ブロックチェーンコンセンサス:誰でも理解できる簡単な説明

基本入門書:ブロックチェーンコンセンサスプロトコルガイド。ブロックチェーンは、中央の権限を持つ分散型のピアツーピアシステムです。これにより、単一のソースからの破損がないシステムが作成されますが、それでも大きな問題が発生します.

  • 決定はどのように行われますか?
  • どうやってやるの??

通常の一元化された組織について考えてください.

すべての決定は、リーダーまたは意思決定者の委員会によって行われます。ブロックチェーンには「リーダー」がないため、これはブロックチェーンでは不可能です。ブロックチェーンが意思決定を行うには、「コンセンサスメカニズム」を使用してコンセンサスを得る必要があります。.

では、これらのコンセンサスメカニズムはどのように機能し、なぜそれらが必要なのですか?暗号通貨で使用されるコンセンサスメカニズムのいくつかは何ですか?

このガイドでは、これらの質問に回答します。基本入門書:ブロックチェーンコンセンサスプロトコル

基本入門書:ブロックチェーンコンセンサスプロトコル

コンセンサスメカニズムとは?

こうやって ウィキペディアは定義します コンセンサス意思決定:

「コンセンサス意思決定は、グループメンバーが開発し、全体の最善の利益のために意思決定をサポートすることに同意するグループ意思決定プロセスです。コンセンサスは、各個人の「お気に入り」でなくても、サポートできる許容可能な解決策として専門的に定義される場合があります。コンセンサスは、メリアム・ウェブスターによって、第一に、一般的な合意、第二に、信念または感情のグループ連帯として定義されています。」

簡単に言うと、コンセンサスはグループ内で合意に達する動的な方法です。投票は少数派の感情や幸福を考慮せずに多数決で決着するだけですが、一方でコンセンサスはグループ全体に利益をもたらす可能性のある合意に達することを確実にします.

より理想的な観点から、コンセンサスは、より平等で公正な社会を構築するために世界中に散らばっている人々のグループによって使用されることができます.

コンセンサス意思決定を実現する方法を「コンセンサスメカニズム」と呼びます。.

では、コンセンサスとは何かを定義したので、コンセンサスメカニズムの目的を見てみましょう(ウィキペディアから取得したデータ).

  • 合意の追求:合意メカニズムは、グループから可能な限り多くの合意をもたらす必要があります.
  • 共同作業:すべての参加者は、グループの最善の利益を最優先する結果を達成するために協力することを目指す必要があります.
  • 協同組合:すべての参加者は、自分の利益を第一に考えて、個人よりもチームとして働くべきではありません.
  • 平等主義者:コンセンサスを達成しようとするグループは、可能な限り平等主義者でなければなりません。これが基本的に意味することは、すべての投票が等しい重みを持っているということです。ある人の投票が他の人の投票よりも重要になることはありません.
  • 包括的:できるだけ多くの人々が合意形成プロセスに関与する必要があります。長期的には投票に重みがないと信じているため、人々が実際に投票したくないという通常の投票のようにすべきではありません。.
  • 参加型:コンセンサスメカニズムは、全員がプロセス全体に積極的に参加する必要があります。.

コンセンサスメカニズムとは何か、そしてそれらが何を目指すべきかを定義したので、部屋の中の他の象について考える必要があります。.

ブロックチェーンのようなエンティティにどのコンセンサスメカニズムを使用する必要があるか.

ビットコインの前は、コンセンサスに達する際に最大の問題に答えることができなかったために失敗したピアツーピアの分散型通貨システムの反復がたくさんありました。この問題は「ビザンチン将軍問題」.

ビザンチン将軍問題とは何ですか?

ブロックチェーンコンセンサスプロトコルを理解する:基本ガイド

画像提供:中

ビザンチン将軍のグループがいて、彼らが都市を攻撃したいと思っていると想像してみてください。彼らは2つの非常に明確な問題に直面しています。

  • 将軍とその軍隊は非常に離れているため、中央集権的な権限は不可能であり、協調攻撃は非常に困難です.
  • 街には巨大な軍隊があり、彼らが勝つことができる唯一の方法は、彼ら全員が一度に攻撃するかどうかです.

調整を成功させるために、城の左側の軍隊は、城の右側の軍隊に「水曜日を攻撃してください」というメッセージを添えてメッセンジャーを送ります。しかし、右側の軍隊が攻撃の準備ができていないと仮定して、「いいえ。 ATTACK FRIDAY」と言って、メッセンジャーを街から左側の軍隊に送り返します。.

これが私たちが問題に直面しているところです.

貧しいメッセンジャーには多くのことが起こり得ます。彼は捕らえられ、危うくされ、殺され、そして都市によって別のメッセンジャーと取り替えられる可能性がありました。これは、軍隊が改ざんされた情報を取得することにつながり、調整されていない攻撃と敗北につながる可能性があります.

これには、ブロックチェーンへの明確な参照もあります。チェーンは巨大なネットワークです。どうすればそれらを信頼できますか?ウォレットから誰かに4Etherを送信する場合、ネットワーク内の誰かがそれを改ざんして4から40Etherに変更しないことをどのようにして確実に知ることができますか。?

これらの将軍が必要としているのは、これらすべての挫折にもかかわらず、彼らの軍隊が実際にユニットとして攻撃できることを確実にすることができるコンセンサスメカニズムです。.

ビザンチン将軍問題を解決できるコンセンサスメカニズムのリストを見ていきます。.

#1プルーフオブワーク

ビットコインの作成者である中本聡は、プルーフオブワークプロトコルを発明することで問題を回避することができました.

まず、ビザンチン将軍問題の文脈でそれがどのように機能するかを見てみましょう.

左側の軍隊が「ATTACKMONDAY」というメッセージを右側の軍隊に送信したいとします。彼らは特定の手順に従います。.

  • まず、元のテキストに「nonce」を追加します。ナンスは任意のランダムな16進値にすることができます.
  • その後、ナンスが付加されたテキストをハッシュし、結果を確認します。仮に、軍隊がメッセージのみを共有することを決定したと仮定します。メッセージは、ハッシュすると、5つのゼロで始まる結果になります。.

  • ハッシュ条件が満たされると、メッセージのハッシュとともにメッセンジャーに送信されます。そうでない場合は、目的の結果が得られるまで、ナンスの値をランダムに変更し続けます。このアクションは非常に面倒で時間がかかり、多くの計算能力を必要とします.

  • メッセンジャーが都市に捕まり、メッセージが改ざんされた場合、ハッシュ関数のプロパティに従って、ハッシュ自体が大幅に変更されます。右側の将軍が、ハッシュされたメッセージが必要な数の0で始まっていないことを確認した場合、彼らは単に攻撃を中止することができます.

ただし、抜け穴の可能性があります.

100%衝突のないハッシュ関数はありません。では、都市がメッセージを受け取り、それを改ざんし、それに応じて、必要な数の0を持つ目的の結果が得られるまで、ナンスを変更するとどうなるでしょうか。これには非常に時間がかかりますが、それでも可能です。これに対抗するために、将軍は数の強さを使用する予定です.

左側の1人の将軍が右側の1人の将軍にメッセージを送信するのではなく、左側の3人の将軍が右側の将軍にメッセージを送信する必要があるとします。そのために、独自のメッセージを作成し、累積メッセージをハッシュしてから、結果のハッシュにナンスを追加して、再度ハッシュすることができます。今回は、6つの0で始まるメッセージが必要です.

明らかに、これには非常に時間がかかりますが、今回は、メッセンジャーが都市に捕まった場合、累積メッセージを改ざんして、ハッシュに対応するナンスを見つけるのにかかる時間は無限になりますもっと。それは何年もかかるかもしれません。だから、例えば。 1人のメッセンジャーの代わりに、将軍が複数のメッセンジャーを送る場合、都市が計算プロセスの途中でさえ、攻撃されて破壊されます。.

右側の将軍はとても簡単です。彼らがしなければならないのは、彼らに与えられる正しいナンスをメッセージに追加し、それらをハッシュし、ハッシュが一致するかどうかを確認することです。文字列のハッシュは非常に簡単です。それは本質的に、プルーフオブワークの背後にあるプロセスです.

  • 適切なハッシュターゲットのナンスを見つける背後にあるプロセスは、非常に困難で時間がかかるはずです.
  • ただし、結果をチェックして不正行為が行われていないかどうかを確認するプロセスは非常に簡単です。.

したがって、Proof Of WorkProtocolがブロックチェーンでどのように機能するかを要約するとします.

  • マイナーは暗号パズルを解いてブロックを「マイニング」し、ブロックチェーンに追加します.
  • このプロセスには、膨大な量のエネルギーと計算量が必要です。パズルは、システムを難しくし、負担をかけるように設計されています.
  • マイナーがパズルを解くと、検証のためにブロックをネットワークに提示します.
  • ブロックがチェーンに属しているかどうかの確認は非常に簡単なプロセスです.

ビザンチン将軍問題の解決に関しては、プルーフオブワークメカニズムは間違いなく多くの質問に答えましたが、残念ながらプルーフオブワークにはいくつかの問題があります。.

  • 何よりもまず、作業の証明は、それが消費する膨大な量の電力とエネルギーのために、非常に非効率的なプロセスです。.
  • より高速で強力なASICを購入できる人や組織は、通常、他のASICよりもマイニングの可能性が高くなります。.
  • この結果、ビットコインは思ったほど分散化されていません。ハッシュレート分布グラフを確認してみましょう。ブロックチェーンコンセンサスプロトコルを理解する:基本ガイド画像クレジット:Blockchain.info

ご覧のとおり、ハッシュレートの約65%が5つのマイニングプールだけに分割されています!

  • 理論的に言えば、これらの大きなマイニングプールは単に互いにチームを組み、ビットコインネットワークで51%を起動することができます.

このプロトコルを使用する注目すべき暗号:ビットコイン

#2プルーフオブステーク

イーサリアムは間もなくプルーフオブワーク(POW)からプルーフオブステーク(POS)に移行することを計画しています。.

プルーフオブステークは、マイニングプロセス全体を仮想化し、マイナーをバリデーターに置き換えます。.

プロセスは次のように機能します。

  • バリデーターは、賭け金としてコインの一部をロックする必要があります.
  • その後、ブロックの検証を開始します。つまり、チェーンに追加できると思われるブロックを発見すると、それに賭けて検証します。.
  • ブロックが追加されると、バリデーターはベットに比例した報酬を受け取ります.

ブロックチェーンコンセンサスプロトコルを理解する:基本ガイド

ご覧のとおり、POSプロトコルはPOWよりもはるかにリソースに優しいです。 POWでは、プロトコルに沿って実行するために多くのリソースを浪費する必要があります。これは基本的に、リソースの浪費のためのリソースの浪費です。.

プルーフオブステークへの最大の障害

イーサリアムの開発者は常に最終的にプルーフオブステークに移行することを計画していました。それは常に彼らの計画でした。ただし、そうする前に、プルーフオブステーク(POS)の最大の欠陥の1つに対処する必要がありました。.

このシナリオを少し考えてみましょう。

ブロックチェーンコンセンサスプロトコルを理解する:基本ガイド

上記のような状況があるとします。メインの青いチェーンと、メイン自体から分岐するような赤いチェーンがあります。悪意のある鉱夫が赤いブロックを採掘するのを阻止し、ハードフォークを強制するために何がありますか?

プルーフオブワーク(POW)システムでは、このリスクを軽減できます.

悪意のある鉱山労働者のアリスが赤い鎖で採掘したいとします。彼女がすべてのハッシュパワーをそれに捧げたとしても、彼女は他の鉱夫を新しいチェーンに参加させることはありません。より長いチェーンでマイニングする方が収益性が高く、リスクがないため、他のすべての人は引き続きブルーチェーンでマイニングを続けます.

覚えておいてください、捕虜は資源的に非常に高価です.

とにかくネットワークによって拒否されるブロックでマイナーが多くのリソースを浪費することは意味がありません。したがって、攻撃者が浪費しなければならない金額のために、プルーフオブワークシステムではチェーンの分割が回避されます。.

ただし、POSを導入すると状況が少し異なります.

バリデーターであれば、影響をまったく恐れることなく、赤のチェーンと青のチェーンの両方にお金を入れることができます。何が起こっても、あなたの行動がどれほど悪意のあるものであっても、あなたは常に勝ち、失うものは何もありません.

これは「何も問題がない」問題と呼ばれます.

POSコンセンサスシステムを組み込むために、暗号通貨はこの問題に対処する必要があり、イーサリアムはキャスパープロトコルを適応させることによって非常に興味深い方法でこれを行う予定です.

キャスパーは、イーサリアムが採用することを選択したPOSプロトコルです。チーム全体がそれを作成するのに忙しい間、VladZamfirはしばしば「キャスパーの顔」であると信じられています.

ブロックチェーンコンセンサスプロトコルを理解する:基本ガイド

画像クレジット:Blocknomi.

では、Casperは他のProof ofStakeプロトコルとどのように異なりますか?

キャスパーは、すべての悪意のある要素を罰することができるプロセスを実装しました。これは、Casperの下でのPOSがどのように機能するかです。

  • バリデーターは、Etherの一部をステークとしてステークします.
  • その後、ブロックの検証を開始します。つまり、チェーンに追加できると思われるブロックを発見すると、それに賭けて検証します。.
  • ブロックが追加されると、バリデーターはベットに比例した報酬を受け取ります.
  • ただし、バリデーターが悪意のある方法で行動し、「何も危険にさらされていない」ことを行おうとすると、すぐに叱責され、すべての賭け金が削減されます。.

ご覧のとおり、Casperは信頼できないシステムで動作し、ビザンチンフォールトトレラントになるように設計されています。.

悪意のある/ビザンチンの方法で行動する人は誰でも、彼らの賭け金を切り落とすことによってすぐに罰せられます。これは、他のほとんどのPOSプロトコルとは異なる点です。悪意のある要素は失うものがあるので、何も危険にさらされることは不可能です.

イーサリアムがスケールアップを計画している場合、CasperとProof OfStakeを完璧に実装することが重要になります.

このプロトコルを使用する注目すべき暗号:イーサリアム(近い将来)

#3委任されたプルーフオブステーク

ここで、DPOSまたはDelegated Proof OfStakeと呼ばれる興味深い形式のProofOfStakeに到達します。 EOSは、このコンセンサスメカニズムを使用して、1秒あたり数百万のトランザクションにスケールアップしています。.

彼らが実際にそれをやってのけることができれば、彼らは感謝するためにDPOSを持っているでしょう.

まず、EOSソフトウェアに統合されたブロックチェーンでトークンを保持している人は誰でも、継続的な承認投票システムを通じてブロックプロデューサーを選択できます。誰でもブロックプロデューサー選挙に参加でき、他のすべてのプロデューサーと比較して受け取った総投票数に比例したブロックを作成する機会が与えられます。.

それはどのように機能しますか?

  • ブロックは21ラウンドで生産されます.
  • すべてのラウンドの開始時に、21のブロックプロデューサーが選択されます。トップ20は自動的に選択され、21番目は他のプロデューサーとの相対的な投票数に比例して選択されます.
  • 次に、プロデューサーは、ブロック時間から導出された疑似乱数を使用してシャッフルされます。これは、他のすべてのプロデューサーへのバランスの取れた接続が維持されるようにするために行われます。.
  • 定期的なブロック制作が維持され、ブロック時間が3秒に保たれるようにするために、プロデューサーは検討対象から外されて参加しなかったとして罰せられます。生産者は、考慮に入れるために24時間ごとに少なくとも1つのブロックを生産する必要があります.

ブロックを見つけるために競争する代わりに、プロデューサーが代わりに協力しなければならないので、DPOSシステムはフォークを経験しません。フォークが発生した場合、コンセンサスは自動的に最長のチェーンに切り替わります.

DPOSでのトランザクションの確認?

DPOSブロックチェーンは通常100%ブロックプロデューサーが参加しています。トランザクションは通常、ブロードキャストの時点から1.5秒以内に99.9%の確実性で確認されます。トランザクションの有効性を完全に確実にするために、ノードは15/21(つまり、2/3の過半数)のプロデューサーがコンセンサスに到達するのを待つだけで済みます。.

それで、過失または悪意によって引き起こされたフォークの場合に何が起こるか?

デフォルトでは、すべてのノードは、15/21プロデューサーによってファイナライズされていないブロックを含まないフォークに切り替わりません。これは、チェーンの長さに関係なく当てはまります。チェーンの一部と見なされるには、各ブロックが15/21の承認を取得する必要があります.

ブロックの作成時間が短いため、9秒以内にノードがメジャーチェーンにあるかマイナーチェーンにあるかをノードに警告することができます。その理由は簡単です。各ブロック間の平均経過時間は3秒であることを忘れないでください.

ノードが2つの連続するブロックを見逃した場合、それらが少数派のフォークに入る可能性は95%です。.

ノードが3つのブロックを見逃した場合、それらがマイノリティチェーンにある可能性は99%です。.

TAPOSとは?

プルーフオブステークまたはTAPOSとしてのトランザクションは、EOSソフトウェアの機能です。システム内のすべてのトランザクションには、最近のブロックヘッダーのハッシュが必要です。これは次のことを行います。

  • 異なるチェーンでのトランザクションの再生を防止する.
  • ユーザーとその利害関係が特定のフォークにあることをネットワークに通知します.

これにより、バリデーターが他のチェーンに悪意を持って行動するのを防ぎます.

わかりました、それはかなり魅力的に聞こえます.

高速で効率的なプルーフオブステークプロトコルがあります.

キャッチはどこですか?

そのために、イーサリアムの共同創設者であるヴィタリック・ブテリンの洞察を取り入れましょう。彼によると、DPOSシステムは協調ゲームに失敗します.

協調ゲーム理論とは?

このマトリックスについて考えてみましょう。

ブロックチェーンコンセンサスプロトコルを理解する:基本ガイド

さて、このマトリックスを見ると、2つのナッシュ均衡があります:(A、A)と(B、B)、どちらの状態からの逸脱もそれらに利益をもたらしません。このゲームのアイデアは、どのようにして人々に(A、A)から(B、B)に行くように説得できるかということです。関係者のグループが少ない場合、それは比較的簡単です。電話または電子メールで簡単に調整できます。しかし、私たちが大勢の人々について話しているとき、これは変わります.

囚人のジレンマと調整の問題の根本的な違いは、囚人のジレンマでは、(A、A)が道徳的に優れた解決策であるにもかかわらず、両方のプレーヤーが(B、B)を選択しなければならなかったことです。 。調整の問題では、それは道徳や見返りではなく、人がある州から別の州に行くインセンティブについてです。なぜ大勢の人が物事のやり方を変える必要があるのか?

協調ゲームは、グループの少数派だけが状態を変更し、多数派が変更しない場合は失敗します。逆に、グループの大多数が状態を変更すると成功します。例を挙げて見てみましょう.

  • 言語をシンボルベースの言語に変更するとします。例えば:
  • 元の声明:「あなたの番号を教えてください?」
  • 新しいステートメント:「#?」

あなただけがこの言語を使って話すと、大多数があなたが話していることを理解できず、会話から遠ざかり、あなたの見返りが非常に低く、変更するインセンティブがないため、失敗に終わります。.

しかし、あなたの社会の大部分がこの言語に移行し、それを独占的に使用する場合、あなたはあなたの言語を変更しなければならないでしょう、さもなければあなたは決して適応することができません。.

DPOSシステムは、協調ゲーム理論を不利に使用する可能性があります。特定の状況が、残りのノードに準拠していないブロックプロデューサーによって支持されるシナリオが存在する可能性があります.

マスターノードがチェーンを状態Aから状態Bに移行したいとします。特に他のノードが状態Bに反対している場合、チェーン全体が同じ移行を行うのを支援することは非常に難しい作業になる可能性があります。.

EOSがDPOSを適切かつ完璧に統合できるかどうかは時が経てばわかります.

このプロトコルを使用する注目すべき暗号:EOS

#4委任ビザンチンフォールトトレランス(dBFT)

今、私たちはNEOのために選択されたコンセンサスメカニズムに到達します.

「Blockgeeks」という国があり、この国には多くの市民がいると想像してみてください。これらの市民のそれぞれは、彼らを代表し、彼らを幸せにするために代表を選出します。これらの代表者の仕事は、市民を幸せにする法律を可決することです。彼らが自分の仕事が苦手な場合、市民は次回、別の代表者に投票するだけです。.

では、代表団はどのように法律を通過させるのでしょうか?

代表者の1人がスピーカーとしてランダムに選ばれます.

次に、スピーカーは市民のすべての要求を見て、法律を作成します。次に、これらの法律の「幸福係数」を計算して、その数が市民のニーズを満たすのに十分かどうかを確認します。その後、彼らはそれを代表者に伝えます.

次に、参加者はスピーカーの計算を個別に確認します。話者の番号が代理人の番号と一致する場合、彼らは承認を与えます。そうでない場合、彼らは不承認を与えます。.

代議員の66%は、法案が可決されるために承認を与える必要があります。過半数が封印されていない場合は、新しいリーダーが選択され、プロセスが再開されます.

それでは、これがブロックチェーンにどのように適用されるかを見てみましょう.

市民は、通常のノードとして知られるNEOトークンを所有する人です。.

委任者は簿記ノードです。簿記ノードになるには、一定の資格を満たす必要があります。特別な機器、専用のインターネット接続、および一定量のGAS(basiccryptoの記事によると1000)が必要です。.

  • 「市民の要求」は基本的にトークン保有者による様々な取引です.
  • 「法則」は、ブロックチェーンに追加される現在のブロックです.
  • 「幸福度」は現在のブロックのハッシュです.

現在、参加者の1人が悪意を持って行動する可能性がある2つのケースがあります。それをチェックしよう:

ケース#1:スピーカーが悪意のある

ブロックチェーンコンセンサスプロトコルを理解する:基本ガイド

画像クレジット:basiccryptoSteemitの記事

この場合、話者は悪意のあるメッセージBを2人の代理人に送信し、正確なメッセージを1人に送信しました。このシナリオは、多数決により簡単に軽減できます。 2人の代表者は、ハッシュが話者のハッシュと一致していないことを確認し、1人の代表者は、ハッシュが完全に一致していることを確認します。ただし、3人に2人は提案を不承認とし、コンセンサスは得られません。今後、スピーカーは削除されます.

ケース2:代理人の1人が悪意のある

ブロックチェーンコンセンサスプロトコルを理解する:基本ガイド

画像クレジット:basiccryptoSteemitの記事

スピーカーはすべての代理人に正しいメッセージを送信しますが、代理人の1人が悪意のある方法で行動することを決定し、自分の番号がスピーカーの番号と一致していないことを宣言します.

ただし、3人の代表者のうち2人は悪意のないものであるため、66%のコンセンサスに達したため、法案が可決されます。.

ご覧のとおり、dBFTは非常に興味深い形式のコンセンサスメカニズムを提供します.

このプロトコルを使用する注目すべき暗号:NEO

これらは、暗号通貨で使用される最も一般的なコンセンサスメカニズムの4つです。ただし、興味深い選択肢を提供するチェックアウトできるものがいくつかあります。彼らです:

  • 活動の証明.
  • やけどの証拠.
  • 経過時間の証明.
  • 容量の証明.

結論:ブロックチェーンコンセンサス

コンセンサスメカニズムがなければ、ビザンチンフォールトトレラントな分散型ピアツーピアシステムはありません。.

それはそれと同じくらい簡単です。プルーフオブワークとプルーフオブステークが間違いなくより人気のある選択肢ですが、新しいメカニズムがときどき登場しています。 「完璧な」コンセンサスメカニズムはなく、決して存在しない可能性がありますが、これらの新しい暗号通貨が独自のプロトコルで登場するのを見るのは興味深いことです.

Mike Owergreen Administrator
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