カルダノブロックチェーンプロトコル:なぜプルーフオブステーク?

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この記事では、プルーフオブステーク(PoS)プロトコルが基本的な機能をよく知られているプルーフオブワーク(PoW)プロトコルと比較していることを説明します。

(6月2020年17月17日)

現在、ビットコイン、イーサリアム、ライトコイン、ダッシュなどのほとんどの暗号プロジェクトに燃料を供給しているプルーフオブワーク(PoW)プロトコル。
これにより、PoSコンセンサスアルゴリズムの理由をよりよく理解できます。暗号生態系におけるPoWよりも明るい未来があるようであり、カルダノが独自のテーラーメードプロトコルの開発を決定した理由。 Ouroboros

基本

ビットコインは、ネットワークを保護するために大量のエネルギーを使用します。
しかし、なぜそれがこのすべてのエネルギーを消費し、代替手段は何でしょうか?

新しいビットコインをマイニングし、ネットワークを保護するには、多くのことが必要です「プルーフオブワーク」(PoW)と呼ばれるアルゴリズムによる計算能力。
ビットコインPoWアルゴリズムは、ネットワーク内のすべてのノードが同じ暗号パズルを解決することで機能します。
パズルを解くノードはマイナーと呼ばれ、最初に解を見つけたノードが報酬を受け取ります。一定量のビットコイン(「半分」の後、4年ごとに数が減少します)。

2011年にビットコイントークフォーラムのユーザーであるQuantumMechanicは、「プルーフオブステーク」と呼ばれる手法を提案しました。
アイデアは、誰もがコンピューティングを使用できるようにすることです。ネットワークを保護するためにマイニングと互いに競争する力は無駄です
代わりに、プルーフオブステークは、1つのノードをランダムに選択して検証する選択プロセスを使用します。次のブロック。
プルーフオブステーク(PoS)にはマイナーはなく、代わりに「検証者」があり、ブロックを「マイニング」するのではなく、「ミント」または「プロデュース」ブロックを許可します。

ブロック検証ツールは完全にランダムに選択されるわけではありません。
検証ツールになるには、ノードは一定量のブロックチェーンネイティブトークンをネットワークにデポジットする必要があります(セキュリティデポジットと見なすことができます)。
次のブロックを検証するためにノードが選択された場合、ノードはブロック内のすべてのトランザクションの有効性を検証します
すべてがチェックされた場合アウトすると、ノードはブロックをサインオフし、ブロックチェーンに追加します。新しいブロックが生成されました。

報酬として、ノードは、PoSに応じて、各トランザクションに関連する料金のすべてまたは一部を受け取ります。プロトコル

ステークのサイズによって、次のブロックを作成するためにバリデーターが選択される可能性が決まります。ネットワークに賭けたトークンが多いほど、新しいブロックを生成する可能性が高くなります。
これは、多くのトークンを所有するリッチエンティティを優先する傾向があるため、不公平に見えるかもしれませんが、実際には、PoWプロトコルよりも公平です。
確かに、PoWを使用すると、大規模なエンティティ/マイニングファームは、規模の経済の恩恵を受けることができます。
マイニング機器と電気に支払う価格は直線的に上昇しません。代わりに、購入すればするほど、より良い価格を手に入れることができます。
採掘設備と電気に支払う価格は直線的に上昇しません。代わりに、購入すればするほど、より良い価格を手に入れることができます

出典:3IQ Research Group
出典:3IQ Research Group

エネルギー消費

PoWプロトコルは、より多くの報酬を提供します最も先進的で設備の整った鉱夫。 ハッシュレート(計算能力)が高いほど、次のブロックを作成して報酬を受け取る可能性が高くなります

鉱夫がチャンスをさらに増やしたい場合は、いわゆる「マイニングプール」に集まる必要があります。そうすることで、ハッシュレートを組み合わせて、プール内のすべての人に報酬を均等に分配します。
これにより、構造化された企業が、専用のマイニングデバイスを備えたますます大きなマイニングファームを作成することで、初期のDIYノードの構築に取って代わったレースにつながりました。 ASICとして)。

Digiconomist によると、ビットコインマイナーだけで約60TWhを使用します。ギリシャ(1,100万人の住民)などの国全体に電力を供給するのに十分な電力。

出典:デジコノミスト (2020年6月)

したがって、プルーフオブワークとプルーフオブステークの違いは非常に重要です。
プルーフオブステーク誰もが新しいブロックを採掘できるわけではないので、検証者間の競争や計算能力の競争はありません。したがって、使用するエネルギーはかなり少なくなります。
例として、IOHKのCEOであるCharles Hoskinsonによると、カルダノブロックチェーン全体に10kWを使用するだけで電力を供給できます(少数の家に必要な電力)これにより、ビットコインブロックチェーンと比較してエネルギー消費が100万分の1に削減されます。

分散化

これまで見てきたように上記のように、プルーフオブワークプロトコルを使用すると、マイニングファームと呼ばれるものがあり、マイナーがチームを組んで新しいブロックを作成し、報酬を収集する可能性を高めます。
現在、これらのプールはビットコインブロックチェーンの大部分を制御しています。つまり、彼らはどういうわけかマイニングプロセスを一元化しており、それは危険です。
最大のマイニングファームが合併すると、ネットワークの過半数の株式を取得し、不正の承認を開始する可能性があります。トランザクション。関連するブロックチェーンは即座にすべての信頼性を失い、放棄されます。

プルーフオブステークベースのブロックチェーンでノードを設定し、検証者になることは、プルーフオブステークに比べてはるかに安価です。
関心のある人は高価なマイニング機器に巨額の投資をする必要がないため、プルーフオブステークにより、より多くの人がノードをセットアップし、ネットワークがより分散化され、より安全になります。

要約すると、プルーフオブワークプロトコルは、鉱夫に大量のエネルギーを使用するように促し、分散化に到達するという当初の目標ではなく、ブロックチェーンをより集中化するマイニングプールの使用を奨励します。

PoSプロトコルは、本質的に大きなコングロマリットを回避するPoWプロトコルよりも公平である傾向があります。さらに、各PoSプロトコル(カルダーノとその プール飽和パラメータ )は、ネットワークに過度の影響を与える検証ツールの優位性を緩和するための補完的なルールを追加する場合があります。
主な目標は同じで、分散化に到達します。

スケーラビリティ

PoWプロトコルには、グローバルな決済システムとしての大量採用と実用性に到達することを回避する大きな弱点があることが証明されています。スケーラビリティ。

スケーラビリティ自体は、解決する必要のある3つの主要な問題で構成されます。
-トランザクション1秒あたり、
-ネットワーク帯域幅、
-ストレージ。

1秒あたりのトランザクション数が最も明白であり、ここではこの側面のみに焦点を当てます。
基本的な前提は単純です。 :暗号通貨がグローバルな支払いシステムになるには、次のことができる必要があります1秒あたりの大量のトランザクションを処理する

Visaシステムが1秒あたり最大5000トランザクション(TPS)を処理できる場合の比較として。ビットコインは最大7TPSしか許可しません。

2017年後半の「暗号化ポンプ」の間に、ビットコインのトランザクション量の大幅な増加はプロトコルの弱点を示し、一部のトランザクションが検証されてに挿入されるまでに数日かかりましたブロックチェーン。ビットコインの採用の可能性は現在、そのスケーラビリティによってボトルネックになっています。

一部のプロジェクトは、PoWの代わりにPoSを採用することでこれを解決するプロトコル(CardanoのOuroborosなど)を開発しました。
これまで見てきたように、CardanoPoSプロトコルは誰もが新しいブロックの作成を競うことを許可しないでください。代わりに、ネットワークは次のブロックを作成するためにいくつかのノードを選択します。これらのノードは「スロットリーダー」と呼ばれます。
これをすべて機能させるために、Cardanoは時間をエポックに分割し、それらをスロットに分割します。
スロットは、1つのブロックを作成できる短い期間として定義されます。
次に、ネットワークは各スロットのスロットリーダーを選択します。これは、その特定のスロットのブロックを生成できる唯一のリーダーです。
スロットリーダーは、新しいトランザクションをリッスンし、検証してから、新しいブロック内に配置します。 。
この手法により、Cardanoは非常にスケーラブルになります。これは、プロトコルによってエポックあたりのスロット数が増え、必要に応じて複数のエポックを並行して実行できるためです。

エディンバラ大学のブロックチェーン研究所の所長であるAggelosKiayiasは、 Cardano スケーラビリティ プロトコル、Ouroboros ハイドラ は、1秒あたりほぼ無限の数のトランザクションを許可しますこれは、暗号の大量採用に対する現在の主な障壁を打ち破ります。

51%の攻撃

ほとんどのトークンを購入、所有、または制御してネットワークに参加させると、ブロックチェーンシステムで別の問題が発生する可能性があります。その後、彼はそれを効果的に操作して、偽のトランザクションを許可および承認できます。
これは51%攻撃と呼ばれ、PoWアルゴリズムの弱点としても説明されています。

単一のマイナーまたはマイナーのグループがハッシュパワーの51%を取得できる場合、ブロックチェーンを効果的に制御および操作できます。

証明-一方、賭け金はこの攻撃の可能性を非常に低くする可能性がありますが、これは暗号通貨の全体的な価値に依存します。
2020年6月のように、ビットコインがPoSに切り替わる場合、すべてのコインの51%を取得するとより多くの費用がかかります850億ドル以上。したがって、51%の攻撃がPoSで発生する可能性は低くなります。
その間、adaの51%を拘束すると、10億ドルを超えるコストしかかかりません…そのため、若いPoSプロジェクトは開発の初期段階で特に弱くなります。

カルダノはこれらの問題にどのように対処しますか?

要するに、ステーク証明のコンセンサスは、作業証明と比較していくつかの問題に取り組みますが、評価が必要ないくつかの追加のリスクももたらします、理解され、軽減されました。

カルダノチームは当初から、PoSプロトコルの実行時に特定された主な問題を承認し、それらを克服するためにその方向に取り組みました。
これを行うために、Cardanoは他の暗号通貨プロジェクトとは異なるアプローチを使用しました。これは、ピアレビューされた論文を中心に構築されているためです。言い換えれば、学術的なアプローチです。

したがって、ホワイトペーパーを作成してコードに直接実装する代わりに、 Cardanoチームは、世界中の専門家が世界は彼らの論文を読み、改善し、結果に同意します。これにより、プロトコルの品質と堅牢性が保証されますが、時間がかかり、Cardanoプロジェクトに付随する「常に遅延する」タグに関連しています。

さまざまなテストフェーズで、開発チームは調査を実施しました。
Shelleyのリリース(2020年夏)では、ネットワークに可能な限り多くのセキュリティをもたらすために、ほとんどのパラメータがテストおよび決定されています。
さらに、これらのパラメータはすべて時間の経過とともに調整可能であり、プロトコルの進化と将来のニーズへの適応に必要なすべての自律性をプロトコルに与えます。分散化、セキュリティ、飲酒、スケーラビリティ

アフリカの証明 [POA]は ステークプールを利用したアフリカの採用ドライバー

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