DLTに関する前回の投稿では、プルーフオブワークの概念に触れ、プルーフオブステークの合格について言及しました。 このブログでは、これらの概念と、それらが信頼できない分散コンセンサスの概念の基本である方法について詳しく説明します。
まず、解決しようとしている問題を説明する必要があります。 ビットコインは、信頼できないエージェントのグループ間の信頼を作成するという複雑な問題の解決に着手しました。
では、この問題は何ですか? ある人があなたからいくらかのお金を借りるように頼み、明日あなたに返済することに同意します。 あなたは信頼しているので、あなたは彼らにXNUMXドルを貸します。 あなたがあなたのお金を返済するように頼んだ翌日、彼らはあなたからお金を借りたことは一度もないと答えます。 職業はなんですか? 取引記録はありませんでした。 頼りになるものはあまりありません。 あなたはおそらく将来的に信頼を失うでしょう。 次にこのタイプのトランザクションを入力するときは、トランザクションを追跡するためにサードパーティを関与させます。 借り手が債務不履行に陥った場合、取引が行われたことを証明するために第三者を連れてくることができます。 借り手があなたに返済することを拒否した場合、あなたは法制度に行き、あなたに代わって介入するように彼らに頼むことができます。 理想的には、第三者は信頼できる誰か、たとえば弁護士であり、取引は公証されてその信憑性を証明することができます。 あなたと同じ国にいない人々と一緒にこれを大規模にやりたいと想像してみてください。 さまざまな法制度、さまざまな頼みの綱があります。
分散型元帳は、法的構造を所有権のID、暗号化公証、および信頼を確立する方法に置き換えることを目指しています。 最初の部分はかなり簡単です。 私たちはそれぞれアイデンティティを持っています。 秘密鍵の形式で; このIDを使用して、任意のデータに「署名」できます。
最も単純な方法では、公開鍵の所有者は、署名が秘密鍵の所有者に属し、秘密鍵がXNUMXつだけであることを非常に高い信頼性で証明できます。 このデジタル署名は、秘密鍵を持っている人なら誰でも自分が秘密鍵を所有していると主張できるため、説得力のある概念です。 公開鍵を取得して秘密鍵のコピーを作成する方法がないため、誰にでも公開鍵を渡しても安全です。 秘密鍵を紛失しないように注意してください。
公証はアイデンティティから自然に続きます。 一方の当事者がメッセージに署名した場合、第三者は署名されたメッセージに副署することができます。 公証当事者の身元を信頼する場合、あなたは彼らの公開鍵を持っており、彼らが誰であるかを知っています。 彼らは私がこの人を知っているように、元のパーティーについて発言することができ、あなたは彼らを信頼することができます。 暗号化されたWebサイトにアクセスするたびに、インターネット全体でこの信頼の概念を観察できます。 信頼の鎖を通じて公証された証明書に依存します。 このチェーンの最上位にはルートエンティティがあります。 この例では、「BaltimoreCyberTrustRoot」です。
この信頼の鎖はまだ私たちに問題を残しています。 中央の当事者を知らない、または信頼したくない場合、反駁できないように取引を公証するにはどうすればよいですか? 古典的なBlockChainは、マイニングと呼ばれるプロセスによってこの問題を解決します。 マイニングは、プルーフオブワークとプルーフオブステークのXNUMXつのカテゴリに大きく分けることができます。 それについてはすぐに話します。
まず、部屋の中の象、いわゆる許可ベースのブロックチェーンに対処する必要があります。 過去数年にわたって、これらのチェーンの多くの例が出現し、通常、信頼できないブロックチェーンの高性能な代替手段として提供されています。 マイニングの性質は、時間がかかり、コストがかかるということです。 これらの権限ベースのチェーンは、チェーン上のメッセージの公証を実行するXNUMXつ以上の信頼できるグループを識別します。 エラーや気が変わった場合、これらの信頼できる公証人は履歴を書き換えることができ、悪意のある人物である場合は、他人に代わって欺くことができます。 私たちの元の例では、お粗末な公証人はお金を借りている人の側に立つ可能性があります。
信頼の観点から、パーミッションベースのチェーンは、サードパーティによって管理および運用されるデータベースを持つよりも優れていると主張することができます。 これらの場合、デジタル元帳にはまだメリットがあります。 たとえば、各当事者は元帳の完全なコピーを持っており、トランザクションは標準化されており、トランザクションの暗号化署名があります。 デジタル署名はそれ自体が説得力のある理由です。人間の署名とデジタル署名を比較することを考えてください。 複雑さ、パフォーマンス、および運用上の考慮事項は、一般に、DLTを使用するよりも従来のデータベースで解決する方が簡単です。
マイニングに戻ります。 本質的に、マイニングは、通常ノードと呼ばれるアクターが、トランザクションのセット(ブロックチェーン内のブロック)に署名して、トランザクションが一貫しており、二重支払いであることを示すのに十分な信頼を構築したことを示す操作です。自由。 二重支払いは、「現実の世界」における単純な概念です。 私があなたにドル紙幣を渡した場合、あなたが後で私にそれを返さない限り、私はあなたにその正確な請求書を一度だけ提供することができます。 デジタルの世界では、これははるかに複雑な問題です。 従来のデータベースは、トランザクションを実装することでこれを解決します。 これは、ACIDトランザクション保証と呼ばれることがよくあります。
従来の複式簿記システムでは、元帳は、あるアカウント(またはウォレット)から別のアカウント(またはウォレット)への資産の移動を記録します。 単一の通貨を追跡している元帳の場合、XNUMXつの主要なプロパティを適用できます。 まず、元帳は、すべての移動トランザクションにわたって元帳内の特定の資産の総数を保持します。 特定の一方的なトランザクションがサポートされていない限り、作成または破棄することはできません。 次に、ソースウォレットにそのアセットのインスタンスが使用可能な場合にのみ、アセットをXNUMXつのウォレットから別のウォレットに移動できるようにすることができます。 マルチウォレットトランザクションでは、トランザクション後にすべてのウォレットのバランスを保つ必要があります。 これらのルールは、コスト(共通の資産に変換された各資産の値)がトランザクション全体でゼロになるようにすることで、マルチアセットトランザクションに一般化できます。 マルチアセットモデルは、対象期間が長くなります。
DLTの場合、トークン(またはアセット)のすべての転送は、上記のルールに従う必要があります。 通常、チェーンでサポートされている一方的なトランザクションは、マイニングプロセスを通じて新しいトークンを作成することだけです。 では、分散型元帳はどのようにこれを行うのでしょうか?
プルーフオブワークは最も確立されたシステムであるため、最初に取り組みます。 プルーフオブワークでは、システム内の各マイニングノードが互いに「競合」して、十分に複雑な問題の解決策を考え出します。 ビットコインの場合、この問題はブロック内のデータのハッシュを計算し、「nonce」(整数)値を追加してブロックの暗号化ハッシュを計算します。 上記の最終ハッシュのバイナリ表現に特定の数の先行ゼロが含まれている場合、マイニングは成功します。 ナンスは、解決策が見つかるまで繰り返し更新されます。 実際には、これよりも少し複雑で、複数のハッシュが発生します。
各マイナーは、XNUMX秒間に固定数のハッシュ計算を実行できます。 計算ノードのハードウェアがこの制限を設定します。 問題の難易度は、すべてのマイナーのハッシュレートの合計が約XNUMX分でブロックを見つけるように調整されます。 ネットワークは、現在のハッシュレートを考慮して難易度を調整します。 これを書いている時点で、ビットコインネットワークのハッシュレートはXNUMX秒あたりXNUMX億XNUMX万テラハッシュです。 このハッシュレートは膨大な計算能力であり、ビットコインの重要な議論のXNUMXつである、環境への影響を示しています。 ただし、再生可能エネルギーの価格が他の形態のエネルギーの価格を下回ると、鉱業の収益性は最低価格の電源に切り替えるインセンティブを提供します。 これがどれほど真実であるかは、今後数年間で明らかになるでしょう。
ビットコインマイニングプロトコルでよく見られる「欠陥」の8つは、ハッシュ操作を簡単に麻痺させることです。 この機能は、ハッシュ能力の大幅な集中化につながり、チェーンの分散化された設計の一部をほぼ間違いなく打ち負かします。 ハッシュを集約することは、プールマイニングとして知られています。 ソロマイニングは、すべての意図と目的にとって価値がありません。 プールされたハッシュが非常に小さい前に、ネットワーク内の任意の単一ノードがそれ自体で解決策を見つける確率は非常に小さいです。 プールは、プールに寄付されたハッシュレートに正比例して、マイニングからの報酬を共有します。 あなたは大きな支払いを得ることができませんが、プールがブロックを採掘するたびにあなたは少量を得ることができます。 少数のプール(XNUMX)が、ハッシュ能力の過半数を構成しています。 これらのプールが一緒に共謀した場合、チェーンの将来のルールについて選択する機会があります。
プルーフオブワークは、チェーンの履歴を書き換えるか、マイニングの報酬を受け取るよりも一方の当事者に利益をもたらすようにプロトコルを変更するのに十分なハッシュレート(6.25%以上)を制御する方が費用がかかる場合に、信頼と整合性を提供します。 マイニング報酬はビットコインプロトコルの一部として定義され、ブロックで処理されたトランザクションの新しくマイニングされたコインと料金が含まれます。 現在、ブロックのマイニング報酬はXNUMXBTCと取引手数料です。 この報酬は、ブロックあたりXNUMX万ドル以上です。 毎日XNUMXブロックが印刷され、XNUMX万ドル近くの鉱業収入を生み出しています。
鉱山労働者には、正しいことをする強い動機があります。 この経済的インセンティブはまた、鉱夫がより多くのマイニングハードウェアに投資することを奨励し、どのグループもチェーンの過半数を制御できないようにするのに役立ちます。 この保証を提供するのは、まさに「コスト」の採掘です。 ビットコインの価値が上がると、マイニングへのインセンティブも高まります。
イーサリアムなどの新しいチェーンは、さまざまなアルゴリズムを使用してプルーフオブワークを実装しています。 今日、多くのオプションがありますが、最も注目すべきは、メモリ内のデータを移動するコスト(これがEtheriumの動作方法です)と生の計算能力から作業を引き出すオプションです。 イーサリアムのようなプルーフオブワークチェーンを制限する「帯域幅」により、エンドユーザーのコモディティハードウェア(GPU)で収益性の高いマイニングが可能になります。 ビットコインのマイニングで利益を得るには、カスタムASICハードウェアに投資する必要があります。
プルーフオブステークは、現世代のチェーンに浸透しているエネルギー消費(およびハードウェアレース)に取り組むことを試みるプルーフオブワークの新たな代替品です。 プルーフオブステークでは、マイナーはチェーン通貨の量を投稿(またはステーク)して、ブロックに署名したことに対する報酬を取引手数料の形で受け取り、次のような方法でブロックに署名した場合、ステークを失うことになります。チェーンのルールと矛盾しています。 つまり、 二重支払いはありません。
簡単な思考実験をしてみましょう。 部屋の真ん中にあるテーブルにそれぞれXNUMXドル札を置く、XNUMX人がいる部屋を考えてみましょう。 このお金が彼らの賭けです。 現在、XNUMX人のうちXNUMX人が取引に同意し、XNUMX人は翌日返還された残りのXNUMXドルを貸し出します。 彼らは一枚の紙に同意書を書き留め、それをステークテーブルに置きます。 私たちは今、文書を公証するために部屋にいるXNUMX人のうちのXNUMX人をランダムに選びます。 彼らは論文を読み、これが有効な取引であると言うために署名を追加します。 他のXNUMX人はドキュメントを調べて、トランザクションの条件が部屋のルールと一致していることを検証できます。 全員が同意すると仮定すると、トランザクションは拘束力があります。 部屋の各人は、取引を検証するために少額の支払いを受け取ります。 取引をする人々が料金を提供しました。 この料金は、資産を賭け金としてロックアップしたことに対する補償を提供します。
ここで、検証するために選択された人が、トランザクションまたは共謀の一部であるXNUMX人のうちのXNUMX人であると想像してください。 部屋の規則に違反していても、彼らは文書に署名します。 これで、部屋の他の人が取引を検証し、部屋のXNUMX%以上がこの契約が無効であると示した場合、取引は取り消されます。 検証者に属するステークはテーブルから削除され、他のXNUMX人に均等に分割されます。 XNUMX人目の人はもはや利害関係を持たず、検証に参加できなくなり、XNUMXドルの利害関係を失います。 賭け金の価値は検証取引の価値を上回っていたので、嘘をつくことはその人の利益にはなりません。
参加者のXNUMX%以上が正直に行動している場合、システムは機能します。 このために、彼らは彼らの利害関係を維持するようになり、彼らは彼らの行動に対してかなりの報酬を受け取ります。 XNUMXつのトランザクションでは、システムを詐取する価値があるかもしれません。 合計を見ると、正直に振る舞うことは彼らの利益に圧倒的に興味があります。
プルーフオブステークについての興味深い観察は、あなたが賭けているアイテムが価値あるものである必要があるということです。 この観察結果は、イーサリアムがプルーフオブワークシステムから始め、イーサリアムが高く評価されている現在、プルーフオブステークへの切り替えに取り組んでいる主な理由のXNUMXつです。
プルーフオブステークシステムが大規模に機能し、バリューアットリスクが高いことはまだわかっていません。今後数年間で、プルーフオブワークに取って代わるものがどれだけうまくいくかがわかります。
このブログが、次回のスマートコントラクトでいくつかの用語を説明するのに役立つことを願っています。
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