2008 年にピアツーピアの電子マネー システムとしてビットコインが誕生して以来、他の多くのデジタル通貨が徐々に登場し、それぞれのデジタル通貨には独自のメカニズムがあります。しかし、ほぼすべてのデジタル通貨には、ブロックチェーンの中核となるアーキテクチャという共通点があります。
ほとんどの場合、ブロックチェーンは分散型ノードのネットワークによって電子台帳が維持されるように設計されています。したがって、ブロックチェーン システムにより、仲介者なしで金融取引を完全に透過的かつ確実に実行できます。デジタル通貨は、高い信頼性を必要とする従来の銀行支払いシステムを徐々に置き換えつつあります。
ほとんどの分散コンピューティング システムと同様、デジタル通貨ネットワークの参加者はブロックチェーンの現状について定期的に話し合い、合意する必要があります。これがコンセンサスと呼ばれるものです。ただし、分散ネットワークにおいて安全かつ効率的な方法で合意を得るのは簡単な作業ではありません。
それでは、一部のノードが誤動作したり不正な動作をしたりする可能性がある状況で、コンピュータ ノードの分散ネットワークはどのようにして決定に同意できるのでしょうか?これは、ビザンチン フォールト トレランスの概念を生み出した、いわゆるビザンチン将軍問題の根源です。
ビザンチン将軍問題とは何ですか?
簡単に言うと、1982 年、ビザンチン将軍問題は、ビザンチン将軍のグループが次の行動について統一意見に同意しようとするときに発生する可能性のあるコミュニケーション上の問題を示す論理的なジレンマと考えられていました。
このジレンマは、各将軍が独自の軍隊を持ち、それぞれが攻撃しようとしている都市の周囲の異なる場所に配置されていると想定しています。これらの将軍は攻撃するか撤退するかについて合意する必要があります。すべての将軍が合意に達する限り、つまり、調整して一緒に実行することを決定する限り、それが攻撃であるか退却であるかは関係ありません。
したがって、次のような条件が考えられます。
各将軍は決断を下さなければなりません：攻撃するか撤退するか（はいまたはいいえ）。
一度決定すると変更することはできません。
すべての将軍は統一された決定に同意し、それを同時に実行する必要があります。
上記のコミュニケーションの問題には、ある将軍が別の将軍と通信できるのは諜報員によって送信されたメッセージを通じてのみであるという事実が関係しています。したがって、ビザンチン将軍問題の中心的な課題は、情報が何らかの形で遅延、破損、または失われる可能性があることです。
さらに、たとえメッセージが正常に配信されたとしても、1 人または複数の将軍が (理由を問わず) 悪意を持って行動し、他の将軍を混乱させるために不正なメッセージを送信して作戦を失敗させる可能性があります。
このジレンマをブロックチェーンにマッピングすると、各ジェネラルはネットワーク ノードを表し、ノードはシステムの現在の状態について合意に達する必要があります。言い換えれば、分散ネットワークの参加者の過半数は、失敗を避けるために同意し、同じアクションを実行する必要があります。
したがって、この種の分散システムで合意を達成する唯一の方法は、少なくとも 3 分の 2 のネットワーク ノードが信頼性が高く誠実であることです。これは、ネットワーク内のノードの大部分が悪意のある動作を決定した場合、システムが障害や攻撃 (51% 攻撃など) に対して脆弱であることを意味します。
ビザンチン フォールト トレランス (BFT)
簡単に言えば、ビザンチン フォールト トレランス (BFT) は、ビザンチン将軍問題によって引き起こされる一連の障害に耐えることができるシステム プロパティです。これは、一部のノードに障害が発生したり悪意のある動作をした場合でも、ビザンチン フォールト トレラント システムは動作を継続できることを意味します。
ビザンチン将軍問題には多くの解決策が考えられるため、ビザンチン フォールト トレラント システムを構築する方法も数多くあります。同様に、ブロックチェーンには、ビザンチンフォールトトレランス (いわゆるコンセンサスアルゴリズム) を実現するためのさまざまな方法があります。
ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズム
コンセンサス アルゴリズムは、ブロックチェーン ネットワークがコンセンサスに達するメカニズムとして定義できます。最も一般的な例は、プルーフ オブ ワーク (PoW) とプルーフ オブ ステーク (PoS) です。ここではビットコインを例に挙げます。
ビットコイン プロトコルはシステムの主なルールを規定しており、プルーフ オブ ワーク コンセンサス アルゴリズムは、これらのルールに従ってコンセンサスに達する方法 (たとえば、トランザクションの検証および検証中) を説明します。
プルーフ・オブ・ワークの概念はデジタル通貨以前から存在していましたが、サトシ・ナカモトはオリジナルのバージョンを修正し、ビザンチン・フォールト・トレラント・システムとしてビットコインを生成できる改良されたプルーフ・オブ・ワーク・アルゴリズムを開発しました。
このプルーフ・オブ・ワーク・アルゴリズムはビザンチン障害に対して完全に耐性があるわけではないことに注意してください。ただし、高コストのマイニング・プロセスと基礎となる暗号化テクノロジーにより、プルーフ・オブ・ワークは最も安全で信頼性の高い方法の 1 つであることが証明されています。ブロックチェーンネットワーク。この意味で、サトシ・ナカモトによって設計されたプルーフ・オブ・ワーク・コンセンサス・アルゴリズムは、ビザンチン・フォールト・トレランスに対する最も洗練されたソリューションの 1 つであると多くの人が考えています。
結論は
ビザンチン将軍問題は、最終的にビザンチン フォールト トレラント システムを生み出した興味深いジレンマであり、さまざまなシナリオで広く使用されています。ビザンチン フォールト トレランス システムのユースケースには、ブロックチェーン業界に加えて、航空、航空宇宙、原子力業界も含まれます。
デジタル通貨の分野では、効率的なネットワーク通信と優れたコンセンサスメカニズムがブロックチェーンエコシステムにとって極めて重要です。これらのシステムを保護するには継続的な取り組みが必要であり、既存のコンセンサス アルゴリズムでは克服できなかった制限 (スケーラビリティなど) があります。それにもかかわらず、プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークはビザンチン・フォールト・トレラント・システムにとって効果的な方法であり、その潜在的な応用はさらなるイノベーションを引き起こすでしょう。
