約束通り、私はソラナに関するより技術的な記事を書いています。私はすでにこのブロックチェーンに関する批評と詳細な記事を共有しました。今回は、Solana の詳細なテクニカル分析を一緒に見ていきましょう。
Solana は第 3 世代のブロックチェーンであり、以前のブロックチェーンが直面していたスケーラビリティと速度の問題に対処するように設計されています。それぞれプルーフ・オブ・ワーク (PoW) とプルーフ・オブ・ステーク (PoS) を使用するビットコインやイーサリアムなどの従来のブロックチェーンとは異なり、Solana は一連の技術革新で際立っています。これらの革新により、驚異的な速度で大量のトランザクションを処理できるようになります。
Proof of History (PoH): 革新的なアルゴリズム
Proof of History (PoH) は、Solana のイノベーションの中心です。この概念は、Solana の作成者である Anatoly Yakovenko によって 2017 年に導入されました。PoH を使用すると、コンセンサスの前に検証可能なタイム ソースを作成できます。これは、トランザクションのタイムスタンプが当事者ノード間の通信に依存する従来のシステムとは根本的に異なります。
PoHはどのように機能しますか?
PoH は反復ハッシュ関数アルゴリズム (多くの場合 SHA256 暗号関数) に基づいていますが、他の関数が使用される場合もあります。このアルゴリズムは、データが特定の時間に発生したことを証明する一意のレコードを生成します。各ハッシュ出力は前のハッシュ出力に依存するため、ハッシュの線形シーケンスが形成されます。各ハッシュは、前のハッシュがその前に発生したことを証明します。
タイムスタンプ: 各 Solana ノードは、現在の PoH 状態に基づいてタイムスタンプを生成します。このタイムスタンプは各トランザクションに添付され、検証可能な時系列の証拠が作成されます。
シーケンス: このメカニズムを使用すると、トランザクションの順序を保証するためにノードが常に通信する必要がなくなります。これにより、トランザクションが世界的な合意に関係なく検証されるため、処理速度が大幅に向上します。
検証: ノードは、PoH タイムスタンプを持つトランザクションを受信すると、ネットワークの残りの部分との同期を待つことなく、その有効性を即座に検証できます。
したがって、PoH は、コンセンサス プロセスの一部を前方にオフロードすることにより、ネットワーク遅延を大幅に短縮することを可能にします。
反復ハッシュ アルゴリズム:
PoH の中核は、一般に SHA256 暗号化関数に基づく反復ハッシュ アルゴリズムに依存しています。このハッシュ関数は、各要素がその前の要素に依存する一意のデータ シーケンスを生成します。このプロセスではハッシュの線形チェーンが作成され、各ハッシュは特定の時点で前のハッシュの存在を証明します。
例: H0 が初期ハッシュの場合、H1 = SHA256(H0 + Data) になります。ここで、Data は任意の入力データです。 H2 = SHA256(H1 + データ) がシーケンスを継続し、以下同様です。このようにして形成されたチェーン (H0 -> H1 -> H2 -> ...) がイベントの順序の証明になります。
タイムスタンプ:
Solana ネットワーク内の各ノードは、現在の PoH シーケンスに基づいてタイムスタンプを生成します。このタイムスタンプは各トランザクションに付加され、トランザクションが特定の時点で発生したことを暗号的に証明します。
視覚化: 各ブロックが以前の PoH 状態に基づいてタイムスタンプが付けられているブロックチェーンを想像してください。このプロセスでは、トランザクションの順序が PoH シーケンスによってすでに決定されているため、ノード間で常に同期する必要がなくなります。
トランザクションの順序付け:
PoH を使用すると、ネットワーク全体による即時の検証を必要とせずにトランザクションを順序付けできます。これは、トランザクションの順序を確認するためにノードが継続的に通信する必要がなくなり、プロセスが大幅に高速化されることを意味します。
利点: 従来のブロックチェーンでは、各トランザクションはネットワーク全体によって承認される必要があり、そのプロセスには時間がかかる場合があります。 Solana を使用すると、トランザクションは PoH を使用して各ノードによってローカルに検証され、待ち時間が短縮され、トランザクションのスループットが向上します。
トランザクションの順序付け:
PoH を使用すると、ネットワーク全体による即時の検証を必要とせずにトランザクションを順序付けできます。これは、トランザクションの順序を確認するためにノードが継続的に通信する必要がなくなり、プロセスが大幅に高速化されることを意味します。
利点: 従来のブロックチェーンでは、各トランザクションはネットワーク全体によって承認される必要があり、そのプロセスには時間がかかる場合があります。 Solana を使用すると、トランザクションは PoH を使用して各ノードによってローカルに検証され、待ち時間が短縮され、トランザクションのスループットが向上します。
簡単な検証:
ノードが PoH タイムスタンプを持つトランザクションを受信すると、すでに計算済みのハッシュのシーケンスに基づいてその有効性を即座に検証できます。これにより、トランザクションの正当性を確認するために他のノードとの同期を待つ必要がなくなります。
PoHの動作図
このプロセスを表す視覚的な図は次のようになります。
データ -> SHA256 -> H0 (PoH 初期値)
H0 + Data1 -> SHA256 -> H1 (Horodaté T1)
H1 + Data2 -> SHA256 -> H2 (Horodaté T2)
H2 + データ 3 -> SHA256 -> H3 (ホロデート T3)
...
各 Hn にはタイムスタンプが付けられ、DataN イベントが Data(N-1) の後に発生したことを示します。タイムスタンプにより、ネットワーク内のすべてのノード間のリアルタイム同期を必要とせずに、トランザクションの順序が確実に尊重されます。
Solana の Proof of History (PoH) は、ブロックチェーンが驚異的な速度でトランザクションを処理できるようにする主要なイノベーションです。 PoH は、トランザクションを事前に順序付けし、迅速なローカル検証を可能にすることで、トランザクション検証の前にグローバルな合意を必要とする従来のブロックチェーンの制限を克服します。
タワー BFT : ル コンセンサス ソラナ
ネットワークを保護し、コンセンサスを達成するために、Solana は Byzantine Fault Tolerance (BFT) アルゴリズムの最適化されたバージョンである Tower BFT を使用します。 Tower BFT は、PoH によって生成されたタイムスタンプを利用してノードの投票をロックし、高速かつ安全なコンセンサスを確保します。
タワー BFT の仕組み:
投票のロック:
ノードは、ブロックチェーンの特定の状態に投票することでトランザクションを検証します。ノードが投票すると、以降のトランザクションでは同じ方向に投票するようにロックされます。このロックは投票ごとに増加し、コンセンサスの安定性が強化されます。
投票プロセス: ノードがトランザクションまたはブロックチェーンの特定の状態を検証するとき、その状態に対して投票を行います。投票を確認またはキャンセルできる従来の BFT アルゴリズムとは異なり、Tower BFT ではすべての投票が「ロック」されます。
ロックの効果: ノードが特定の状態に投票すると、元に戻すことはできません。むしろ、この状態に依存する将来のトランザクションに対して同じ方向に投票し続ける必要があります。このロック メカニズムは、フォークや合意の相違のリスクを最小限に抑え、ネットワークの安定性を強化します。
ロックの増加: ロック レベルは新しい投票ごとに増加します。これは、ノードがサポートするチェーンにますますコミットすることを意味します。この進行により、チェーン再組織攻撃の実行がはるかに困難になります。これは、一度合意に達すると、ノードは考えを変えることが強く抑制されるためです。
2.コンセンサスによる最適化:
PoH タイムスタンプを使用することで、Tower BFT は従来の BFT アルゴリズムとは異なり、ノード間で複数の通信ラウンドを必要とせずにコンセンサスを達成できます。これにより、レイテンシがさらに短縮され、Solana は輻輳時でも高いパフォーマンスを維持できるようになります。
通信ラウンドの削減: 従来の BFT システムでは、ブロックチェーンの現在の状態について全員が確実に合意できるようにするために、ノードは多くの場合、複数の通信ラウンドを通過する必要があります。 Tower BFT を使用すると、PoH タイムスタンプが参照ポイントとして機能し、ノードがより効率的に投票を同期できるようになります。これは、メッセージを何度も往復させることなく、より迅速に合意に達することができ、待ち時間を大幅に短縮できることを意味します。
全体会議の排除: 従来の BFT アルゴリズムでは、特に意見の相違がある場合、合意に達するためにノードが全体会議を開催する必要があることがよくあります。 Tower BFT は、すべてのノードが従うことができる客観的なタイムラインを提供する PoH タイムスタンプを活用することで、この必要性を排除します。これにより、コンセンサスが高速化されるだけでなく、ネットワーク上の通信負荷も軽減されます。
セキュリティと復元力:
Tower BFT は、ネットワークの一部が侵害された場合でも、安全にコンセンサスを達成できることを保証します。タイムスタンプは本質的にネットワーク状態に関連付けられているため、攻撃はより困難になります。
ビザンチン フォールト トレランス: タワー BFT は、ビザンチン フォールト、つまりノードが悪意を持ってまたは不正に動作する可能性のあるシナリオを許容するように設計されています。最大 3 分の 1 のノードが侵害された場合でも、ネットワークは安全なコンセンサスを達成できます。これは、ロックされた投票と PoH タイムスタンプの組み合わせによって可能になり、侵害されたノードが全体のコンセンサスに影響を与える能力を制限します。
攻撃に対する回復力: PoH タイムスタンプは本質的にネットワーク状態に関連付けられているため、攻撃がより複雑になります。たとえば、攻撃者がコンセンサスに影響を与えることに成功するには、ノードの大部分を侵害するだけでなく、ネットワーク全体でタイムスタンプを一貫して操作する必要がありますが、これを達成するのは非常に困難です。
Tower BFT は、BFT コンセンサスの最適化されたバージョンであり、Solana のパフォーマンスとセキュリティの基本的な柱を表しています。 Solana は、ロックされた投票と履歴証明タイムスタンプを組み合わせることで、脅威に対して高速、効率的、復元力のあるネットワークを維持します。この独自のアプローチにより、Solana はネットワーク セキュリティを確保しながら、1 秒あたり非常に多くのトランザクションを処理することができます。
タービン: 大規模なデータ伝播
タービンは、Solana のアーキテクチャにおける重要な技術要素の 1 つであり、分散ネットワーク全体でのデータ ブロックの迅速かつ効率的な伝播という、高性能ブロックチェーンの重要な問題を解決するために設計されています。 BitTorrent などの分散型ファイル共有システムからインスピレーションを得た Turbine により、Solana は高トラフィック期間でも高いパフォーマンスを維持しながら、遅延を削減し、ネットワークの復元力を高めることができます。
1. ブロック伝播の問題
ブロックチェーンでは、合意に達するために、ネットワーク内の各ノードがトランザクション ブロックを受信して検証する必要があります。ただし、ネットワークが成長し、トランザクションの数が増加すると、これらのブロックの伝播が潜在的なボトルネックになります。ブロックがネットワークを通じて直線的に伝播される従来のブロックチェーンでは、遅延や輻輳が発生する可能性があり、ネットワークが処理できる 1 秒あたりのトランザクション数 (TPS) が制限されます。
2. タービンの動作
Turbine プロトコルは、データ ブロックを「チャンク」と呼ばれる小さな部分に断片化し、並列かつ効率的な方法でネットワーク全体に分散することで、これらの制限を克服するように特別に設計されています。詳細な仕組みは次のとおりです。
ブロックの断片化: リーダー ノードが新しいブロックを生成すると、このブロックはすぐにいくつかのフラグメントまたはチャンクに分割されます。各チャンクは、ブロック全体内のデータの小さな部分を表します。この断片化により、各ノードがブロック全体を一度に処理する必要がなくなり、各ノードの負荷が軽減され、伝播プロセスが高速化されます。
ツリー伝播: Turbine はツリー伝播スキームを使用して、これらのチャンクをネットワーク全体に分散します。リーダー ノードはチャンクを近隣ノードの選択されたグループに送信し、近隣ノードはこれらのチャンクを他のノードに送信する、というようになります。この階層化された分散プロセスにより、データの高速かつ大部分の並列分散が可能になり、待ち時間が大幅に短縮されます。
冗長性と復元力: ブロックが完全に伝播されることを保証するために、Turbine にはチャンクの分散にある程度の冗長性が組み込まれています。一部のノードに欠陥があるか悪意がある場合でも、他のノードが受信したフラグメントからデータを再構築できます。この冗長性により、停止や攻撃に対するネットワークの回復力が強化されます。
3. タービンのメリット
Turbine プロトコルには、Solana の全体的なパフォーマンスに貢献するいくつかの明確な利点があります。
レイテンシの削減: Turbine では、ブロックを小さなチャンクに分割し、それらを並列に分散することで、Solana がネットワーク全体に完全なブロックを伝播するのにかかる時間を短縮できます。これにより、待ち時間が短縮され、トランザクション検証が高速化されます。
スケーラビリティ: Turbine は、ネットワークのサイズに合わせて拡張できるように設計されています。ノードの数が増加しても、ツリーの伝播は効率的なままであり、Solana はパフォーマンスを損なうことなく高いトランザクション スループットを維持できます。
フォールト トレランス: Turbine は、内蔵の冗長性により、チャンクが失われた場合でもネットワークが完全なブロックを再構成できることを保証し、サービスの継続性とネットワークの堅牢性を保証します。
4. 具体例
Solana が、待望の ICO (Initial Coin Offering) 中に急増したトランザクションを処理しているところを想像してみてください。毎秒数千のトランザクションが送信されます。 Turbine がないとネットワークが飽和状態になり、ブロックの伝播に大幅な遅延が発生する可能性があります。 Turbine を使用すると、ブロックがシャーディングされ、ネットワーク全体に超高速で伝播されるため、Solana は速度やセキュリティを犠牲にすることなく高い TPS スループットを維持できます。
Turbine は Solana のアーキテクチャにおける重要な革新であり、ネットワークが低遅延と強力な復元力を維持しながら大量のトランザクションを処理できるようにします。このプロトコルは、Tower BFT や Proof of History などの他の要素と組み合わせることで、Solana を市場で最も成功し、有望なブロックチェーンの 1 つとして位置づけます。
Sealevel: トランザクションの並列実行
Sealevel は Solana の最も技術的かつ重要なイノベーションの 1 つであり、ブロックチェーンがイーサリアムのような他のブロックチェーンと大きく差別化できるようになります。トランザクションが順番に実行されるイーサリアムとは異なり、Sealevel では競合しないトランザクションを並列実行できるため、最新のプロセッサのマルチコア機能を最大限に活用できます。 Solana が従来のブロックチェーンよりもはるかに高い 1 秒あたりのトランザクション スループット (TPS) を達成できるのは、Sealevel のおかげです。
状態識別子と並列実行
Solana 上の各トランザクションは一連の状態識別子に関連付けられており、ブロックチェーンのどの部分がトランザクションによって影響を受けるかを正確に示します。 2 つのトランザクションに競合する状態識別子がない場合、ブロックチェーンの整合性を損なう危険を冒すことなく、それらのトランザクションを並行して実行できます。
例: 2 つのトランザクション A と B が Solana ネットワークに同時に送信されると想像してみましょう。トランザクション A がユーザー アカウントを変更し、トランザクション B が同じ残高を変更せずに別のアカウントに送金する場合、Sealevel ではこれら 2 つのトランザクションを並行して処理できます。この並列実行機能により、トランザクション全体の処理時間を大幅に短縮できます。
最適化マルチクール
Sealevel の大きな強みの 1 つは、マルチコア アーキテクチャの最適化です。多くのブロックチェーンは逐次実行に留まり、スケーラビリティが制限されていますが、Solana は Sealevel を使用して、多くの場合複数の処理コアを備えた最新の CPU を活用しています。このタイプの最適化は、特に送信されたトランザクションの数が急激に増加した場合に、ネットワーク スループットを最大化するために重要です。
スマートコントラクトとの相互運用性
Sealevel は単にトランザクションを実行するだけではありません。また、分散型取引所 (DEX) やブロックチェーン ゲームなどの複雑なアプリケーションにとって重要なスマート コントラクトの並列実行も可能になります。たとえば、Solana の DEX は、各トランザクションの完了を待ってから次のトランザクションに進むことなく、複数の買い注文と売り注文を同時に処理できます。
これは、Solana ユーザーが単純なトランザクションの速度向上の恩恵を受けるだけでなく、複雑な操作を最小限の遅延で効率的に実行できることを意味します。
Turbine、Tower BFT、Sealevel を組み合わせることで、Solana は信じられないほど強力で復元力のあるブロックチェーン アーキテクチャを作成しました。 Sealevel が提供する並列実行は、Solana が他のほとんどのブロックチェーンでは達成できない規模でトランザクションとスマート コントラクトを処理できるため、特に印象的です。
ソラナ・トークンノミクス: SOL、必須資産
SOL コーナーはソラナ経済の中心です。その役割は取引手数料の支払いに限定されません。また、ステーキング、ガバナンス、エコシステムへの参加にも使用されます。
配布とインフレーション: ローンチ時に 5 億 SOL が作成されました。ソラナは制御されたインフレメカニズムを採用しており、発行額は年間 1.5% の固定金利まで徐々に減少します。このインフレは、取引手数料の支払いに使用される SOL の燃焼によって相殺され、バランスのとれた需要と供給のダイナミクスを生み出します。
ステーキングとセキュリティ: SOL 保有者は、トークンをステーキングしてネットワークを保護し、コンセンサス プロセスに参加できます。その代わりに、参加者は追加の SOL という形で、参加に比例した報酬を受け取ります。
エコシステムの使用: SOL は、分散型取引所 (DEX)、融資プラットフォーム、ブロックチェーン ゲームなど、Solana エコシステムの分散型アプリケーション (DApps) で広く使用されています。
Solana は、Proof of History、Tower BFT、Turbine、Sealevel などのイノベーションを組み合わせた技術的に高度なブロックチェーンで、高速でスケーラブルで安全なソリューションを提供します。低コストで大量のトランザクションを処理できるため、開発者とユーザーにとって魅力的なプラットフォームとなっています。ただし、他のテクノロジーと同様、市場の課題に対応し、回復力を向上させるためには進化し続ける必要があります。
今後の記事では、Solana 上の DApps の特性、互換性のあるウォレット、この革新的なブロックチェーンで利用できる DeFi ツールについて詳しく説明します。
免責事項: この記事は投資アドバイスを構成するものではありません。 Solana ブロックチェーンの技術的な理解を提供することを目的としています。投資する前に、自分で調査し、専門家に相談してください。読んでいただきありがとうございます。この記事が役立つと思われた場合は、ためらわずに共有したり、「いいね！」したり、購読して今後の出版物の最新情報を入手してください。
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