著者: Decred の寄稿者、Richard Red
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の合意を確保するために使用されます。コンセンサス メカニズムは、どのノード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、ブロック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・コンセンサス (POW)
プルーフ・オブ・ワーク・コンセンサスを備えたブロックチェーン（ビットコインなど）は、ハードウェアを導入し、特定の数学的問題を効率的に解決する方法を見つけ出すマイナーだけが作成できます。マイナーが有効な推測を完了するたびに、ブロックチェーン ネットワークは彼らが構築したブロックを受け入れることができます。マイナーは計算を実行するチェーンを選択できますが、ネットワークは最も多くの Proof of Work (つまり、最も多くのハッシュまたは計算) を持つチェーンのみを正当なものとして受け入れます。これは、マイナーが最長の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発見すると、新しいブロックを構築する方法についての解決策を見つけようとすることを意味します。
ブロックチェーンの書き換えの難しさは、金融取引を記録する台帳としてのブロックチェーンの役割にあります。ウォレットに資金を送金するトランザクションがブロック内に表示され、そのブロックの上に他のブロック（確認済み）が構築されている場合、ブロック（トランザクション）を書き換えることはできません。
エンティティが「実際のチェーン」を攻撃するのに十分なハッシュ能力を制御している場合、「古い」ブロックを再構築して最新のブロックを置き換えることによって、ブロックチェーンを書き換える (または再構築する) ことができます。 51% 攻撃とも呼ばれるこのタイプの攻撃について簡単に説明します。
攻撃者はまず取引所に資金を入金し、トランザクションがブロック X に記録されます。その後、攻撃者は (ブロックをネットワークにブロードキャストせずに) 独自に別の並列チェーンの構築を開始します。入金トランザクションに必要な確認回数に達すると、攻撃者はトークンを他の通貨に変換し、取引所から引き出します。出金トランザクションが完了すると、攻撃者は独自に構築した並列チェーンを解放します。このブロックチェーンに元のチェーンよりも多くの PoW (ブロック) がある場合、ネットワークはそれを正規のチェーンとして受け入れますが、元のブロックチェーン ((攻撃者のブロックチェーンが含まれる)リチャージトランザクション）は履歴バージョンになり、消えます。その後、攻撃者は再びトークンを自由に使用できるようになります。
マイナーは、PoW のような暗号通貨のブロック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、ガバナンスにおいて重要な役割を果たします。ブロックチェーン ネットワークでコンセンサス ルールを変更する必要がある場合は、大部分のハッシュ計算例でコンセンサス ルールがサポートされている必要があります。 「ソフト フォーク」では、ユーザーが取引を行って、トランザクションが正しく処理され、トランザクション データがブロックにパッケージ化されることを期待できるように、新しいコンセンサス ルールを再識別するのに十分なマイナーが必要です。 「ハードフォーク」により、元のブロックチェーンネットワークが 2 つの部分に分割され、ほとんどのマイナーは「PoW チェーンが正しいチェーンである」ことを受け入れ、マイナーはどのチェーンが正当であると見なされるかを決定する権利を持ちます。
プルーフ・オブ・ステーク・コンセンサス (POS)
Proof-of-stake コンセンサスは、どのマイナーが新しいブロックを追加してブロックチェーンの現在の状態を検証できるかを決定するもう 1 つの方法です。マイナー間の競争ではなく、プルーフ・オブ・ステークを通じて問題を解決すると、ウォレット内のトークン（または「ステーク」）の数に基づいた何らかのメカニズムを通じて次のブロックプロデューサーが決定されます。コンセンサスプロセスは、最も多くの利益を持つ者がネットワーク全体に対して責任ある合理的な決定を下すという原則に基づいています。
プルーフ・オブ・ステークのコンセンサスにより、エネルギーを大量に消費するマイニング活動の必要性がなくなりますが、大幅なエネルギー消費がないため、「無関係性」とも呼ばれる別の問題が発生します。フォークを例に挙げると、偽の POS がよく使用されます。 「マイニング」) は、別のチェーンを作成するコストが非常に小さいため、両方のチェーンで別々にマイニングされ、両方のチェーンで同時に利益を得ることができます。これは、ブロックチェーン ネットワークにとって問題です。コンセンサス メカニズムの目的は、正当なチェーンが 1 つ存在することのみを認識し、正当なチェーンのステータスのみを認識することであるためです。
プルーフ・オブ・ステークには、トークン配布に関して他にもいくつかの問題があります。 PoW マイナーはコスト (ハードウェア、電力) が高く、通常、これらのコストを満たすためにマイニングしたトークンの大部分を売却する必要があります。したがって、採掘されたコインの多くは市場で購入でき、採掘者が買いだめすることはありません。プルーフ・オブ・ステークの偽造コストは非常に低く、ネットワーク運用を維持するために入手したトークンを販売する必要がありません。プルーフ・オブ・ステークに参加する大規模なステークホルダーは、ネットワークユーザーから多額の報酬と取引手数料を徴収するため、流通するトークンのシェアを増やす傾向があります。これは、ネットワークが大規模なトークン所有者によって所有および管理され、ユーザーは使用料を支払う必要がある封建制にたとえられます。 POS では通常、一般のユーザーがプルーフ・オブ・ステークのコンセンサスに直接参加できないように、いくつかの制限が設定されています。
ハイブリッド PoW/PoS
ハイブリッドのプルーフ・オブ・ワーク、プルーフ・オブ・ステーク システムの目標は、両方の長所を組み合わせ、互いの弱点のバランスを取ることです。 Decred は、PoW と PoS コンセンサス メカニズムを組み合わせて使用し、それらを統合して多要素およびハイブリッド 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。
ある意味では、「マスターノード コイン」も、ビットコインと同様の役割を実行する認識可能な作業証明コンポーネントを持ち、特別なノードの役割が追加されているという点で、ハイブリッド メカニズムでもあります。これらの特別なノードは通常、プルーフ オブ ステーク メカニズムと同様に、それらが信頼でき、ネットワークにとって最善の利益であることを証明する担保として一定量のトークンを保持します。 Dash は元のマスターノード トークンであり、このモデルを Proof of Service と呼びます。この記事では、ハイブリッド プルーフ オブ ステークを備えたコンポーネントに焦点を当てているため、マスターノード トークンやプルーフ オブ サービスを考慮したトークンの範囲については説明しません。
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似ており、Blake-256 ハッシュ関数を使用します。 Decred の PoS コンポーネントとそれがブロックチェーンを構築する方法は非常にユニークであり、さらに説明する価値があります。
Decred のプルーフ・オブ・ステークに参加するには、保有者は DCR をロックし、「チケット」を購入する必要があります。個々のチケットの価格は市場のような仕組みで設定されており、システムは一定枚数（40,960枚）のチケットを獲得することを目指しており、目標枚数を超えた場合は価格が上がり、枚数に達しなかった場合は価格が下がります。ユーザーがチケットを購入すると、使用する DCR はロックされ (つまり、使用できなくなります)、ロック期間は、チケットが擬似ランダム関数呼び出しによって投票されるまで、または約 142 日で期限切れになるまで続きます。これにより、PoS メカニズムの機会費用が発生し、PoS 投票者がゲームで公正な権利を獲得し、ネットワークの最善の利益を考慮して行動することを保証する方法になります。
PoS 参加者 (投票者または利害関係者とも呼ばれる) は、投票の拒否、コンセンサス ルールの変更への投票、Politeia 評価システムを使用したプロジェクト レベルのガバナンスへの投票という 3 つの異なる役割を果たすことができます。最初の役割である「投票を拒否する」は、PoS 投票者がコンセンサス維持に参加するための最も直接的な方法です。
ブロック内で投票する
PoW マイナーは有効なブロックを見つけると、それをネットワーク上にブロードキャストします。ブロックが有効であるとみなされるためには、ブロックにランダムに選択された 5 つの投票のうち少なくとも 3 つが含まれている必要があります。 PoS 投票者はウォレットを開いたままにする必要があり、投票が呼び出されたときに出欠を表明する (または投票サービスプロバイダーに代理を依頼する) 必要があります。特定の POS チケットが投票と回答を求められると、そのチケットの所有者は報酬を受け取ります。
チケットが呼び出されるとき、チケットは前のブロックの通常のトランザクションに投票し、それらを受け入れるか拒否するかを選択します。ネットワーク上のノードは、少なくとも 3 票を受け取るまで、新しいブロックが有効であるとはみなしません。チケットの大多数が前のブロックのトランザクションへの投票を拒否した場合、チケットはメモリプールに返されます。これらの通常のトランザクションには、PoW マイナーへの報酬が含まれますが、PoS 投票者には含まれません。
したがって、PoS 投票者は、自分の利益に影響を与えることなく、マイナーから報酬を剥奪する権利を有します。これにより、PoW マイナーの権限が制限され、利害関係者による投票が必要なネットワークのコンセンサス ルールを改ざんすることが防止されます。実際、悪意のあるまたは非効率的な動作が検出された場合、PoS 投票者は投票を使用してこれらの悪意のあるマイナーの動作に「拒否権」を設定できます。これにより、悪意のある PoW マイナーがトランザクションを改ざんし、違法な報酬を取得することが防止されます。
この PoS 検証層により、ネットワークのセキュリティが大幅に向上し、ほとんどの攻撃から保護できます。ほとんどの二重支払い攻撃で使用される一般的な手口は、既存のチェーンをプライベートでステルスなマイニングに置き換えることによってブロックチェーンを上書きし、しばらくしてからそれを公開し、「古い」チェーン内のトランザクションを無効にすることです（つまり、二重支払いが行われる可能性があります）。 ）。 Decred ブロックでは、有効であるとみなされるためにランダムに選択されたチケットの入力が必要であり、この入力が受信されるまで PoW マイナーはブロックを構築できないため、PoW マイナーがほとんどのチケットを制御しない限り、秘密裏にマイニングすることは不可能です (以下の記事を参照) 。
ハイブリッド PoW/PoS メカニズムの設計では、攻撃者が 2 つの独立したシステムを同時に回避する必要があるため、ネットワーク攻撃のコストが大幅に増加する可能性があります。特に、PoS コンポーネントがチケットをゆっくりと取得するように構成されている場合は特にそうです。ブロックごとに購入できるチケットの枚数には限りがあり、大量に購入すると価格が高騰します。さらに、チケットを購入する必要があると、チケットの購入に使用される資金がロックされ、攻撃者の攻撃資金がロックされ、価値が切り下げられるリスクにさらされます。
ランダムに選択された利害関係者が各ブロックに投票するということは、すべての参加者がマイニングするノードとブロックチェーンを共有する必要があることを意味し、ネットワークのセキュリティが強化されます。 Decred のハイブリッド メカニズムは、ステークホルダーに PoW マイナーを超えた権限を提供するように設計されています。
コンセンサス修正投票
Decred は、PoS の関係者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にすることを最初から決めていました。コンセンサス ルールを変更または作成するには、承認アップグレード プロセスが必要です。このプロセスを通じて、ネットワーク コンセンサス ルールは投票後にのみ変更できます。そして、投票の少なくとも 75% が同意した場合にのみ変更を加えることができます。このプロセスは、一定の割合のマイナー (95%) と有権者 (75%) がアップグレード ソフトウェアを実行し、ルールに潜在的な変更を加えた場合に開始されます。 4週間の投票期間後に修正案が75％以上の支持を得た場合は可決され、そうでない場合は否決され、得票数が不足した場合は再度投票が開始される。提案が受け入れられた場合、コンセンサスメカニズムの変更は 1 か月後に有効になります。
プロジェクト管理: ポリティア
Decred のブロック報酬は、PoW マイナーの報酬 (60%)、PoS 投票者の報酬 (30%)、およびプロジェクトを開発するオープンソース ソフトウェアの貢献者への資金提供に使用される財務省 (10%) に分けられます。チケット所有者は、資金のこの部分がどのように使用されるべきか、どの機能が追加されるべきかについて投票し、Politeia プラットフォームを通じて決定を下す権利を有します。
まとめた感想
PoS 投票者はブロック報酬の 30% を受け取るため、既存のステークを保持するだけでは DCR 発行の相対的なシェアを維持できません。新しい DCR のほとんどは、PoW マイナーからのマイニングによって取得されるため、PoS システムにおけるマイナーの「無関係性」の問題が軽減され、ネットワークを保護する役割も果たします。マイナーは運営コストを維持するために受け取った報酬のほとんどを売却する必要があるため、このアプローチにより市場での DCR の合理的な供給が保証されます。
Decred ブロックチェーンは独自のアーキテクチャ モデルを提示しており、ハイブリッド PoW/PoS システムの最もよく知られた例の 1 つです。グループ内の PoS コンセンサスメカニズムの大幅な変更と同様に、ハイブリッド PoW/PoS メカニズムを通じて展開される将来のプロジェクトも独自であり、必ずしも既存の Decred フレームワークに従う必要はありません。
