ブロックチェーンパブリックチェーンの分散化「トリプルパラドックス」特別連載

JD Zhilian Cloud 製品研究開発部 Pan Xizhi 氏

皆さん、こんにちは。今回は、ブロックチェーン システムにおける分散化 (Decentrailzation) の「中核」機能について説明します。

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このトピックに入る前に、このトピックを次の 4 つの側面に分けて説明したいと思います。 1 つ目は「分散化」とは何か、2 つ目はなぜ「分散化」がブロックチェーン システムの中核機能なのか、3 つ目は「どのような状況で必要なのか」第四に、ブロックチェーンシステムの「分散化」技術の発展経路。

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1.「分散化」とは何ですか?

ブロックチェーン システムにおける「分散化」は、コンセンサス メカニズムの形式を通じて、システム内のすべてのノードが中心にあり、組織的な制約なしに、接続されている他のノードを制御できる影響力の状態と簡単に定義できます。

したがって、システムをフラットでオープンかつ平等な形にし、システム内で各ノードが平等かつ自由にデータをやり取りできるようにすることが、「分散化」によってブロックチェーンシステムに与えられる最大のメリットとなります。

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分散アーキテクチャと分散アーキテクチャの違い

ここでは、分散化と分散アーキテクチャの違いを強調したいと思います。

ほとんどの場合、分散化は分散アーキテクチャのサブセットであるため、BTC が分散型台帳または分散型台帳であると言っても問題はありません。

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2. なぜ「分散化」がブロックチェーン システムの中核機能なのでしょうか?

ブロックチェーンの概念が生まれたときから、出発点としての集中化の問題を回避するためであり、論理的には、ブロックチェーンはネットワーク全体の統一された集中管理された帳簿ですが、システムアーキテクチャやガバナンス方法の観点からは関係ありません。集中型システムと比較して、アーキテクチャとガバナンスの分散化は、フォールト トレランス、攻撃防止、共謀防止機能という最大のメリットをブロックチェーンにもたらします。

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分散化はブロックチェーン システムの本質的な特徴です

したがって、分散化はブロックチェーンの中核機能であると言えます。

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3. 「分散化」はどのような状況で必要になるのでしょうか?

実際のシナリオでは、ブロックチェーンをツールとして使用して「分散化」できる典型的なシナリオは、通常、シナリオにすでに中心があり、その中心を削除したい（または集中度を下げたい）という 2 つの典型的なシナリオがあります。 ); 第 2 に、このシーンにはセンターがありません (または適切なセンターがありません)。このシーンでは一連のツールを使用して全体的な管理を実現したいと考えています。

前者における分散化のプロセスは、どちらかというと「権威を信頼する」から「合意に達する」までのプロセスに近いものですが、プライバシーを守りながら情報やモノを交換する必要がある場合（匿名取引や匿名チャットなど）、必然的に中央集権型システムが必要となります。 「監視されている」という感覚を私たちに与えます。現時点での最良の選択は、分散型ツールを使用することです。第三者が存在しない場合、取引の両当事者は合意に達し、交換を完了します。実際には、集中型システムはユーザーに絶対的なプライバシーと匿名性を提供することはできませんが、ブロックチェーン技術は絶対的なプライバシーや匿名性を実現する「唯一可能な」技術ですらあります。

したがって、分散化の観点からのみ、組織間のクレジットの統合や自然分散型エネルギー産業の全体管理など、ブロックチェーンシステムに本当に適したアプリケーションシナリオを見つけることができます。シナリオに分散化の可能性がない場合は、従来の集中型システムがより良い選択となることは間違いありません。

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4. ブロックチェーンシステムの「分散化」技術の発展の道筋は？

分散型テクノロジーはインターネット アプリケーションとともに発展してきました。初期の Napster から BitTorrent、そして今日のブロックチェーン システムに至るまで、分散型テクノロジーは何世代にもわたって更新と変更を受けてきました。最初に言及すべきことは、そのテクノロジーは p2p ネットワークであるということです。

P2P ネットワーク: P2P (ピアツーピア) ネットワークは、ピアツーピア ネットワークとも呼ばれ、ピア (ピア) 間でタスクとワークロードを分散する分散アプリケーション アーキテクチャです。一般に、ソケットはネットワーク プログラミングに使用されます。P2P ネットワークでは、Aノードはサーバーまたはクライアントのいずれかになる可能性があり、その結果、P2P ネットワーク内の各ノードは互いに同等となり、これはブロックチェーン システムの「分散化」の概念と非常に一致します。したがって、ブロックチェーン システムでは、P2P テクノロジーが使用されます。分散化機能を実現する上で非常に重要な部分です。

ブロックチェーン システムの設計における「分散化」機能の本来の目的は、システムの実行可能性を向上させることです。たとえば、「分散化」によりシステムの復元力、耐障害性、外部攻撃に対する耐性が向上します。システムがある程度発展する 例えばシステム存続の問題を解決した後、ブロックチェーンシステムはさらに進化し、発展を求める段階に入ります。

• 開発の過程で、「分散化」テクノロジーが直面する主な設計課題は次のとおりです。

• 合意形成: 「分散型」ブロックチェーン システムでは、合意メカニズム (システムのガバナンス方法、価値分配などを含む) の変更は、システム参加者間の合意に基づいてのみ実行できます。合意に達しない場合は、システム参加者は誰でも別のコミュニティとチェーンを構築できます。これは、ブロックチェーン パブリック チェーン システムのハード フォーク プロセスとしても知られる、コンセンサス メカニズムの分散化プロセスです。この要件を満たすために、システム設計者は特定のシナリオでバランス ポイントを見つけ、システム参加者がシステムへの参加による貢献と利益が公平であるかどうかを心配することなく一貫した目標を達成できるようにする必要があります。

• フォールトトレラントメカニズム: ブロックチェーンシステムが一定の段階まで発展すると、ノード数が増加するにつれて必ずいくつかのエラーノードが出現し、これらのエラーノードはシステムにエラーデータを送信し、システムの正常な動作を妨害します。今度は、システムの正常な動作を保証するための一連のフォールト トレラント メカニズムが必要です。一般的に言えば、ブロックチェーン システムの分散化の程度が高くなるほど、障害のあるノードに対応する能力も高くなります。

帯域幅のしきい値: システムに参加したいノードごとに、ネットワーク帯域幅の参加しきい値が低いほど、より多くの人がシステムに参加でき、分散化が促進されます。集中化の度合いが高いほど、必要な労力は少なくなります。システムをアクティブに管理する場合、またはその逆の場合は、アクティブなシステム ガバナンスにさらに多くのエネルギーを投資する必要があります。

現時点で、上記の問題に対処する具体的な方法は主に 2 つに分類されます。 1 つは、システムのノード間の検証を効率化するためにコンセンサス機構を変更することです (前回の記事では、変更によって TPS を向上させる方法を紹介しました)コンセンサス メカニズム )、同時にシステムのフォールト トレランスの向上に役立ちます。第 2 に、ゼロ知識証明、準同型暗号化、セキュア マルチパーティ コンピューティング (MPC) およびその他の暗号関連テクノロジを通じて、ノード間で検証するときにブロックの完全な情報を検証し、ブロック ヘッダー (PreHash、Hash、TimeStamp) と使用される関連暗号化情報のみを検証するだけで済みます。これにより、ノードに必要な帯域幅が大幅に削減され、コンセンサス。

上記の 2 つのタイプは、ハイブリッド コンセンサス メカニズム (コンセンサス メカニズムの方法を変更することによる) とゼロ知識証明テクノロジ (暗号化による) をより代表しています。

もちろん、PBFT+POW ハイブリッド コンセンサス メカニズムにも最適化する必要がある領域がいくつかあります。たとえば、システムを一定期間実行した後では、PBFT 台帳が PoW よりも先に進みすぎる可能性があります。これにより、PoW の監督と検証が遅れることになりますが、ハイブリッド コンセンサス ブロックチェーン システムの分散化を解決する革新的な方法として、このメカニズムは承認されなければなりません。

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ハイブリッドコンセンサス

ゼロ知識証明技術：ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）技術は、確率に基づく検証手法であり、「検証者にとって知識がゼロ」の場合、追加情報（個人情報など）によって最終的に証明することができます。 」。

典型的な例は次のとおりです: A が色の異なる 2 つのボールを持っており、A の色盲の友人である B は、A の 2 つのボールが異なる色であることを信じていないとします。A は、これが真実であることを B にどのように説得できますか?ゼロ知識証明の使用方法は次のとおりです。

ステップ 1: A は B に 2 つのボールを渡し、B は両手に 1 つのボールを持ちます。

ステップ2: AはBに背を向け、

Step3: A が振り向いた後、B は「手の中の 2 つのボールの位置を交換するかどうか」という行動決定を行い、行動決定後、B は A に振り向いてもらい、

ステップ 4: A が振り向いて、B が A にボールを交換したかどうか尋ね、

ステップ 5: A が間違って答えた場合、B はそれを信じません。そうでない場合は、実験を 100 回繰り返し、A が正解した場合、B は 2 つのボールの色が異なると信じます。

なぜ？ 2 つのボールの色が異なる場合、A は毎回その違いを見分けることができるはずですが、2 つのボールが同じ色である場合、B が交換されたかどうかに関係なく、A は違いを見分けることができず、ランダムに推測するだけです。このように、毎回正解する確率はわずか 1/2 であり、100 回繰り返すと正解する確率は無視できるほど小さくなるので、A は途中で必ず 1 回は間違えることになります。

上記はインタラクティブなゼロ知識証明の例であり、上記の証明には 3 つの特徴があります: 1) インタラクティブなプロセスであり、証明全体を完了するには A と B の間のインタラクションが必要です; 2) ランダムです。 Ｂは毎回ボールを交換するかどうかをランダムに決定する； ３）知識ゼロ、Ｂは最終的に２つのボールが異なる色であると信じるが、それでも２つのボールが何色であるかを知らない。

現時点でのゼロ知識証明技術の最大の問題は、使用シナリオが比較的限られており、汎用性が比較的低いことであり、実際の導入プロセスでは、ほとんどのシステムを特定のシナリオに合わせてカスタマイズする必要がある。

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ゼロ知識証明

ブロックチェーン全体の「分散化」の技術開発プロセスを見ると、分散化は出発点でも終着点でもなく、現実世界の法とルールシステムが結合された単なる道であることがわかります。将来的には、分散型ブロックチェーン システムと集中型インターネット システムが確実に相互補完すると信じています。ブロックチェーン システムは、集中型システムの下で一部のビジネスをよりオープンで透明にすることができ、集中型の機関も参加者としてアクセスできるようになります。システムを利用して、ブロックチェーン ネットワーク上の他の参加者により専門的なサービスを提供します。