ブロックチェーンをスケーリングするためのプルーフオブワークとプルーフオブステーク

ILCoin

暗号通貨の世界のほとんどの人は、ネットワーク検証が多くの場合、プルーフオブワークまたはプルーフオブステークの2つの形式のいずれかで行われることを認識しています。他にもありますが、これらのシステムは一般的であり、最も人気のあるブロックチェーンの多くに電力を供給します。彼らは同じ基本的な問題、つまりトランザクションの検証を取り、独自の方法でそれを解決します。ただし、どちらも、スケーリングに関する進行中の議論に対して異なるソリューションを提供します。一方が他方よりも真の利点を持っているのでしょうか、それとも単に異なる哲学でしょうか?両方を見ていきます.

プルーフオブワーク、説明

ほとんどの人はビットコイン(BTC)の「マイナー」について聞いたことがあるが、彼らは何をしているのだろうか?本質的に、マイナーはネットワーク上のトランザクションを保護するために、複雑な数学の問題を解決するために競争力を持って働きます。ほら、ブロックチェーンに対する最大のリスクの1つは、「二重支払い」攻撃と呼ばれるものです。これは誰かが同じお金を2回使うときです。これは従来の通貨では問題にならないことがよくありますが、デジタル通貨では、誰かが同じビットコインを複数の当事者に送信できないようにするためのシステムが必要です.

ここでマイナーが登場します。前述のように、彼らは強力なプロセッサを使用して、チェーン上の各ブロックを精巧な暗号化機能で検証し、二重支払いなどの無効なトランザクションが確実に削除されるようにします。分散コンセンサスを使用して、ネットワーク上の他のすべてのマイナーとノードは、これらのトランザクションが有効であることに「同意」します。このプロセスは、プルーフオブワークまたはPoWとして知られています。.

このシステムに対する主な脅威は、51%の攻撃として知られているものの可能性から来ています。これは、1人の攻撃者がネットワーク上の総計算能力の半分以上を獲得する場所です。つまり、「コンセンサス」はそれが何であるかを意味します。これは以前に発生したことがあり、今日まで多くのブロックチェーンの懸念事項となっています.

PoWを使用すると、処理される暗号化機能の複雑な性質だけでなく、エネルギーの面で比較的高いコストがかかるため、セキュリティが実現されます。これにより、ネットワークへの攻撃にコストがかかります。利点は、すべてを引き継ぐには、ブロックチェーンに関連するすべての処理能力の51%が必要になることです。これは、ビットコインなどの大規模なチェーンでは実行不可能です。ただし、欠点は、ネットワークを保護するために大量のエネルギーを必要とするため、集中型の代替手段よりも全体の効率が大幅に低下することです。暗号通貨がより多くのユーザーをもたらすので、これもより大きな問題になるだけです.

何年もの間、開発者はブロックチェーンテクノロジーをより速く、より効率的かつスケーラブルにする方法を探してきました。ビットコインやその他のプロジェクトが世界的に採用される可能性がある場合は、これらの問題の解決策を見つける必要があります。アイデアには、ブロックを大きくしたり、ブロックを「シャード」に分割したりすることや、サイドチェーンなどのさまざまな多層ソリューションが含まれています。これらすべてをすぐに見ていきますが、最初にプルーフオブステークを見てみましょう。これは、スケーリングソリューションに対する1つの可能な答えです。.

プルーフオブステークの違い

プルーフオブステーク(PoS)は、鉱夫を完全に排除し、代わりに「バリデーター」を備えています。バリデーターは、ブロックを保護するために処理能力を使用しません。代わりに、有効であると信じるブロックに文字通り資金を「賭け」ます。バリデーターは通常、ネットワーク上でコインを賭けることをいとわない人であれば誰でもかまいません。アルゴリズムは、各ブロックにどのバリデーターを選択するかを決定します。マイナーはより多くの処理能力を投入することで複雑な数学の問題を解決する可能性を高めたいのに対し、バリデーターはより多くのお金を投入することでブロックを検証するために選択される可能性を高めます。鉱夫は新しいコインの報酬でインセンティブを与えられますが、バリデーターは多くの場合、以前に賭けた金額に比例して、ブロックに含まれる料金のカットのみを受け取ります.

攻撃者が不良ブロックを検証しようとすると、攻撃者はその賭け金を失い、それ以上の検証特権が禁止されます。 51%の問題については、ネットワークを乗っ取ろうとする悪意のある当事者は、処理能力の半分以上を必要とせず、流通しているすべてのコインの半分以上を必要とします。暗号通貨コミュニティは、これが最初からリモートでさえ可能であったコインをあまり信頼していないため、これは明らかに非常にありそうにありません。最後に、これにより、PoWに存在するエネルギー消費の問題が修正されます。これは、24時間年中無休で多数の強力なコンピューターを実行する必要がないためです。.

PoSに対する批判の1つは、それでも一形態の集中化が可能であるということです。基本的に、アセットが多いほど、検証の重みが大きくなり、ステーキングの報酬が増えます。つまり、重みがさらに大きくなります。他の人は、バリデーターが「何も賭けない」問題を指摘しています。間違いなく、複数の異なるブロックチェーンの歴史にまたがって資金を賭けることができます。最後に、バリデーターが多すぎると、バリデーターの数に比べてコンセンサスに到達するまでの時間が長くなるため、ネットワークの速度が低下します。幸いなことに、これらすべての問題に対処する方法が模索されています.

委任されたプルーフオブステークを入力します

元のPoS設計の欠点に対する潜在的な解決策は、委任されたプルーフオブステークまたはDPoSと呼ばれます。 DPoSモデルは異なります。これは、すべてのユーザーがバリデーターになるためにリソースを賭けるのではなく、ユーザーが次のブロックのバリデーターになる当事者に投票するためです。より多くのリソースを賭けることはあなたの投票により大きな重みを与えますが、実際に使用されるバリデーターの数は限られており、各ブロックで投票したり、投票したりすることができます.

すべてのユーザーが賭けて投票できるため、バリデーターが最善の利益のために行動していないと感じた場合、コミュニティはコントロールを維持する必要があります。バリデーターは明らかにコミュニティと協力するインセンティブを持っています。なぜなら、そのポジションに選出されると、ブロック報酬を受け取ることができるからです。最後に、関係する関係者の数を制限することにより、コンセンサスにはるかに迅速に到達できます。これにより、ネットワーク速度が大幅に向上する可能性があります。このシステムを実装する最大のプロジェクトには、EOSとTronが含まれます。.

もちろん、ここでは中央集権化が懸念事項です。膨大なリソースを持っている人が投票を操作する可能性がまだあるからです。これは公正な懸念事項ですが、一般的に、より大きなコミュニティは、単一のエンティティが持つことができるよりも大きな投票権を保持する必要があり、選出されたバリデーターは依然として多くの1つにすぎないため、その実際の権力は制限されます。.

プルーフオブワークをスケーリングする他の方法

PoSが未来であると誰もが確信しているわけではないため、PoWをスケーリングするために検討されている実行可能な方法がまだいくつかあります。前述のように、テーブル上のシステムの1つは、ブロック自体がより多くのトランザクションを保持できるようにすることです。短期的には、これは実際にはかなり合理的に聞こえます。より大きなブロックは、ネットワークスループットをかなり迅速に向上させるための良い方法ですが、いくつかの注意点があります。 1つは、それ自体では、大きなブロックが必ずしもすべてを解決するソリューションではないということです。長期的には、ブロックを無期限にどんどん大きくしていくことはできません。 1メガバイトのブロックから2MBまたは4MBのブロックに切り替えることはそれほど大きな問題ではありませんが、どこで終わりますか? 1ギガバイト? 10 GB?少なくともビットコインのように設計されたブロックチェーンの場合、ブロックのサイズが追加されると、チェーン全体の保存が非常に煩わしくなり始めます。もちろん、トランザクション速度がブロックチェーンにデータを保存するよりも優先度が低い場合は、大きなブロックが再び役立ちます。これは、それらが同期されていることを実際に確認することであり、これが最も重要な側面になります。.

一部のプロジェクトが検討している別の哲学は、「シャーディング」と呼ばれる手法です。シャーディングは、ブロックを「シャード」に分割し、ネットワーク上で処理することで機能します。すべてのマイナーがすべてのシャードを処理する必要があるわけではありません。これは、各ブロックが各マイナーによって部分的にのみマイニングされることを意味します。つまり、使用する必要のある電力が少なくなり、ブロックの検証も高速化されます。同じロジックをPoSシステムに適用することもできますが、マイナーの代わりに、バリデーターになります。どちらの意味でも、ネットワーク上のすべてのプレーヤーがすべてのブロックの全範囲を処理する必要がないようにすることで、全体的な遅延を増やす計画です。.

ただし、シャーディングには、まだ十分に対処されていないいくつかの欠点があります。 1つは、ブロックチェーンをシャードに分割した後、これらのシャードは相互に通信できなくなります。これは、複数のシャードに依存するアプリケーションでは問題になる可能性があります。ハードコミュニケーション用のシステムを開発することはできますが、それは非常に複雑であり、壊滅的な可能性のある大量のデータエラーのリスクがあります。.

同様に、シャーディングも新しいセキュリティリスクをもたらします。理論的には、ハッカーは1つのシャードだけに集中することでネットワークを攻撃できます。これは、ブロック全体を乗っ取ろうとするよりもはるかに少ないリソースで済みます。次に、一見有効なトランザクションをシャードに作成し、メインチェーンに送信し直すことができます。このような攻撃は、ブロックが完全に保持されている場合は意味がないため、ユーザーの資金に対する有効なリスクのままです。.

研究者が調査しているもう1つの重要な分野は、「サイドチェーン」または「第2層ソリューション」として知られているものです。一言で言えば、これは通常、ブロックチェーンの最上位に位置し、トランザクションを「オフチェーン」で処理する別個のネットワークです。ユーザーは相互に「チャネル」を開いて、適切と思われる方法で取引できます。このチャネルを閉じた場合にのみ、データがバッチ処理されてメインチェーンに書き込まれ、不変のレコードが作成されます。複数のチャネルをリンクして、ブロックチェーンによってバックアップされるグローバルな支払いネットワークを形成できますが、リアルタイムではるかに高速に移動できます。これは、頻繁で小規模なトランザクションに特に理想的であり、現金として使用される暗号通貨を確認するための道を提供する可能性があります.

現在のフォームでは一般的にチャネルを「担保」する必要があるため、いくつかの欠点があります。つまり、使用する前にチャネルにお金を入れる必要があります。すべてのバグが解決されたわけではないという事実と相まって、これは確かに、ブロックチェーンに記録される前に何か問題が発生した場合に資金に深刻なリスクをもたらす可能性があります。一般に、サイドチェーンとメインチェーンが完全に同期していることを確認するには、これらのプロトコルで非常に正確な作業を行う必要がありますが、これまでのところ、結果は楽観的です。.

このテクノロジーの最も人気のあるバージョンには、 ライトニングネットワーク ビットコインと 雷電ネットワーク イーサリアムのために。これらのプロジェクトは確かにまだ初期段階であり、実際には複数のバージョンのライトニングネットワークが開発されています。どのバージョンが標準になるかはまだ不明です。イーサリアムの第2層ソリューションプロジェクトの別の例は、 プラズマ また、トランザクションデータのサイドチェーンを構築するために使用されるスマートコントラクトが表示されます。これも、メインレイヤーにたまにしか書き込みません。同様に、カルダノの作成者であるチャールスホスキンソンは 議論された プロジェクトの今後のテクノロジーであるHydraは、第2層の要素を導入するとともに、「1秒あたり100万トランザクション」以上に到達することを期待してシャーディングを行います。

これらのさまざまなソリューションの多くの要素を取り入れ、それらをまとめるもう1つのプロジェクトは ILCoin. ILCoinは、 リフト プロトコルであり、わずかに異なる方法でブロックチェーンにアプローチして、「分散型ハイブリッドブロックチェーンシステム」またはDHCBを作成します。これは、ビットコインが使用するPoW SHA-256アルゴリズムに基づいた多層システムですが、ここでは、チェーンは「ミニブロック」で満たされたブロックで構成されています。ミニブロックは25MBに固定されていますが、通常のブロック内に収まる量には、理論的には制限がありません。チームは成功したと宣言します 作成した 最大5GBのブロック、およびそのドキュメントによると:

「各トランザクションが可能な最小バイト数を占めていると仮定すると、各ブロックには最大21551724トランザクションを含めることができます。ブロックマイニングの平均時間は3〜5分で、5 GBのブロックを使用した場合の1秒あたりのトランザクション数は71839〜119731に相当します。」

RIFTプロトコル、5 GBブロック、およびミニブロックアーキテクチャのおかげで、ILCoinは今年の分散型クラウドブロックチェーン(DCB)の立ち上げを予定しています。チームによると、DCBは、画像やビデオなど、さまざまなデジタルコンテンツのオンチェーンストレージを可能にするという。これまで、ブロックチェーンの肥大化により、大量のデータをチェーン上に保存することはできませんでした.

まだやるべきことがたくさんあります

現実には、スケーリングの正しい解決策は1つだけではありません。各プロジェクトでは、プロジェクトがどのように使用されているかを確認し、プロジェクトに最適なパスを尋ねる必要がある場合があります。言うまでもなく、いつでもゲーム全体を揺るがす可能性のある新しい戦略やテクノロジーが絶えず出現しています。ここにあるすべてのアイデアは大きな可能性を示していますが、この本はまだブロックチェーンをスケーリングする方法について書かれていません。これらのアイデアの多くとそれ以上の組み合わせが、最終的に暗号通貨が大衆に到達する方法を形作る可能性がありますが、問題は解決する前に解決する必要があります。そうでなければ、一元化された許可されたチェーンが、世界の人口がアクセスできる唯一の種類になる可能性があります.

詳細については ILCoin

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