Proof of Stake vs Pure Proof of Stake:分散コンセンサスの進化


Proof of Stake vs Pure Proof of Stake::分散コンセンサスの進化


アルゴランドのPure Proof of Stake (PPos)コンセンサス・プロトコルについて、また、「Blockchain Trilemma(ブロックチェーンのトリレンマ)」を解決することで、一般的なProof of Stake (PoS)メカニズムをどのように改善するかについて学びます。


アルゴランドは、セキュリティ、分散化、スケーラビリティを提供する世界初のPure Proof of Stake(PPoS)ブロックチェーンです。アルゴランドの創業者であり、著名な暗号学者であるシルビオ・ミカリによって開発されたPure Proof of Stakeは、ビザンチン合意に基づいて構築されており、先行するProof of Stake(PoS)よりも平等主義的なアプローチを提供しています。



分散ネットワークにおけるコンセンサスの必要性


分散型コンセンサスは、ブロックチェーンの最も重要な特性であり、分散型ネットワークの非中央集権・分散化と不変性を保証するものです。


パブリック・ブロックチェーン・ネットワークの重要な要素はノードであり、それはチェーンのソフトウェアと継続的に更新される記録の履歴を保存している任意のコンピュータ・サーバーとなります。すべてのノードは平等で、新しく追加された取引を反映して同時に台帳を更新します。


問題は、主導ノードが存在しないため、次のブロックに追加できる取引を誰が決定するのかということです。


非中央集権性を維持しながら分散システムを機能させるには、ブロック作成に参加するノードを組織化するための所定のルールが必要です。これを実現するのがコンセンサス・プロトコルです。

ブロックチェーンでは、ブロックは時系列に関連づけられ、既存の取引が変更されたり取り消されたりしないようになっています。また、ブロックチェーンの拡張は一方向であり、新しいブロックを追加することがブロックチェーンを更新する唯一の方法となります。パブリック・ネットワークでは、どのノードも新しいブロックの作成に参加する資格があり、どのノードが「マイナー」またはバリデータになるかを決定するのはコンセンサス・アルゴリズムの仕事です。


コンセンサス・メカニズムは、あらかじめ定義されたルールを意図的に破ったり、偽の取引を行ったり、DDoS(Distributed Denial of Service)攻撃を行ったりする可能性のある悪意のあるノードからシステムを保護するために必須です。


コンセンサスの仕組みは、次のような点が重要です。


  • すべての参加者に新しいブロックを生成する平等な機会を与えながら、ネットワークの分散化を維持すること。

  • 悪意のある行動やハッキング攻撃からネットワークを保護すること。

  • ブロックチェーンが取引履歴の唯一の真のバージョンであることを保証すること。

  • あらかじめ決められたルールに基づいて、ブロック作成者に公平に報酬を与えること。



ブロックチェーンのトリレンマ


Proof of Stake(PoS)は、ビットコインのProof of Work(PoW)方式に比べて、スケーラビリティや取引のスピードの点で確かに先進的です。


しかし、分散型台帳技術の3つの主要な目的のうち、同時に2つだけしか完全に満たすことができないという、いわゆる「ブロックチェーンのトリレンマ」には、まだ完全には対応していません。


ここでいう3つの重要な要素とは、セキュリティ、分散化、スケーラビリティであり、通常、他の2つの要素のために、そのうちの1つが妥協されてしまいます。


アルゴランドは、この3つの要件をすべて満たすことができる代替案を提案します。私たちはこれをPure Proof of Stake(PoS)と呼んでいますが、これはブロックチェーン業界において最も重要な画期的発明の一つになるかもしれません。


Proof of Stakeとは


Proof of Stake(PoS)は、それを導入しているブロックチェーン・ネットワークの時価総額において、Proof of Work(PoW)に次いで人気のあるコンセンサス・メカニズムです。


PoSは、ビットコインで初めて導入された最も古いコンセンサス・メカニズムであっるPoWに代わるものとして登場しました。ビットコインの初期の成功にもかかわらず、PoWはより高いスループットへの要求を満たすことができず、その後のブロックチェーンではより高いスケーラビリティ(取引速度の向上)が求められました。さらに、PoWシステムは、マイナーが使用するコンピューティング・パワーのために大量のエネルギーを必要とすることになります。


PoSアルゴリズムは、2011年にBitcointalkで初めて紹介されました。PoWと組み合わせて採用したのはPeercoinが最初でしたが、コンセンサス・アルゴリズムは急速にあらゆるバリエーションで普及しています。


マイナーに依存するPoWネットワークとは異なり、PoSを採用したブロックチェーンはバリデータによって維持されます。PoSの検証プロセスは "フォージング "と呼ばれます。ノードがブロック生成プロセスに参加しようとする場合は、ネイティブ・トークンをステークするだけです。電気代や専用のハードウェアを購入する必要はありません。


PoSネットワークのルールはケースごとに異なりますが、一般的なコンセプトは同じで、バリデータになろうとするノードは、担保となる最低量のトークンをロックアップする必要があります。


次に、バリデータは、次のブロックにどの取引を追加するか、推理ゲームのように合意しなければなりません。自分のブロックがプロトコルによって選択されると、バリデータは取引手数料から報酬を得て、自分のステークの大きさに応じて新しくミントされたトークンを得ることができます。



Pure Proof of Stake: シルビオ・ミカリ(Silvio Micali)の創造



PoSブロックチェーンは、スケーラビリティの問題に対処することに成功したにもかかわらず、依然として大量のトークンを持つステーカーによって独占される可能性があり、これは分散化に悪影響を及ぼします。


PoSネットワークの最も差し迫った問題に対処するために、アルゴランドはMIT教授Silvio Micaliの発案で、いわゆるPure Proof of Stake (PPoS)を創り上げました。


PPoSプロトコルは、多くのPoSネットワークで見られる「金持ちはより金持ちに」という状況を避けるため、より平等なコンセプトを提案しています。PPoSのコンセンサス・メカニズムの最初のユースケースが、2017年にMicaliが設立したアルゴランドです。


PPoSのプロトコルもビザンチン・コンセンサスに基づいて構築されており、各トークン保有者の影響力は、システムへのステーク比率に依存しています。ただこのプロトコルでは、ステーク比率に関係なく、ユーザーをランダムに選択するのがミソです。


すべてのオンライン・ユーザーがシステムに選ばれる機会があるということは、分散型ネットワークにいくつかのメリットをもたらします。まず、ブロックチェーンの分散型の品質を高め、システムの安全性を確保することができます。


このランダム選択のコンセプトは、Micali自身が創造し、実装したものです。アルゴランドの創業者は暗号学者の第一人者で、2012年には暗号技術への貢献が認められ、チューリング賞を受賞しています。ご存じない方も多いでしょうが、チューリング賞は、コンピュータ・サイエンスの分野で最高の栄誉を表し、「コンピューティングのノーベル賞」と呼ばれることもあります。


Micaliが目指したのは、「ブロックチェーンのトリレンマ」を解決し、現代の需要に合わせてスケールアップできるブロックチェーン・システムを構築することでした。

Micali自身が言っているように、金融取引は時間がかかり、コストもかかります。「毎年5兆ドルがあらゆる種類の取引手数料に浪費されている」といわれていますが、企業にはメリットがあっても、エンドユーザーにはメリットがありません。



Proof of Stake vs Pure Proof of Stake:比較


では、PPoSは他のPoSバージョンとどう違うのでしょうか?それは、分散化の質に関係があります。最もポピュラーなPoSのバリエーションであるDelegated Proof of Stake(DPoS)Bonded Proof of Stake(BPoS)の2つを取り上げてみましょう。


DPoS vs PPoS


DPoSでは、デリゲートと呼ばれる選出された一定数のノードが存在します。デリゲートはブロックの作成を担当し、ラウンドロビン方式で選出されます。デリゲートはトークン保有者によって選出され、その投票力はトークンの保有数に直接依存します。


このように、取引のスループットという点では優れたシステムですが、非中央集権性を犠牲にしているため、ブロックチェーンのトリレンマは解決されません。


逆に、PPoSプロトコルでは、少数の選ばれたグループはなく、システムはステークに関係なくランダムにバリデータを選びます。バリデータの特別なグループが存在しないことで、攻撃者がシステムを侵害することは困難です。



BPoS vs PPoS


BPoSベースのブロックチェーンにはデリゲートはいませんが、ユーザーは一定量のトークンをロックアップしてステークし、ブロック生成プロセスに影響を与える必要があります。ユーザーは一定期間ステークを確保することで、バリデータになる機会を得ることができます。投票権はステークに比例するため、裕福な参加者にもメリットがあります。


BPoSのメカニズムとは異なり、PPoSでは、ブロック生成に参加する資格を得るために、ユーザーがいくらかのトークンをロックアップする必要はありません。そのため、コンセンサス・プロトコルに参加しても、ユーザーが自分のステークを使ったり譲渡したりすることには影響しません。そして、PPoSシステムは、バリデータがシステムによってランダムに選ばれるため、より分散化されています。



アルゴランド:Pure Proof of Stakeブロックチェーン



アルゴランドは、世界初のPure Proof of Stakeブロックチェーンです。アルゴランドでは、誰もが信頼性の高い技術を扱うことができる分散型アプリケーション(DApps)を構築することができます。


アルゴランドのチェーンは、混雑の心配がなく、高いトランザクション・スループットに対するあらゆる需要に対応できます。ブロックは数秒以内に確定されるため、取引速度の点でグローバルな決済・金融ネットワークと競合することができます。


PPoSを搭載したネットワークは、即時の取引完了を提供する最初のブロックチェーンであり、フリクションレス・ファイナンス(摩擦のない金融)を実現するチェーンとして位置づけられています(アルゴランド・エコシステムの例については、ユースケース紹介ページをご覧ください)。


アルゴランドは、各ラウンドで次のブロックを提案するユーザーを選ぶために、暗号化されたソートを利用しています。ユーザーがブロックを提案すると、投票者からなる委員会が選ばれ、ブロックの提案を決定します。圧倒的多数の投票が誠実な参加者によるものであれば、そのブロックは検証されます。これらはすべて、「ブロック提案」「ソフト投票」「認証投票」という3つの重要なフェーズで行われます。





一歩踏み出しましょう


アルゴランドは、ボーダレスな経済への扉を開き、摩擦のない金融の進化を加速させる、真に革新的な技術です。


ブロックチェーン・アプリケーションの構築にご興味のある方は、ウェビナー「How to Build Applications on Algorand」をご覧ください。



元記事:https://www.algorand.com/resources/blog/proof-of-stake-vs-pure-proof-of-stake-consensus