「非主流」から主流へ: PoS コンセンサスの進化

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まずはPoWの仕組みを確認しましょう

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PoSの仕組みの考え方を実際のブロックチェーンプロジェクトに初めて適用したのは、SunnyKing（ネット名、その実体も謎）率いるPeercoin（ピアコイン）で、2011年にQuantum MechanicがPoSを提案して以来、2012年にSunnyKingが2010年8月にそれが実現するまでに1年以上を要し、ピアコインの時価総額は一時は全仮想通貨の時価総額でビットコイン、ライトコインに次ぐ第3位に達しましたが、投資支援がないため、さらなる開発のためのリソースの不足 その後、ピアコインの市場価値は急落しました。その後2013年から2015年にかけて、Nxt、Blackcoin、Shadowcoinなど、PoSの仕組みを応用した仮想通貨が次々に登場しましたが、それらは徐々に姿を消していきました。

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記事の冒頭で述べたように、コンセンサス メカニズムの目的は次のブロック プロデューサーをランダムに選択することですが、初期の PoS メカニズムではこの問題をうまく解決できず、ブロックチェーン内の人々の行動によって変化するパラメーターがよく使用されます。 (前のブロックのハッシュ値など) をランダム シードとして使用し、このランダム シードに基づいて擬似乱数を生成します。これにより、乱数を予測したり、操作したりすることが可能になります。 2013年12月、BM（ダニエル・ラリマー）はフォーラムで初めて、ランダム問題はトークン所有者が自分たちの権利と利益に応じてブロックプロデューサーを投票することで解決できると語った。参加者の割合は確かに予測不可能な人間の行動イベントです。トークン所有者がトークンの誓約と投票によってブロックを検証する権利をプロフェッショナルノードに委任できるこの仕組みは、DPoS (Delegate Proof of Stake) と呼ばれます。 BM はそれを Bitshares プロジェクトに適用し、DPoS アーキテクチャに適したグラフェン プラットフォームを構築しました。このグラフェン テクノロジは、後に DPoS メカニズムの一般的な最下層になりました。BM のその後の 2 つのプロジェクト Steemit、EOS、LOOM およびその他のプロジェクトは、 DPoS パブリック チェーンを構築するためのグラフェン プラットフォーム。

EOS や Tron などの DPoS パブリック チェーンには固定数のスーパーノードがあり、投票数で上位にランクされたスーパーノードだけがブロックを生成する権利を持つことができます。コイン所有者による投票は理論的にはランダムなプロセスですが、また、同時に、投票ステータスが確認された後、このタイプの DPoS パブリック チェーンのスーパーノードは、ブロックをランダムに生成するのではなく、固定順序で順番にブロックを生成します。したがって、このタイプのパブリック チェーンの分散化の程度については議論の余地があります。

DPoS メカニズムのもう 1 つの開発方向は、トークン所有者がノードに誓約して委託するメカニズムの中核を保持しつつ、ノード数を制限せず、同時に、毎時自己資本比率に応じてノードをランダムに選択することです。ブロックが生成される時間。 Tezos、Wanchain のような新しいプロジェクト、および Cosmos のような人気のあるプロジェクトは、ノードになるためにパブリック チェーンによって設定された特定の要件を満たす必要がありますが、ノードの数に制限はなく、通常、指定された数のトークンをプレッジする必要があります。ノードの動作要件、コンピュータ構成要件を満たしていること。委託・認可機構の存在により、十分なトークン数を持たない保有者や安定した動作ノード条件に恵まれない保有者でもステーキングを通じてマイニングに参加し、配当を得ることができるため、DPoS機構によりステーキング率が大幅に向上しました。パブリック チェーンは 80%、さらには 90% 以上に達しており、前時代の PoS パブリック チェーンと比較して間違いなく大きな進歩であり、パブリック チェーンのセキュリティが大幅に向上しています。

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ビザンチン フォールト トレラント アルゴリズム (BFT) は、1982 年のビザンチン将軍問題に由来します。これは本質的に、侵害された通信ネットワークに分散プロトコルを実装する問題です。インターネット時代には、フォールト トレラント アルゴリズムのみを解決する必要があるため、BFT アルゴリズムはサトシ・ナカモトがブロックチェーンスキームにそれを設計するまで、学界の外では知られていませんでした。 PoS パブリックチェーン環境における最初のアプリケーションは、Jae Kwon によって提案された Tendermint アルゴリズムです. 驚くべきことに、BFT アルゴリズムと PoS メカニズムは優れた互換性を反映しているようです. BFT フォールトトレランスは分散ネットワークに多大なメリットをもたらします. アンチリスク能力、ネットワークの一貫性を重視し、ブロック確認を最終的なものにし、ブロック確認速度を高速化し、フォーク問題を解決します。純粋なPoSがPoWと比較してエネルギー消費を解決するだけであれば、BFT+PoSは純粋なPoSと比較して、PoWのトランザクション確認、トランザクションフォーク、パフォーマンスの低さの問題をさらに解決することによってもたらされる飛躍は無視できません。結局のところ、ブロックチェーンの開発期間がわずか 10 年であるのに比べ、BFT アルゴリズムのセキュリティ研究には 30 年が経過しています。

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パブリックチェーンのパフォーマンスは主にセキュリティ、効率、分散性の3つの側面で測定されますが、コンセンサスメカニズムがアップグレードされる前は、EOSは高効率を向上させるために分散性の度合いを犠牲にすると考えられており、高いパフォーマンスを達成することは不可能です。しかし、コンセンサスメカニズムがBFT+DPoSにアップグレードされ、他のBFT+PoSプロジェクトがオンラインになった後、DPoSパブリックチェーンの分散化の度合いは徐々に改善され、メカニズムも徐々に改善されました。今後の PoS メカニズム開発の焦点は、分散化の確保に基づいてセキュリティと効率を向上し続けることです。

セキュリティの程度には主に 2 つの側面が含まれます。1 つはブロック作成者によって選択されるランダム性の程度、もう 1 つはブロック検証への参加の程度です。 DPoS メカニズムと乱数アルゴリズムはランダム問題を部分的に解決しますが、真の乱数を生成することは依然としてほぼ不可能な課題であるため、既存のランダムに選択されたノードは依然として疑似ランダムであると疑問視され、セキュリティ リスクを抱えています。市場価値が 2 番目に大きい PoS パブリック チェーン プロジェクトである Cardano は、乱数問題の解決に取り組んでおり、それによって作成されたウロボロス コンセンサス アルゴリズムは、その安全性について科学的証拠を備えた最初のプルーフ オブ ステーク プロトコルであると考えられています。 MIT機械工学およびコンピュータサイエンス学科のシルビオ・ミカリ教授とその共同研究者によって提案されたアルゴランドプロトコルは、新しいビザンチンコンセンサスプロトコルを適用しており、各ラウンドの投票に参加する検証者がランダムに選択されていることを証明できます。以前の PoS コンセンサスは予測不可能であり、操作が困難です。これは、ランダム性に関する PoS コンセンサスの発展です。

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チャートソース: stakerewards.com

パフォーマンスの点では、EOS は現在 500ms ごとにブロックを生成でき、フォークしないため、ビットコインのようにトランザクションの確認に 6 ブロックまたは 1 時間かかるのではなく、すぐにブロックが確認されるため、パフォーマンスは非常に高いです。地球が持ち上がる。将来のクロスチェーン エコロジーのために、現在人気のあるクロスチェーン プロジェクト Cosmos と Polkadot もクロスチェーン インフラストラクチャとして BFT+PoS コンセンサスを適用しています。 PoS プロジェクトは間違いなく PoW プロジェクトよりもパフォーマンスが優れており、BFT アルゴリズムとネットワーク通信技術の継続的な開発により、パフォーマンスはさらに向上するでしょう。

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