yetkisini kontrol eden bir transfer fonksiyonundan oluşur. Bu basitlik, Bitcoin'in kısıtlı betik yetenekleri nedeniyle önemli geçici çözümler ve sınırlamalar gerektiren Bitcoin üzerinde benzer sistemlerin uygulanması için gereken karmaşıklıkla keskin bir tezat oluşturur.
Ethereum'daki token'lar fiilen değerli herhangi bir şeyi temsil edebilir. Kendi para politikalarına sahip alt para birimleri, harici varlıkları izleyen finansal türevler, temettü haklarına sahip şirket hisseleri, müşteri programlarındaki sadakat puanları, altın veya petrol gibi emtialar veya hatta fiziksel mülkün temsilleri olabilirler. Ethereum'un programlanabilirliği, bu token'ların davranışlarını yöneten transfer kısıtlamaları, otomatik yakma mekanizmaları, temettü dağıtımları veya yönetişim hakları gibi rastgele kurallara sahip olmasına olanak tanır. Bu esneklik, token sistemlerini Ethereum ekosisteminin çoğunun temel yapı taşı haline getirmiştir.
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
金融デリバティブは、Ethereumスマートコントラクトの最も基本的かつ重要なアプリケーションの一つです。シンプルなヘッジコントラクトが基本的な仕組みを示しています：当事者Aが1000ドル相当のEtherを預け入れ、当事者Bが同等の金額を預け入れ、コントラクトがデータフィードを使用してその時点でのEtherのUSD価値を記録します。30日後、コントラクトは価値を再計算し、1000ドル相当のEtherをAに送り、残りをBに送ります。Etherの価格が上昇した場合、Aはより少ないEtherを受け取りますが1000ドルの価値を維持します。価格が下落した場合、Aはその価値を維持するためにより多くのEtherを受け取ります。これにより、Aはボラティリティに対してヘッジし、Bは価格変動に投機することができます。
このようなコントラクトの実装には、オラクルコントラクトやデータフィードを通じた外部データへのアクセスが必要です。これらのオラクルは、コントラクトが適切に実行するために必要な価格情報、気象データ、その他の現実世界の情報を提供します。オラクルは信頼への依存を導入しますが、冗長性と暗号経済的インセンティブを備えた設計により、信頼性の高いデータを提供できます。コントラクト自体は単にオラクルに問い合わせ、そのデータに基づいて計算を行い、プログラムされたロジックに従って資金を分配します。
ステーブルコインやより複雑な金融商品も、同様のメカニズムを使用して構築できます。ステーブルコインのコントラクトは、Etherのリザーブを維持し、法定通貨にペッグされたトークンを発行し、価格フィードに基づいて供給量や担保要件を自動的に調整することができます。オプション契約、先物、スワップ、その他のデリバティブは、通常であれば複雑な法的枠組みと信頼できる仲介者を必要としますが、代わりに自己実行型のスマートコントラクトとしてエンコードできます。このプログラマブルな金融インフラストラクチャは、ブロックチェーン技術の透明性とセキュリティ保証を維持しながら、高度な金融工学を可能にします。
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
Finansal türevler, Ethereum smart contract'larının en temel ve önemli uygulamalarından birini temsil eder. Basit bir riskten korunma sözleşmesi temel mekanizmayı gösterir: A tarafı 1000\( değerinde belirli bir miktar ether yatırır, B tarafı eşdeğer bir miktar yatırır ve sözleşme bir veri beslemesi kullanarak o andaki ether'in USD değerini kaydeder. 30 gün sonra, sözleşme değeri yeniden hesaplar ve A'ya 1000\) değerinde ether, kalanını B'ye gönderir. Ether'in fiyatı yükseldiyse, A daha az ether alır ama 1000$ değerini korur; düştüyse, A bu değeri korumak için daha fazla ether alır. Bu, A'nın dalgalanmaya karşı korunmasına izin verirken B fiyat hareketleri üzerine spekülasyon yapar.
Bu tür sözleşmelerin uygulanması, oracle sözleşmeleri veya veri beslemeleri aracılığıyla harici verilere erişim gerektirir. Bu oracle'lar, sözleşmelerin düzgün çalışması için ihtiyaç duyduğu fiyat bilgisi, hava durumu verileri veya diğer gerçek dünya bilgilerini sağlar. Oracle'lar bir güven bağımlılığı getirse de, güvenilir veri sağlamak için yedeklilik ve kriptoekonomik teşviklerle tasarlanabilir. Sözleşmenin kendisi basitçe oracle'ı sorgular, bu verilere dayalı hesaplamalar yapar ve programlı mantığına göre fonları dağıtır.
Stablecoin'ler ve daha karmaşık finansal araçlar benzer mekanizmalar kullanılarak inşa edilebilir. Bir stablecoin sözleşmesi, bir ether rezervi tutabilir ve fiyat beslemelerine dayalı olarak arz veya teminat gereksinimlerini otomatik olarak ayarlayarak itibari para birimine sabitlenmiş token'lar çıkarabilir. Normalde karmaşık hukuki çerçeveler ve güvenilir aracılar gerektiren opsiyon sözleşmeleri, vadeli işlemler, takaslar ve diğer türevler bunun yerine kendi kendini yürüten smart contract'lar olarak kodlanabilir. Bu programlanabilir finans altyapısı, blockchain teknolojisinin şeffaflık ve güvenlik garantilerini korurken sofistike finansal mühendisliği mümkün kılar.
Identity and Reputation Systems
Namecoinに類似した名前登録システムは、Ethereum上で簡単に実装でき、アイデンティティシステムの最もシンプルな例として機能します。コントラクトは、名前から関連データ（IPアドレス、公開鍵、その他の情報など）へのマッピングであるキーバリューテーブルを持つデータベースを維持します。その名前がまだ取得されていなければ、少額の登録料とともにコントラクトにトランザクションを送信することで、誰でも名前を登録できます。所有者はいつでも関連データを更新でき、名前はコントラクトにエンコードされたルールに従って、譲渡可能にも永続的にもできます。
この基盤の上に、レピュテーションスコア、信頼の網の関係、分散型アイデンティティ検証を含む、より高度なアイデンティティシステムを構築できます。例えば、コントラクトは検証済みトランザクション、ピア評価、タスクの完了に基づいてレピュテーションスコアを維持できます。これらのスコアは公開され、暗号的に特定のアドレスに紐付けられ、アプリケーション間で持ち運び可能なレピュテーションを作成します。信頼の網システムにより、ユーザーは他者のアイデンティティを保証し、正当なユーザーと悪意ある行為者を区別するのに役立つソーシャルグラフを構築できます。
このようなアイデンティティおよびレピュテーションシステムは、他のアプリケーションと統合された場合に特に強力になります。マーケットプレイスは販売者に最低限のレピュテーションスコアを要求でき、融資プラットフォームは借り手のレピュテーションに基づいて金利を調整でき、ソーシャルネットワークは信頼の網を使用してスパムや不正コンテンツをフィルタリングできます。あらゆるアプリケーションが照会できるアイデンティティのための共有インフラストラクチャを提供することで、Ethereumは中央集権的なアイデンティティプロバイダーや独自のレピュテーションシステムに依存しない、新たな信頼ベースのアプリケーション群を可能にします。
Identity and Reputation Systems
Namecoin'e benzer bir isim kayıt sistemi Ethereum üzerinde kolayca uygulanabilir ve bir kimlik sisteminin en basit örneğidir. Sözleşme, isimleri ilişkili verilere (IP adresleri, public key'ler veya diğer bilgiler gibi) eşleyen bir anahtar-değer tablosuna sahip bir veritabanı sürdürür. Herkes, isim daha önce alınmamış olmak koşuluyla, küçük bir kayıt ücreti ile sözleşmeye bir işlem göndererek bir isim kaydedebilir. Sahip, ilişkili verileri istediği zaman güncelleyebilir ve isimler, sözleşmede kodlanan kurallara göre transfer edilebilir veya kalıcı hale getirilebilir.
Bu temelden itibar puanlarını, güven ağı ilişkilerini ve merkeziyetsiz kimlik doğrulamayı içeren daha gelişmiş kimlik sistemleri inşa edilebilir. Örneğin, bir sözleşme doğrulanmış işlemlere, eş değerlendirmelerine veya görev tamamlamaya dayalı itibar puanları sürdürebilir. Bu puanlar kamuya açık ve belirli adreslere kriptografik olarak bağlı olacaktır, uygulamalar arasında kullanıcıları takip eden taşınabilir bir itibar oluşturur. Güven ağı sistemleri, kullanıcıların başkalarının kimliklerini onaylamasına izin vererek meşru kullanıcıları kötü aktörlerden ayırmaya yardımcı olan sosyal grafikler oluşturabilir.
Bu tür kimlik ve itibar sistemleri, diğer uygulamalarla entegre edildiğinde özellikle güçlü hale gelir. Bir pazar yeri satıcılar için minimum itibar puanı gerektirebilir, bir kredi platformu borçlu itibarına göre faiz oranlarını ayarlayabilir veya bir sosyal ağ spam ve dolandırıcılık içeriğini filtrelemek için güven ağını kullanabilir. Herhangi bir uygulamanın sorgulayabileceği paylaşımlı bir kimlik altyapısı sağlayarak, Ethereum merkezi kimlik sağlayıcılarına veya tescilli itibar sistemlerine dayanmayan yeni bir güven tabanlı uygulama sınıfını mümkün kılar.
Decentralized File Storage
分散型ファイルストレージは、ストレージを必要とするユーザーとストレージを提供するプロバイダーの間を調整するEthereumコントラクトを通じて実装できます。「分散型Dropbox」モデルでは、ユーザーが月額料金を支払ってファイルをアップロードし、コントラクトがデータを実際に保存していることを証明するストレージプロバイダーに支払いを分配します。証明メカニズムは定期的な暗号チャレンジを通じて機能します：コントラクトがファイルの一部をランダムに選択し、プロバイダーにそのデータを所持していることを示すマークル木の証明を提供するよう求めます。チャレンジに失敗したりオフラインになったプロバイダーは、保証金と将来の支払いの流れを失います。
このアプローチは中央集権的なストレージに対していくつかの利点を提供します。マークル木の証明により効率的な検証が可能です——ユーザーとコントラクトはファイル全体をダウンロードすることなくファイルの可用性を確認できます。システムは自然にファイルを複数の独立したプロバイダーに分散させ、明示的なレプリケーションプロトコルを必要とせずに冗長性を生み出します。経済的インセンティブはプロバイダーの行動をユーザーのニーズに合わせます：プロバイダーはデータを確実に保存することで収益を得、それを怠ると損失を被ります。これにより、中央集権的なストレージソリューションに固有の信頼要件が排除されます。
このようなシステムにおけるストレージコストは、いくつかの理由から中央集権的な代替手段よりも低くなる可能性があります。独占的価格設定の排除により、市場競争がコストをストレージの実際のコストに近いところまで引き下げます。複数のユーザーが類似のファイルを保存することによる暗黙的な冗長性が、総ストレージ要件を削減できます。高価なデータセンターインフラストラクチャや企業のオーバーヘッドが不要です。しかし、支払いメカニズム、十分なプロバイダー参加の確保、冗長性とコストのトレードオフの管理に関する課題が残っています。これらの課題にもかかわらず、分散型ストレージは、Ethereumが経済的インセンティブのみを通じて複雑な多者間のインタラクションを調整できることを示しています。
Decentralized File Storage
Merkeziyetsiz dosya depolama, depolamaya ihtiyaç duyan kullanıcılar ile bunu sunan sağlayıcılar arasında koordinasyon sağlayan Ethereum sözleşmeleri aracılığıyla uygulanabilir. "Merkeziyetsiz Dropbox" modelinde, kullanıcılar dosya yüklemek için aylık ücret ödeyecek ve sözleşme, verileri gerçekten depoladıklarını kanıtlayan depolama sağlayıcılarına ödemeleri dağıtacaktır. Kanıt mekanizması periyodik kriptografik zorluklar aracılığıyla çalışır: sözleşme dosyaların bölümlerini rastgele seçer ve sağlayıcılardan bu verilere sahip olduklarını gösteren Merkle tree kanıtları sunmalarını ister. Zorluklarda başarısız olan veya çevrimdışı olan sağlayıcılar, depozitolarını ve gelecekteki ödeme akışlarını kaybedecektir.
Bu yaklaşım, merkezi depolamaya göre birçok avantaj sunar. Merkle tree kanıtları verimli doğrulama sağlar—kullanıcılar ve sözleşme, dosyaların tamamını indirmeden dosya kullanılabilirliğini doğrulayabilir. Sistem doğal olarak dosyaları birden fazla bağımsız sağlayıcıya dağıtarak açık çoğaltma protokollerine ihtiyaç duymadan yedeklilik oluşturur. Ekonomik teşvikler, sağlayıcı davranışını kullanıcı ihtiyaçlarıyla uyumlu hale getirir: sağlayıcılar verileri güvenilir şekilde depolayarak para kazanır ve bunu yapamazlarsa para kaybederler. Bu, merkezi depolama çözümlerindeki doğal güven gereksinimini ortadan kaldırır.
Böyle bir sistemde depolama maliyetleri, birkaç nedenden dolayı merkezi alternatiflere göre potansiyel olarak daha düşük olabilir. Tekel fiyatlandırmasının ortadan kaldırılması, piyasa rekabetinin maliyetleri depolamanın gerçek maliyetine yaklaştırmasına olanak tanır. Benzer dosyaları depolayan birden fazla kullanıcıdan kaynaklanan örtük yedeklilik, toplam depolama gereksinimlerini azaltabilir. Pahalı veri merkezi altyapısına veya kurumsal genel giderlere gerek yoktur. Ancak ödeme mekanizmaları, yeterli sağlayıcı katılımını sağlama ve yedeklilik ile maliyet arasındaki dengeyi yönetme konularında zorluklar devam etmektedir. Bu zorluklara rağmen, merkeziyetsiz depolama, Ethereum'un yalnızca ekonomik teşvikler aracılığıyla karmaşık çok taraflı etkileşimleri nasıl koordine edebileceğini göstermektedir.
Decentralized Autonomous Organizations
分散型自律組織（DAO）は、メンバーまたは株主のセットを持ち、その組織の資金を支出しコードを修正する権利を集団的に持つ仮想エンティティです。典型的なDAOはシンプルなルールで運営されます：支出の決定または組織のコードの修正にはメンバーの67%が必要です。メンバーは提案を提出し、投票することができ、提案が十分な支持を得た場合、コントラクトが自動的にその決定を実行します。メンバーシップシェアは譲渡可能にでき、DAOへの参加に流動的な市場を可能にし、異なるクラスのシェアは異なる議決権や経済的請求権を持つことができます。
最もシンプルなDAOの設計は、メンバーリストを維持し、コントラクトのいかなる側面（自身の投票ルールを含む）の変更にも3分の2の多数決を必要とする自己修正コントラクトです。メンバーはコード変更をトランザクションとして提出し、他のメンバーが投票し、閾値に達するとコントラクトが自身を更新します。より洗練された設計には、メンバーが投票権を代表者に委任できる代理投票システムや、投票を委任できるが重要な決定の際にはいつでも取り戻せるリキッドデモクラシーなどがあります。
DAOは単純な資金管理を超えて様々な目的に使用できます。DAOは分散型企業として機能し、請負業者を雇用し、サービスを購入し、利益を株主に分配することができ——すべてが従来の法的構造ではなくスマートコントラクトコードによって統治されます。分散型投資ファンドとして運営され、メンバーがどのプロジェクトに資金を提供するかを投票できます。共有資源を管理し、利害関係者が配分ルールについて投票できます。重要な洞察は、ガバナンスルールを透明で不変のコードにエンコードし、経済的利害と結びつけることで、DAOは従来の階層的な管理や法的強制なしにグループの意思決定を調整できるということです。
Decentralized Autonomous Organizations
Merkeziyetsiz Otonom Organizasyon (DAO), kuruluşun fonlarını harcama ve kodunu değiştirme hakkına toplu olarak sahip olan bir üye veya hissedar grubuna sahip sanal bir varlıktır. Tipik bir DAO basit bir kuralla çalışır: harcama kararları almak veya organizasyonun kodunu değiştirmek için üyelerin %67'si gereklidir. Üyeler teklifler sunabilir, bunlara oy verebilir ve bir teklif yeterli destek alırsa, sözleşme kararı otomatik olarak yürütür. Üyelik payları transfer edilebilir olabilir, DAO katılımı için likit bir piyasa sağlar ve farklı pay sınıfları farklı oy hakları veya ekonomik taleplere sahip olabilir.
En basit DAO tasarımı, üyelerin bir listesini sürdüren ve sözleşmenin herhangi bir yönünü, kendi oy kuralları dahil, değiştirmek için 2/3 çoğunluk oyu gerektiren kendi kendini değiştiren bir sözleşmedir. Üyeler kod değişikliklerini işlem olarak sunacak, diğer üyeler oy kullanacak ve eşiğe ulaşıldığında sözleşme kendini güncelleyecektir. Daha sofistike tasarımlar, üyelerin oy güçlerini temsilcilere atayabileceği yetkilendirilmiş oy sistemleri veya oyların devredilebildiği ancak önemli kararlar için herhangi bir zamanda geri alınabildiği likit demokrasi içerebilir.
DAO'lar basit fon yönetiminin ötesinde çeşitli amaçlara hizmet edebilir. Bir DAO, geleneksel hukuki yapılar yerine smart contract kodu tarafından yönetilen, yüklenicileri işe alan, hizmet satın alan ve hissedarlara kar dağıtan merkeziyetsiz bir şirket olarak işlev görebilir. Merkeziyetsiz bir yatırım fonu olarak çalışabilir; üyeler hangi projelere fon sağlanacağı konusunda oy kullanır. Bir ortak kaynağı yönetebilir; paydaşlar tahsis kuralları konusunda oy kullanır. Temel içgörü, yönetişim kurallarını şeffaf, değiştirilemez koda kodlayarak ve bunları ekonomik paya bağlayarak, DAO'ların geleneksel hiyerarşik yönetim veya hukuki uygulamaya ihtiyaç duymadan grup kararlarını koordine edebileceğidir.
Further Applications
すでに議論した主要なカテゴリを超えて、Ethereumは他にも多数のアプリケーションを可能にします。高度なセキュリティ機能を持つ貯蓄ウォレットは、回復用の緊急キーを提供しながら日次の引き出し制限を課し、最終的な管理権を維持しつつ盗難からユーザーを保護できます。農作物保険コントラクトは、気象データフィードに基づいて農家に自動的に支払いを行い、保険金請求処理を排除し管理上のオーバーヘッドを削減できます。ピアツーピアのギャンブルアプリケーションは、信頼できる仲介者なしで運営でき、スマートコントラクトが賭け金を保持し、検証可能な乱数または現実世界のイベントデータに基づいて自動的に勝者に支払います。
オンチェーンの予測市場は、ユーザーが将来のイベントに賭けることを可能にし、群衆の知恵を通じて強力な予測メカニズムを生み出します。これらはSchellingCoinスタイルのプロトコルで強化し、分散型オラクルを作成できます：参加者は独立してデータ（選挙結果や気象条件など）を報告し、多数派と一致した報告をした者には報酬が与えられ、外れ値にはペナルティが課されます。この暗号経済的アプローチは正直な報告にインセンティブを与え、単一のオラクルプロバイダーへの信頼を必要とせずに、他のコントラクトに信頼性の高い現実世界のデータを提供できます。
マルチシグウォレットは、複数の当事者間での資金の共有管理を可能にするもう一つの重要なアプリケーションです。2-of-3のマルチシグウォレットは、資金の支出前に指定された3者のうちいずれか2者による承認を必要とし、エスクロー取引、企業の財務管理、個人のセキュリティに有用です。分散型マーケットプレイスは、アイデンティティシステム、レピュテーションスコア、エスクローコントラクト、紛争解決メカニズムを組み合わせて、中央集権的なプラットフォームなしにピアツーピアの商取引を可能にできます。これらのアプリケーションのそれぞれが、Ethereumのプログラマビリティが新しい信頼モデルと組織構造を可能にすることを示しています。
Further Applications
Daha önce tartışılan ana kategorilerin ötesinde, Ethereum çok sayıda başka uygulamayı mümkün kılar. Sofistike güvenlik özelliklerine sahip tasarruf cüzdanları, günlük çekim limitleri uygularken kurtarma için acil anahtarlar sağlayabilir; kullanıcıları hırsızlıktan korurken nihai kontrolü sürdürür. Hasat sigortası sözleşmeleri, hava durumu veri beslemelerine dayalı olarak çiftçilere otomatik olarak ödeme yapabilir; talep işlemeyi ortadan kaldırır ve yönetim giderlerini azaltır. Eşler arası kumar uygulamaları, herhangi bir güvenilir aracı olmadan çalışabilir; smart contract'lar bahisleri tutar ve doğrulanabilir rastgele sayılara veya gerçek dünya olay verilerine dayalı olarak kazananlara otomatik olarak ödeme yapar.
Zincir üstü tahmin piyasaları, kullanıcıların gelecekteki olaylara bahis oynamasına olanak tanıyarak kalabalıkların bilgeliği aracılığıyla güçlü tahmin mekanizmaları oluşturur. Bunlar, merkeziyetsiz oracle'lar oluşturmak için SchellingCoin tarzı protokollerle güçlendirilebilir: katılımcılar bağımsız olarak verileri (seçim sonuçları veya hava koşulları gibi) raporlar ve raporları çoğunlukla eşleşenler ödül alırken sapanlar cezalandırılır. Bu kriptoekonomik yaklaşım dürüst raporlamayı teşvik eder ve herhangi bir tek oracle sağlayıcısına güven gerektirmeden diğer sözleşmelere güvenilir gerçek dünya verileri sağlayabilir.
Çoklu imza cüzdanları, birden fazla taraf arasında fonların paylaşımlı kontrolünü sağlayan bir diğer önemli uygulamayı temsil eder. 2-of-3 çoklu imza cüzdanı, fonlar harcanmadan önce belirlenen üç taraftan herhangi ikisinin işlemi onaylamasını gerektirebilir; emanet düzenlemeleri, kurumsal hazineler veya kişisel güvenlik için kullanışlıdır. Merkeziyetsiz pazar yerleri, kimlik sistemlerini, itibar puanlarını, emanet sözleşmelerini ve uyuşmazlık çözüm mekanizmalarını birleştirerek merkezi platformlar olmadan eşler arası ticareti mümkün kılabilir. Bu uygulamaların her biri, Ethereum'un programlanabilirliğinin yeni güven modelleri ve organizasyonel yapıları nasıl mümkün kıldığını göstermektedir.
Miscellanea And Concerns
Ethereumの修正GHOSTプロトコルの実装には、アンクルの包含と報酬に関する具体的なルールが含まれます。アンクルは現在のブロックの祖先の直接の子でなければならず（2世代から7世代前の間）、有効なブロックヘッダーでなければならず、以前のアンクルとは異なるものでなければならず、現在のブロックの直接の祖先であってはなりません。アンクルブロックは標準的なブロック報酬の87.5%を受け取り、包含するブロックは包含されたアンクル1つあたり追加の3.125%を受け取ります（最大2つのアンクルまで）。このインセンティブ構造により、マイナーは観察した陳腐ブロックを参照するよう促され、ネットワークセキュリティを強化しながら、ネットワーク伝播の一時的な不運を経験したマイナーに報酬を与えます。
手数料システムは「ガス」の概念に基づいており、すべての計算操作には固定のガスコストがあります。例えば、乗算操作は5ガス、SHA256ハッシュは20ガスのコストがかかり、すべてのトランザクションには21,000ガスの基本コストがかかります。ユーザーはガスリミット（消費する意思のある最大ガス）とガスプライス（ガス単位あたり支払うEtherの量）の両方を指定します。このシステムは複数の目的を果たします：すべての計算に対価が支払われることを保証することで無限ループやサービス拒否攻撃を防止し、ユーザーがガスプライスを通じて入札するブロックスペースの市場を作り出し、マイナーが受け入れる最低ガスプライスを設定できるようにしてネットワークリソースを保護します。
スケーラビリティは依然として重大な懸念事項です。すべてのフルノードが状態を検証するためにすべてのトランザクションを処理しなければならないからです。現在のブロックチェーンアーキテクチャは、中央集権的なシステムのトランザクションスループットに匹敵するのに苦労しています。潜在的な解決策には、異なるノードが異なるトランザクションのサブセットを処理するステートシャーディングや、より効率的なブロック生成を可能にするプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行が含まれます。マークル証明を使用するライトクライアントは、すべてのブロックを処理せずにトランザクションを検証できますが、誰かがすべてを処理しなければなりません。これらのスケーラビリティの課題は、Ethereumの長期的な存続可能性にとって重要な、活発な研究開発分野を表しています。
Miscellanea And Concerns
Ethereum'un değiştirilmiş GHOST protokolü uygulaması, amca dahil etme ve ödüller için özel kurallar içerir. Amcalar, mevcut bloğun atasının doğrudan çocukları olmalıdır (2 ile 7 nesil arasında), geçerli blok başlıkları olmalıdır, önceki amcalardan farklı olmalıdır ve mevcut bloğun doğrudan ataları olmamalıdır. Amca bloklar standart blok ödülünün %87,5'ini alır, dahil eden blok ise dahil edilen amca başına ek %3,125 alır (en fazla iki amca). Bu teşvik yapısı, madencileri gözlemledikleri eski blokları referans almaya teşvik ederek ağ güvenliğini güçlendirir ve ağ yayılımında geçici kötü şansa maruz kalan madencileri ödüllendirir.
Ücret sistemi, her hesaplama işleminin sabit bir gas maliyetine sahip olduğu "gas" kavramına dayanır. Örneğin, bir çarpma işlemi 5 gas, bir SHA256 hash'i 20 gas maliyetindedir ve her işlemin temel maliyeti 21.000 gas'tır. Kullanıcılar hem gas limiti (tüketmeye razı oldukları maksimum gas) hem de gas fiyatı (gas birimi başına ne kadar ether ödeyecekleri) belirtir. Bu sistem birden fazla amaca hizmet eder: tüm hesaplamanın ücretli olmasını sağlayarak sonsuz döngüleri ve hizmet reddi saldırılarını önler, kullanıcıların gas fiyatları aracılığıyla teklif verdiği blok alanı için bir piyasa oluşturur ve madencilerin kabul etmeye razı oldukları minimum gas fiyatını belirlemelerine izin vererek ağ kaynaklarını korur.
Ölçeklenebilirlik önemli bir endişe olmaya devam etmektedir, çünkü her tam düğüm durumu doğrulamak için her işlemi işlemek zorundadır. Mevcut blockchain mimarileri, merkezi sistemlerin işlem hacmiyle eşleşmekte zorlanır. Potansiyel çözümler arasında farklı düğümlerin farklı işlem alt kümelerini işlediği durum parçalama ve daha verimli blok üretimini mümkün kılabilecek proof-of-work'ten proof-of-stake uzlaşmasına geçiş yer alır. Merkle kanıtları kullanan hafif istemciler tüm blokları işlemeden işlemleri doğrulayabilir, ancak birinin yine de her şeyi işlemesi gerekir. Bu ölçeklenebilirlik zorlukları, Ethereum'un uzun vadeli yaşayabilirliği için kritik aktif araştırma ve geliştirme alanlarını temsil eder.
Conclusion
Ethereumプロトコルは当初、オンブロックチェーンのエスクロー、引き出し制限、金融コントラクトなどの高度な機能を、高度に汎用化されたプログラミング言語を通じて提供する、暗号通貨のアップグレード版として構想されました。しかし、Ethereumプロトコルは単なる通貨をはるかに超えています。分散型ファイルストレージ、分散型計算、分散型予測市場を含む数十のコンセプトに関するプロトコルは、計算産業の効率を大幅に向上させ、初めて経済レイヤーを追加することで他のピアツーピアプロトコルに大きな後押しを提供する可能性があります。
特定のユースケース向けに設計された限定的な操作セットを提供するのではなく、Ethereumは開発者が設計できるあらゆるアプリケーションを構築できるチューリング完全なプログラミング言語を提供します。独自の金融デリバティブを発明したいですか？独自の通貨を作成したいですか？ブロックチェーン上に政府を設立したいですか？これらはすべてEthereumのスクリプトシステムで簡単に実装可能です。プラットフォームの力は、どのようなアプリケーションが構築されるかを予測することにあるのではなく、それらの構築を容易にする基盤インフラストラクチャを提供することにあります。
Ethereumプロトコルによって実装された任意の状態遷移関数の概念は、独自の可能性を持つプラットフォームを提供します。データストレージ、ギャンブル、または金融における特定のアプリケーションを意図した閉鎖的で単一目的のプロトコルであるのではなく、Ethereumは設計上オープンエンドです。そして我々は、今後数年間にわたって、多数の金融および非金融プロトコルの基盤レイヤーとして機能するのに極めて適していると信じています。将来Ethereum上に構築されるアプリケーションは、今日の我々には想像もできないものかもしれません。そのオープンエンドの可能性こそが、このプラットフォームの真の約束を表しています。
Conclusion
Ethereum protokolü başlangıçta bir kripto para biriminin geliştirilmiş versiyonu olarak tasarlandı; yüksek düzeyde genelleştirilmiş bir programlama dili aracılığıyla zincir üstü emanet, çekim limitleri ve finansal sözleşmeler gibi gelişmiş özellikler sunan. Ancak Ethereum protokolü sadece para biriminin çok ötesine geçer. Merkeziyetsiz dosya depolama, merkeziyetsiz hesaplama ve merkeziyetsiz tahmin piyasaları etrafındaki protokoller, düzinelerce başka kavramla birlikte, bilgi işlem endüstrisinin verimliliğini önemli ölçüde artırma ve ilk kez ekonomik bir katman ekleyerek diğer eşler arası protokollere büyük bir destek sağlama potansiyeline sahiptir.
Belirli kullanım durumları için tasarlanmış sınırlı bir işlem seti sağlamak yerine, Ethereum geliştiricilerin tasarlayabildikleri herhangi bir uygulamayı inşa etmelerini sağlayan Turing-complete bir programlama dili sunar. Kendi finansal türevinizi icat etmek mi istiyorsunuz? Kendi para biriminizi oluşturmak mı? Blockchain üzerinde bir hükümet kurmak mı? Bunların hepsi Ethereum'un betik sistemiyle kolayca uygulanabilir. Platformun gücü, hangi uygulamaların inşa edileceğini tahmin etmekte değil, onları inşa etmeyi kolaylaştıran temel altyapıyı sağlamaktadır.
Ethereum protokolü tarafından uygulanan rastgele state transition fonksiyonu kavramı, benzersiz potansiyele sahip bir platform sunar. Veri depolama, kumar veya finans alanındaki belirli uygulamalar için tasarlanmış kapalı uçlu, tek amaçlı bir protokol olmak yerine, Ethereum tasarım gereği açık uçludur ve hem finansal hem de finansal olmayan çok sayıda protokol için önümüzdeki yıllarda temel katman olarak hizmet etmeye son derece uygun olduğuna inanıyoruz. Gelecekte Ethereum üzerine inşa edilecek uygulamalar, bugün hayal bile edemeyeceğimiz uygulamalar olabilir ve bu açık uçlu olasılık platformun gerçek vaadini temsil eder.
References and Further Reading
Ethereumのホワイトペーパーは、暗号通貨および分散システム研究における広範な先行研究の上に構築されています。基盤となるBitcoinプロトコルは、Satoshi Nakamotoの2008年の原論文「Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System」に記述されており、ブロックチェーンベースのデジタル通貨の概念を導入しました。Bitcoinの機能を拡張する初期の試みには、通貨を超えたブロックチェーンアプリケーションを実証した分散型名前登録システムであるNamecoinが含まれますが、Bitcoinの制限されたスクリプト機能により限界がありました。
カラードコインのホワイトペーパーは、特定のbitcoinに「色付け」することでBitcoinブロックチェーン上で代替資産を表現する方法を提案し、Mastercoinはより複雑な金融商品のためにBitcoin上にプロトコルレイヤーを作成しようとしました。両者はBitcoin上に構築することの限界を浮き彫りにし、より柔軟なプラットフォームの必要性を動機づけました。Bitcoin Magazineで探求された分散型自律企業の概念は、スマートコントラクトによる組織ガバナンスの理論的基盤を提供しました。
主要な技術的コンポーネントには、ライトクライアント向けの簡易支払い検証（SPV）、効率的なデータ検証のためのマークル木、Ethereumの状態表現のためのパトリシアトライが含まれます。2013年の暗号学論文に記述されたGHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）プロトコルは、高速なブロック時間から生じるセキュリティ問題に対処し、Ethereumのコンセンサスメカニズムの基盤を形成しています。これらの参考文献は、Ethereumが構築された知的基盤を表しており、暗号通貨、分散システム、暗号学、ゲーム理論からの洞察を組み合わせて、汎用ブロックチェーンプラットフォームを作成しています。
References and Further Reading
Ethereum teknik raporu, kripto para ve dağıtık sistemler araştırmasındaki kapsamlı önceki çalışmalar üzerine inşa edilmiştir. Temel Bitcoin protokolü, blockchain tabanlı dijital para birimi kavramını tanıtan Satoshi Nakamoto'nun 2008 orijinal makalesi "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System"de açıklanmıştır. Bitcoin'in işlevselliğini genişletmeye yönelik erken girişimler arasında, Bitcoin'in kısıtlı betik yetenekleri tarafından sınırlandırılmış olsa da para biriminin ötesinde blockchain uygulamalarını gösteren merkeziyetsiz bir isim kayıt sistemi olan Namecoin bulunur.
Colored coins teknik raporu, belirli bitcoin'leri diğer varlıkları temsil etmek üzere "renklendirerek" Bitcoin blockchain'inde alternatif varlıkları temsil etmek için bir yöntem önerirken, Mastercoin daha karmaşık finansal araçlar için Bitcoin'in üzerine bir protokol katmanı oluşturmaya çalıştı. Her ikisi de Bitcoin üzerine inşa etmenin sınırlamalarını vurguladı ve daha esnek bir platform ihtiyacını motive etti. Bitcoin Magazine'de incelenen merkeziyetsiz otonom şirketler kavramı, smart contract'lar aracılığıyla organizasyonel yönetişim için teorik temeller sağladı.
Temel teknik bileşenler arasında hafif istemciler için basitleştirilmiş ödeme doğrulaması (SPV), verimli veri doğrulama için Merkle tree'ler ve Ethereum'un durum temsili için Patricia trie'leri yer alır. 2013 kriptografi makalesinde açıklanan GHOST (Greedy Heaviest Observed Subtree) protokolü, hızlı blok sürelerinden kaynaklanan güvenlik sorunlarını ele alır ve Ethereum'un uzlaşma mekanizmasının temelini oluşturur. Bu referanslar, genel amaçlı bir blockchain platformu oluşturmak için kripto para, dağıtık sistemler, kriptografi ve oyun teorisinden içgörüleri birleştiren Ethereum'un inşa edildiği entelektüel temelleri temsil eder.
