著者: Richard Red、Decred 寄稿者。
ブロックチェーンのコンセンサス メカニズムは、ブロックチェーンの現在の状態について参加者間で合意が得られるようにする役割を果たします。コンセンサス メカニズムは、誰が新しいトランザクション ブロックを追加できるかを決定します。その主な目的の 1 つは、チェーンが書き換えられないようにすることです。
プルーフ・オブ・ワークのコンセンサス
純粋なプルーフ オブ ワーク コンセンサスを持つブロックチェーン (ビットコインなど) では、数学の問題の答えを効率的に推測するハードウェアを導入するマイナーによってのみ新しいブロックを追加できます。マイナーが有効な推測を行うたびに、ネットワークが受け入れるブロックを構築できます。マイナーは任意のチェーンをマイニングすることを選択できますが、ネットワークは最も蓄積されたプルーフ オブ ワーク (つまり、最も多くのハッシュまたは推測) を持つチェーンのみを正当なチェーンとして受け入れます。つまり、マイナーは最も長いチェーンでマイニングするように動機付けられ、有効な新しいブロックを見ると、前のブロックの上に構築できる次のブロックのソリューションを見つけようとします。
ブロックチェーンを書き換える難しさが、金融取引のための台帳として機能することを可能にしています。取引がコインをウォレットに送信するブロックに現れ、いくつかのブロックがそのブロックの上に構築されると（確認）、そのブロック（および取引）が書き換えられる可能性は低くなります。
もしあるエンティティが「正直なチェーン」を超えるほどのハッシュパワーを制御している場合、それは「最新の」ブロックではなく「古い」ブロックにマイニングしてブロックチェーンを書き換える（または再編成する）ことができます。この種の攻撃、いわゆる51%攻撃の簡略化された説明は以下の通りです。
攻撃者はブロックXで交換所に送信して支出し、その後、プライベートで並行チェーンのマイニングを開始します（ブロックはネットワークにブロードキャストされません）。必要な確認数が経過したら、攻撃者はコインを別のものと交換し、それを交換所から引き出します。引き出しが完了すると、攻撃者は並行チェーンを公開し、それが元のチェーンよりも多くのPoW（ブロック）を持っている場合、ネットワークはそれを正当なチェーンとして受け入れ、元のチェーンによって表される歴史のバージョン（攻撃者の預金を含む）は消えます。攻撃者はその後、これらのコインを再び支出する自由を得ます。
マイナーは純粋なPoW暗号通貨でチェーンに直接ブロックを追加できる唯一のエンティティであるため、これにより彼らはガバナンスにおいて強い役割を持ちます。ネットワークのコンセンサスルールを変更するためには、過半数のハッシュパワーの支持を得なければなりません。「ソフトフォーク」には、新しいルールセットを認識するのに十分なマイナーが必要であり、ユーザーは取引を行い、取引が適切に処理されブロックに含まれることを期待できます。「ハードフォーク」はネットワークを二つのコンポーネントに分割し、一般的に認められた「最も多くのPoWを持つチェーンが従うべき正しいチェーン」というルールにより、マイナーがどちらが正当なものとして受け入れられるかを決定します。
ステークの証明コンセンサス
ステークの証明コンセンサスは、新しいブロックを追加し、ブロックチェーンの現在の状態を検証する方法を決定するための代替手段です。マイナーが問題を解決するために競争する代わりに、ステークの証明では、次のブロックを生成する者は、ウォレットに保持されているコインの数（または「ステーク」）に基づくプロセスによって決定されます。このプロセスは、最も多くのステークを持つ者がネットワーク全体のために責任ある決定を下すと信頼しています。
ステークの証明コンセンサスは、エネルギー集約型のマイニングの必要性を排除しますが、重要なエネルギー支出がないことは、時折「何もないことが問題」と呼ばれる別の問題を生じさせます。フォークされたチェーンの場合、PoSフォージャー（「フォージング」は通常「マイニング」の代わりに使用されます）は、追加のチェーンで作業するのにかかるコストが非常に少ないため、両方のチェーン上でブロックを検証するようにインセンティブを与えられます。これがネットワークにとって問題であるのは、単一のチェーンしか存在しないはずであり、その単一のチェーンの状態に合意することがコンセンサスメカニズムの全目的だからです。
ステークの証明には、トークンの分配に関して追加の問題があります。PoWマイナーは重要なコスト（ハードウェア、電力）を抱えており、通常はこれらのコストを満たすために採掘したコインのかなりの部分を売却しなければなりません。その結果、多くの採掘されたコインが市場で購入可能であり、マイナーによって蓄えられることはありません。ステークの証明のフォージャーは非常に低い運営コストを持っているため、ネットワークを維持するために受け取ったコインを売却する圧力はありません。ステークに参加する大きな保有者は、ブロック報酬やネットワークユーザーからの取引手数料を集めることで流通コインのシェアを増加させる傾向があります。これは封建制度に例えられ、ネットワークが実質的にコインの保有者によって所有され運営され、ユーザーが使用するための一種の賃貸料を支払うことになります。通常は、ステークの証明に直接参加することができないカットオフがあります。
ハイブリッドPoW/PoS
ハイブリッドプルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークシステムの目的は、それぞれのアプローチの利点を捉え、相互の弱点をバランスさせることです。Decredは、認識可能な形でPoWとPoSの両方を利用し、それらを統合して多因子またはハイブリッドコンセンサスメカニズムを生成する数少ない暗号通貨の1つです。
「マスターノードコイン」は、ある意味でハイブリッドでもあり、ビットコインと同様の役割を果たす認識可能なプルーフ・オブ・ワークコンポーネントを持ち、特別なノードに対する追加の役割を持っています。通常、これらの特別なノードは、ネットワークの最善の利益のために行動できると信頼できることを示すために、特定の量の通貨を担保として保持する必要があります。これはプルーフ・オブ・ステークの理論と類似しています。Dashは元のマスターノードコインであり、このモデルを「サービスの証明」と呼びます。この記事は、プルーフ・オブ・ステークコンポーネントを持つハイブリッドに焦点を当てており、マスターノードやサービスの証明を模倣するコインの配列は考慮しません。
DecredのPoWコンポーネントは、他のPoWベースのプロジェクトと同様に機能し、Blake-256ハッシュ関数を使用しています。DecredのPoSコンポーネントと、それがチェーンに織り込まれる方法は非常にユニークで、さらなる説明に値します。
Decredのステークの証明に参加するためには、保有者はDCRをタイムロックして「チケット」を購入しなければなりません。個々のチケットの価格は、市場のようなメカニズムによって設定され、システムは一定数のライブチケット（40,960）を目指しています。目標数を超えると価格が上がり、少ないと下がります。誰かがチケットを購入すると、使用したDCRはロックされ（つまり、使えなくなります）、チケットが擬似的に投票に呼ばれるか、約142日後に期限が切れるまでロックされたままです。これにより、PoSに機会コストが導入され、PoSの投票者がゲームに参加し、ネットワークの最善の利益に行動することが意図されています。
PoS参加者（投票者またはステークホルダーとも呼ばれる）は、ブロック投票、コンセンサスルールの変更に対する投票、Politeia提案システムを使用したプロジェクトレベルの管理に対する投票という3つの明確な役割を持っています。これらの中で最初の「ブロック投票」は、PoS投票者がコンセンサスを維持するために最も直接的に関与する方法です。
ブロックへの投票
PoWマイナーが有効なブロックを見つけると、それをネットワークにブロードキャストしますが、そのブロックが有効と見なされるためには、ランダムに選ばれた5つのチケットのうち少なくとも3つの票を含む必要があります。PoS投票者は、チケットが呼ばれたときに票を投じる準備をしてウォレットを開いておきます（または、投票サービスプロバイダーを利用して代わりに行わせることもあります）。PoSチケットが投票に呼ばれ、応答すると、その所有者は報酬を受け取ります。
チケットが呼ばれると、彼らは前のブロックの通常のトランザクションを受け入れるか拒否するために投票します。ネットワーク上のノードは、新しいブロックが少なくとも3票を含むまで、それを有効なものとして認識しません。投票に呼ばれたチケットの過半数が前のブロックのトランザクションを拒否した場合、それらはメモリプールに戻されます。これらの通常のトランザクションには、PoWマイナーの報酬が含まれますが、PoS投票者の報酬は含まれません。
したがって、PoS投票者はマイナーから報酬を剥奪する力を持っており、自分の報酬に影響を与えることなくそれを行うことができます。これにより、PoWマイナーがネットワークのコンセンサスルールの変更を拒否する力が制限されます。実際、PoS投票者は、悪意のあるまたは非効率的な行動が検出された場合に「いいえ」と投票する方針を採用することで、望ましくないマイナーの行動を拒否することができます。
このPoS検証レイヤーは、ネットワークのセキュリティと多数攻撃に対する抵抗力を大幅に向上させます。一般的な多数の二重支出攻撃の方法は、ブロックチェーンを書き換えることであり、代替チェーンを秘密裏にマイニングし、一定の期間後に公開して「古い」チェーンのトランザクションの無効化を利用することです。Decredブロックは、有効と見なされるためにランダムに選ばれたチケットからの入力を必要とし、この入力を受け取るまでPoWマイナーによって構築されることはできないため、PoWマイナーが秘密裏にマイニングすることはできません。
ハイブリッドPoW/PoS設計は、攻撃にかかるコストを大幅に増加させます。なぜなら、攻撃者は2つの異なるシステムを回避しなければならないからです。特にPoSコンポーネントは、チケットを非常に遅くしか取得できないように設定されています。各ブロック/インターバルで購入できるチケットの数は限られており、最大数を購入すると価格が急激に上昇します。さらに、これらのチケットが購入されると、それらを購入するために使われた資金はタイムロックされ、攻撃の結果として発生したロックされたコインの評価損失にさらされます。
各ブロックがランダムに選ばれたステークホルダーによって投票される必要があるという要件は、ブロックチェーンがマイニングされるときに全ての参加者と共有されなければならないことを意味しており、ネットワークのセキュリティを強化しています。Decredのハイブリッドシステムは、ステークホルダーがPoWマイナーに対して権力を持つことをも可能にするように設計されています。
コンセンサス変更投票
Decredは、その発足時にPoSステークホルダーをブロックチェーンのガバナンスにおける主要な意思決定力とすることを決定しました。コンセンサスルールには、ネットワークのコンセンサスルールに対する変更が投票プロセスを経た後でしか展開できないというアップグレード承認手続きが書かれています。変更は、投票チケットの75%以上の承認を得た場合にのみ行うことができます。このプロセスは、ある割合のマイナー（95%）と投票者（75%）がルールに潜在的な変更を持つアップグレードされたソフトウェアを実行し始めると開始されます。提案が4週間の投票期間後に75%の支持を得た場合、それは受け入れられます。そうでなければ、拒否され、いずれかの超過多数がない場合、再投票が開始されます。提案が受け入れられると、ルールの変更は1か月後に有効になります。
プロジェクト管理: Politeia
Decredのブロック報酬は、PoWマイナー（60%）、PoS投票者（30%）、およびオープンソースソフトウェアの開発を資金調達するための財政（10%）に分配されます。チケット保有者は、この資金がどのように使われるべきか、どの機能が追加されるべきか、Politeiaプラットフォームを通じて政策を決定する権限を持っています。
締めくくりの考え
PoS投票者がブロック報酬の30%を受け取るため、彼らは単にステーキングすることによって流通するDCRの相対的なシェアを維持することはできません。新たに鋳造されたDCRの大部分は、ネットワークを守り、「何もないことが問題」とされる純粋なPoSシステムの問題を軽減する役割を果たしているPoWマイナーに渡されます。マイナーは通常、運営コストを満たすために受け取った報酬のかなりの部分を売却しなければならず、適正なDCRの供給が市場に供給されるようにしています。
Decredのブロックチェーンは独自のアーキテクチャを持ち、ハイブリッドPoW/PoSシステムの最も顕著な例の1つです。PoSコンセンサスを用いたプロジェクトが重要な変化を持つ一般的なグループであるのと同様に、ハイブリッドPoW/PoSアプローチを採用する将来のプロジェクトもユニークであり、必ずしもDecredのフレームワークに従うわけではありません。
