経験豊富なユーザーでさえ、いくつかの複雑な暗号用語を理解するのが難しいことがあります。 時には誰かがカジュアルにブロブやビザンチンフォールトトレランスに 言及している話に頷くしかない時もあります。 素早い革新で知られるビットコイン業界は、時には経験豊富な専門家をも 試すような洗練されたボキャブラリーを作り出しました。 さあ、この問題に一度終止符を打ちましょう。
この記事では、ブロックチェーン環境で最も複雑でしばしば誤解される 7つのフレーズを原子レベルで解析し、それらの意味、用途、そして デジタル通貨の将来の影響についての徹底的な研究を提供します。
ビザンチンフォールトトレランス: ブロックチェーンセキュリティの礎
多くの暗号通貨愛好家は、ビザンチンフォールトトレランスについて 何か聞いたことがあるかもしれません。しかし、そのうちの99.9％は、具体的に それが何であるかを適切に定義できません。
通常、ビットコインの作成の歴史を研究し、ビザンチンフォールトトレランス 問題を解決するためにサトシ・ナカモトが採掘を使用したことを知った個人も、 それが何であるかについての明確な理解を欠いています。
それを採掘と関連付けるのが一般的ですか？いいえ、本当に。
ビザンチンフォールトトレランス（BFT）は、ビザンチン将軍問題として知られる 理論的なコンピュータサイエンス問題に由来する用語で、ブロックチェーン技術に とって重要です。1982年にレスリー・ランポート、ロバート・ショスタック、そして マーシャル・ピースによって初めて提示されたこの問題は、メンバーが敵対的または 信頼できない可能性がある分散システムでコンセンサスに達することの難しさを 強調しています。
ビザンチン将軍問題では、複数の将軍が都市への攻撃を調整しなければなりません。 彼らは、メッセンジャーによってのみ通信が可能で、一部の将軍は策略を 阻止しようとする裏切り者であるかもしれません。課題は、裏切り者がいても、 忠実な将軍たちが合意できる戦略を考え出すことです。
ブロックチェーンの文脈でのビザンチンフォールトトレランスは、 一部のコンポーネントが失敗したり悪意を持って行動した場合でも、 システムが意図したとおりに動作し、コンセンサスに達する能力です。 分散ネットワークの整合性とセキュリティの維持は、これにかかっています。
プルーフオブワーク（PoW）コンセンサスメカニズムを介して、匿名の ビットコイン 作成者サトシ・ナカモトは、 デジタル通貨のためにビザンチン将軍問題を本質的に解決しました。 PoWでは、マイナーが難解な数学的問題を解く競争をし、勝者が次の ブロックチェーンブロックを追加する機会を得ます。この方法は 計算コストが高いため、マイナーには誠実に行動する大きな経済的動機があります。
PoW ソリューションが機能する理由は以下の通りです:
- 参加にはコストがかかり、これが何らかの活動を抑止します。
- パズルの複雑さによって、1つのエンティティがネットワークを容易に 支配することができません。
- 最長チェインルールは、正しいブロックチェーンバージョンを見つけるための 簡単な手法を提供します。
ただし、PoWはブロックチェーン上でビザンチン将軍問題を解決する 唯一の答えではありません。よりエネルギー効率の高い方法でBFTを解決するために、 デリゲートプルーフオブステーク（DPoS）やプルーフオブステーク（PoS）などの 他のコンセンサスシステムが開発されています。
イーサリアム は PoW から PoS に移行した 際、「The Merge」としても知られる Gasper と呼ばれる BFT コンセンサス方法を 使用しました。 Casper FFG (ポスベースのファイナリティシステム) と LMD-GHOST フォーク選択ルールを組み合わせることで、ビザンチン フォールトトレランスの強い保証を得ることができ、エネルギー消費を大幅に 低減させます。
ブロックチェーンシステムの信頼性とセキュリティを保証する基本的なアイデアを 得るためには、BFTの理解が必要です。テクノロジーが発展するにつれて、 新たなBFTへのアプローチが次々に登場し、それによって分散システムの 進化が決定されます。
ナンス: 暗号化のパズルピース
ナンスは、一種のブロックチェーンナンセンスです。冗談はさておき。 他の人が聞いたことがあるかもしれないのは、それがセキュリティコードの コンポーネントだと単に信じているかもしれませんが、マイナーや開発者は それが何であるかをよく知っています。 まあ、ある見方ではそうです。
一見すると簡単そうに思えますが、ナンスの考え方はブロックチェーン テクノロジーにおいて非常に重要です。特にビットコインなどの プルーフオブワークシステムでは、ナンスは「唯一一度使用される数値」を 表す用語であり、ブロックチェーンの取引を確保し検証するための マイニングプロセスの基本部分です。
ビットコインのマイニングにおいて、ナンスはブロックヘッダーにある 32ビット（4バイト）のフィールドです。マイナーはこの数値を制御し、特定の 要件を満たすブロックヘッダーのハッシュを生成しようとします。 現在のネットワークの難易度によって設定された目標値より小さいハッシュです。
マイニングプロセスは次のように進行します。マイナーはペンディング トランザクションのブロックを組み立てます。
ブロックヘッダーが作成され、いくつかの要素が含まれます：
- バージョン番号
- 前のブロックのハッシュ
- メルクルルート（ブロック内のすべてのトランザクションを示すハッシュ）
- タイムスタンプ
- 難易度ターゲット
- ナンス（最初は0に設定）
マイナーはSHA-256アルゴリズムを使用してブロックヘッダーをハッシュします。 生成されたハッシュが難易度条件を満たす場合、ブロックは「解決済み」と 見なされ、マイナーはネットワークにブロードキャストします。 ハッシュが条件を満たさない場合、マイナーはナンスをインクリメントし再試行します。
ナンスをインクリメントしてリハッシュする作業は、有効なハッシュが 見つかるまでか、ナンススペースが尽きるまで続きます（2^32、つまり約40億通り）。 ナンススペースが尽きても正しいハッシュが見つからない場合、マイナーは 他のブロックヘッダーの要素（例えばタイムスタンプ）を変更し再開します。
ナンスは以下のような重要な役割を果たします。
ネットワークは、特定の要件を満たすナンスを特定するようマイナーに 求めることで、マイニングの難易度を調整できます。これにより ブロック時間が安定し、ネットワークの総ハッシュパワーの変動に かかわらず10分程度に保たれます（ビットコインの場合）。
ナンスは、マイナーがプルーフオブワークにおける実際の「作業」を 行うために操作する変数です。正しいナンスを見つけることは、 マイナーが計算資源を使用したことを示します。
ブロックチェーンを操作するのは非常に難しいです。なぜなら、 ブロックを解くナンスが予測不可能だからです。正直なマイナーを常に 上回るためには、攻撃者はネットワークの半分以上のハッシュパワーを 獲得しなければなりません。
ナンスは、マイナーに公平なプレイフィールドを提供します。正当な ブロックを見つけることは基本的にランダムであり、マイナーが提供する 処理能力に依存しています。
ナンスの考え方は、PoWシステムで広く知られていますが、他の 設定にも適用されます。例えば、イーサリアムのトランザクションでは、 ナンスが使用されてトランザクションが一度だけかつ正しい順序で 処理されることを保証します。
ナンスの機能は、ブロックチェーン技術が発展するにつれて変わる可能性が あります。例えば、プルーフオブステークシステムでは、PoWにおける マイニングとナンスの考え方が存在しません。しかし、多くのブロックチェーン システムにおいて、安全性と公平性を保証するために不規則で一回限りの 数字を使用する基本的なアイデアは重要なままです。
ロールアップ: レイヤー2トランザクションの簡素化
DeFiの世界では、ロールアップについて聞いたことがあるでしょう。 しかし、何を知っているかというと、おそらくレイヤー1ブロックチェーンの 上にレイヤー2ソリューションに関連していることがほとんどでしょう。
さて、そうですが、それだけではありません。
イーサリアムなどのブロックチェーンシステムがスケーラビリティ の問題を抱える中、ロールアップはトランザクションスループットを 向上させ、料金を削減する可能性ある解答になりました。 ロールアップは、トランザクションデータをレイヤー1にポストしながら、 トランザクションをプライマリブロックチェーン（レイヤー1）の外で 実行するレイヤー2のスケーリング方法です。
ロールアップの基本は、複数のトランザクションを1つのバッチにまとめ、 メインチェーンにサブミットするプロセスです。この方法により、 メインチェーンでの必要なデータ量処理を大幅に削減し、 スケーラビリティを向上させます。
ロールアップは一般的に2種類に分かれます：
オプティミスティックロールアップは、チャレンジがある場合にフレームワークとして マシンライゼーションを実行し、デフォルトで取引が有効と仮定します。 主要な特徴としては：
- 一般的な計算において ZK ロールアップよりも安価で迅速。
- 現在の Ethereum アプリの容易な移植性は、Ethereum Virtual Machine (EVM)との互換性によるもの。
- 通常1週間続くチャレンジ期間があり、その間すべてのトランザクション 結果を疑ることができる。例として Arbitrum と Optimism があります。
Zero-knowledge (ZK) ロールアップは、ロールオフトランザクションが 正確であることを確認するために、クリプトグラフィー証明 （バリディティプローフ）を生成します。主な特徴の一つは、 バリディティプローフの即時検証によるオンチェーンでの 迅速なファイナリティです。 期待されたロールアップよりも潜在的により高いスケーラビリティ； より難解な暗号化により、一般的な計算にはより難しいものと されています。特に二つとしてはStarkNet と zkSyncがあります。
ロールアップには様々なメリットがあります：
最新のトランザクションはネットワークに多用でオフチェーンの 転送によって処理能力を大幅に向上させられます。 トランザクションフィーが削減され、メインチェーンで取り扱わなければならない データが少ないためです。 必要なデータはレイヤー1に保存されているため、ロールアップは メインチェーンのセキュリティを引き継ぎます。 特にZKロールアップと共に、トランザクションのファイナリティは メインチェーンよりもはるかに高速化されます。
それでも、ロールアップは以下のような困難も提供します：
技術的困難: 特にZKロールを使用するのは簡単ではありません。 ロールアップオペレーターは非常に重要であり、いくつかの 中央集権化の効果をもたらす可能性があります。 楽観的なロールアップでは、チャレンジフェーズによりユーザーは 資金をメインチェーンに出金する際に遅延を経験することがあります。
ブロックチェーンエコシステムの発展に伴い、ロールアップはスケーリング ソリューションにおいてますます重要になるでしょう。プロジェクト としてはイーサリアム2.0があり、彼らはこの技術をロードマップの メインコンポーネントとして含める意図を持っています。
ブロブ: イーサリアムを変えるデータチャンク
現在ブロブというものはプ şey ... 失敗する際に関連する単一障害点を取り除くことができます。
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スケーラビリティの向上: 分散型バリデーターはスケーラビリティの向上を実現し、セキュリティと信頼性を損なうことなく、ネットワークの拡大に順応できる。
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改善されたデセントラリゼーション: 多くの小規模参加者がバリデーションプロセスに参加できるようにすることで、参加障壁を下げ、ネットワークの分散性を強化する。
ただし、DVTにはいくつかの課題も存在します:
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額面の複雑さ: 複数のオペレーター間で協調する必要があるため、バリデーションプロセスがより複雑になる可能性があります。
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通信遅延: 複数のノード間でのコミュニケーションが必要なため、遅延が発生する可能性があります。
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運用コスト: 複数のノードを運用し、かつそれらを同期させ続ける必要があるため、運用コストが高くなる可能性があります。
全体的に、DVTはネットワークのセキュリティ、スケーラビリティ、および分散化を大幅に向上させる可能性がある重要な新技術です。
結論
Ethereumの進化は、スケーラビリティとセキュリティを同時に達成するための新しい技術と概念の採用を必要とします。Blobs、Proto-danksharding、DVTは、その道筋で重要な役割を果たすでしょう。それぞれがEthereumのエコシステムに独自の利点と課題をもたらす一方で、これらのイノベーションはEthereumが継続的に成長し、進化するのに不可欠な役割を果たします。コンテンツ: 単一障害点が大幅に削減されます。たとえ1人のオペレーターが侵害されるかオフラインになっても、バリデーターは引き続き機能することができます。
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稼働時間の向上: 複数のオペレーターがいることで、バリデーターが常時その責務を果たせる可能性が大きく向上し、高い報酬やネットワーク性能の向上が期待できます。
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分散化: DVTは、より小規模なオペレーターがバリデーターを単独で運営するリスクと責任を負うことなくバリデーションに参加できるようにし、より分散化されたネットワークを可能にします。
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スラッシング保護: プルーフ・オブ・ステークシステムでは、バリデーターは誤動作に対して罰を受ける可能性があります（スラッシング）。複数のオペレーターが活動について合意することを要求することで、DVTは意図しないスラッシングを回避するのに役立ちます。
しかし、DVTにはいくつかの課題もあります:
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複雑性: DVTの導入には高度な暗号プロトコルと複数の当事者間の調整が必要で、バリデーターの運用に複雑さを加えます。
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レイテンシー: 複数のオペレーターが調整する必要があるため、バリデーターの行動に遅延が生じる可能性がありますが、これは適切な実装で軽減できます。
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信頼仮定: DVTは単一障害点を減少させる一方で、分散バリデーターのオペレーター間の信頼の必要性を導入します。
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規制上の考慮事項: DVTの分散性は、一部の法域における規制遵守や責任に関する疑問を提起する可能性があります。
DVTは、おそらくプルーフ・オブ・ステークネットワークが発展する中で、そのセキュリティと分散化を維持するためにより重要になるでしょう。現在、さまざまな実装が開発中または初期の導入段階にあり、Ethereum 2.0のようなプロジェクトは積極的にDVTの導入を模索しています。
DVTの採用は、プルーフ・オブ・ステークネットワークのアーキテクチャに広範な影響を与える可能性があり、セキュリティ、分散化、アクセシビリティのバランスを取りながら新しいタイプのバリデータープーリングや委任を可能にします。
動的リシャーディング: 適応型ブロックチェーン分割
最後に、動的リシャーディングについて話しましょう。シャーディングの概念を基にし、リアルタイムで変わるニーズに対応できる柔軟性の層を追加することで、ブロックチェーンのスケーラビリティに新しい方法を提供します。
一部のブロックチェーン愛好家によって「シャーディングの聖杯」とも呼ばれるこの技術は、ブロックチェーン設計における最も永続的な問題の一つを解決することを約束しています。それは、ネットワークキャパシティとリソース使用をバランスさせることです。本当に複雑に聞こえるでしょ？
動的リシャーディングを理解するには、まずシャーディングの基本を理解する必要があります。
ブロックチェーンシステムに適応されたシャーディングは、データベースのパーティショニング手法です。それは、ブロックチェーンをより小さく管理しやすいシャードに分割することを伴います。すべてのシャードはデータを並行して保存し、トランザクションを処理できるため、理論的にはネットワークの容量を増やすことができます。
動的リシャーディングはこのアイデアを進め、現在のネットワーク状態に応じてシャードの量と配置を変更することを可能にします。
この柔軟な戦略は、多くの利点を可能にします。
ネットワークは高需要期に新しいシャードを構築し、低需要期に未使用のシャードを統合することによって、ネットワークリソースの効果的な利用を保証できます。
動的リシャーディングは、ハードフォークや重大なプロトコル更新を行わずに、ネットワーク使用量が増加した場合、ブロックチェーンがその容量を拡大できるようにします。データとトランザクションをシャード間で再分配することで、ブロックチェーン全体の性能をより一貫して保つことができます。
動的リシャーディングは、シャードの崩壊や需要の急増など、予期せぬ事態に適応することも可能にします。
動的リシャーディングのプロセスは通常、いくつかの重要な要素を含みます。
監視システムは、トランザクション量、シャード利用率、ノード性能などのネットワーク指標を継続的に分析します。決定エンジンは、定義済みのアルゴリズムや場合によっては機械学習技術を使用して、ネットワークをリシャーディングすべきタイミングと方法を決定します。コー・ーディネーションプロトコルは、ネットワーク内のすべてのノードが新しいシャードの設定に同意し、一貫してリシャーディングプロセスを実行することを保証します。シャードが分割または統合される際には、間でデータと状態情報を安全に移動します。
動的リシャーディングの可能性あるアプリケーションの概要:
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監視システムが、特定のシャードがその最大容量近くで一貫して処理していることを検出します。
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決定エンジンは、このシャードをロードを分散するために2つに分割する必要があると判断します。
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コーディネーションプロトコルがリシャーディングプロセスを開始し、全てのノードが差し迫った変化を認識していることを確認します。
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ネットワークは細心の注意を払って新しいシャードを作成し、関連データを移行し、ルーティング情報を更新するプロセスを実行します。
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完了すると、増加した負荷を処理するためにネットワークに追加のシャードが加わります。
動的リシャーディングには魅力的な可能性がありますが、同時に重要な技術的課題も抱えています。
動的リシャーディングは、ライブのブロックチェーンネットワークを安全かつ効率的にリシャーディングできるシステムを実装することは非常に複雑で、高度なコンセンサスと調整メカニズムを必要とします。また、データがシャード間で移動する際に、すべての関連状態情報が正確に保持され、容易にアクセスできるようにすることも、状態管理において重大な問題です。
動的リシャーディングは、複数のシャード間のトランザクションを考慮する必要があり、シャード配置によってはこれがより難しくなることがあります。次に、セキュリティの問題です。リシャーディング手法自体は、安全でなければならず、この潜在的に脆弱な操作でネットワーク操作への攻撃に対する安全性が求められます。動的リシャーディングの監視と意思決定プロセスは、ネットワークに追加の計算負荷を加えることになります。
これらの困難にもかかわらず、さまざまなブロックチェーンプロジェクトは動的リシャーディング技術を積極的に探求し、開発しています。たとえば、Near Protocolは、需要に応じてシャードの数を変えることができるようにするため、メインネットに一種の動的リシャーディングを設定しています。
動的リシャーディングは、ブロックチェーンテクノロジーが発展するにつれて、分散アプリケーションやサービスの一般採用を可能にするスケーラブルで柔軟なネットワークを構築するうえで、ますます重要になる可能性があります。