ナカモトコンセンサスとは

コンセンサスアルゴリズムは、分散ブロックチェーンプラットフォームの信頼性を検証するために最も重要であり、相互に信頼できない参加者のネットワーク間で合意を構築するプロセスです。.

中本聡がビットコインのために作成した中本コンセンサスは、ネットワーク内のプルーフオブワークコンセンサスモデルと組み合わせて、コンセンサスメカニズムを管理し、その信頼できない性質を保証する一連のルールを指します。そうすることで、ビットコインは、ネットワークに自由に参加および離脱できる匿名ノードの分散ネットワークを利用する、最初のビザンチンフォールトトレラント（BFT）オープンおよび分散ピアツーピア（P2P）ネットワークになりました。.

ビザンチンフォールトトレランス（BFT）

ビザンチンフォールトトレランス 分散コンピュータネットワークが、不完全な情報やネットワークのコンポーネントの障害にもかかわらず、有効なコンセンサスでフォールトトレラントを維持する機能です。ビットコイン以前は、BFT、P2Pネットワークを維持する唯一の方法は、ノードのクローズドまたはセミクローズドグループを採用することでした。さらに、実用的なビザンチンフォールトトレランス（pBFT）などの従来のBFTアルゴリズムは、ナカモトコンセンサスで現在使用されているものとは異なるノード選択方法を使用します。.

ビットコインのような大規模なオープンネットワークでBFTを維持するには、価値移転のネットワーク全体で分散型コンセンサスを促進するために必要な信頼できない環境を作成するために、暗号化とゲーム理論の両方のメカニズムに依存する特定のルールセットを使用する必要があります.

pBFTシステムでは、コンセンサスモデルは、これらのコンセンサスモデルが大規模に動作することを妨げるかなりの量の通信オーバーヘッドがあるクローズドノードの小さなグループ（〜50）でのみ機能します。任意の障害のあるシステムでコンセンサスを達成するには、通常、コンセンサスを達成するために特定の投票システムが必要です。 pBFTコンセンサスモデルを利用する暗号通貨プラットフォームに関して、この投票メカニズムは、ラウンドロビンスタイルの形式で「リーダー」ノードをローテーションするシステムに基づいています。システムは限られた閉じたノードのネットワークで構成されているため、これらのノードが互いに効率的に通信し、新しい各ブロックを提案する「リーダー」が誰であるかを判断するのは簡単です。.

実用的なビザンチンフォールトトレランス

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リーダーが悪意を持って行動した場合、ノードからの多数決により削除できます。ただし、これは、ブロックチェーンの全体的な状態とそのすべてのトランザクションの有効性に関するコンセンサスが、ネットワークに継続的に接続および切断する世界中の数千のノードに分散されるビットコインなどのシステムでは明らかにうまく拡張できません。さらに、参加者が悪意のある方法で行動することを思いとどまらせるために、このコンセンサスシステムに参加するには固有のコストが必要です。.

そのため、ビットコインがビザンチンフォールトトレラントP2Pネットワークとして動作するために、ネットワーク全体で信頼できないコンセンサスを達成するために、メカニズムを管理する特定のルールセットと組み合わせてPoWマイニングコンセンサスアルゴリズムを導入しました。これは、古典的な中本コンセンサスと呼ばれるようになりました.

ナカモトコンセンサスはどのように機能するか?

ナカモトコンセンサスは大きく4つの部分に分けることができます.

  • プルーフオブワーク（PoW）
  • ブロックの選択
  • 希少性
  • インセンティブ構造

ビットコインのこれら4つのコンポーネントの組み合わせと調和により、ビットコインは価値移転のための分散ネットワークになることができます。それは信頼できないコンセンサスで動作し、次に見るように、マイニングプロセスに貢献する力の大部分が正直なマイナーの手にある限り安全であり続けます.

プルーフオブワーク

全体として、ビットコインでコンセンサスを推進する最も重要なエンジンは、プルーフオブワークコンセンサスプロトコルです。基本的に、マイナーは特定のフルノードを使用してマイニングブロックで競合し、正常にマイニングおよび検証されたブロックごとに発行されるブロック報酬を獲得します。このマイニングプロセスのコストは電気であり、実際の経済的価値があるため、マイニングされたブロックごとに発行されたBTCに固有の価値が与えられます.

ビットコインマイニング

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ビットコインのPoWは、二重支払いを防ぐように設計されています。 UTXOモデル内のデジタル署名スキームは、使用されるトランザクション出力の検証可能な所有権を提供しますが、二重支払いの防止はできません。ブロックチェーンは、各ブロックが前のブロックにハッシュされたトランザクションを含むタイムスタンプ付きのデータブロックのチェーンです。これはブロックチェーンに不変性を提供しますが、あなたがいるチェーンが正しいチェーンであるかどうかをどうやって見分けることができますか？これがPoWの出番です.

マイニングへの貢献は計算能力に基づいており、ネットワーク内の能力が高いほど、ブロックをマイニングする可能性が高くなります。ただし、その過程は確率論的であり、基本的には誰が勝つかランダムな抽選であり、次のラウンドで誰が勝つかわからず、参加費用は増え続けます。このモデルのため、最長のチェーンは、計算能力の最大のプールからのものであるため、有効なチェーンと見なされます。検証ルールは、提案されたブロックが受け入れられるために必要な計算作業を実行することを保証します。さらに、最長のチェーンとネットワークのハッシュ能力の大部分が正直なノードによって制御されている限り、正直なチェーンは最も速く成長し、競合するチェーンを上回ります.

このシステムの結果は、マイニングラウンドの暗号パズルが解決されると、マイナーがネットワークにブロックを提案し、ブロック内のすべてのトランザクションが二重に消費されていない場合、ネットワークがブロックを検証し、ブロックが最長のチェーン。ビットコインのような大規模な分散ネットワークでは、51％の攻撃でネットワークを攻撃するコストは莫大であり、ネットワークが成長し続けるにつれて大きくなるだけです。.

51％攻撃計算機

51％攻撃計算機

ブロックの選択

ナカモトコンセンサスが利用するブロック選択プロセスは、他のコンセンサスモデルとの差別化を図る重要な要素の1つです。モデルはPoW設計に基づいているため、ブロック選択プロセスは、次のブロックをマイニングすることでブロック報酬を獲得するために競合するマイナーの「宝くじ」プロセスを具体的に指します。.

pBFTでは、ブロックリーダーは投票プロセスを通じて選択され、ラウンドごとにラウンドロビンスタイルの形式で置き換えられることを忘れないでください。このシステムにはマイニングはありません。ブロックはリーダーによってチェーンに追加されるように選択され、他のノードの少なくとも2/3によって承認される必要があります。ビットコインでは、ブロックリーダーを決定するための投票プロセスはありません。代わりに、ブロックのハッシュを表す正しい値とナンスの開始に必要なゼロビットに達するまで、ブロック内のナンスをインクリメントすることを前提とした暗号パズルを利用します。.

ネットワーク内の鉱山労働者は全員、このパズルを解くために競い合い、最初に解決策を見つけた人が宝くじのラウンドに勝ちます。次に、ブロックは、ネットワークを介してマイナーによって他のマイニングノードに伝播されます。他のマイニングノードは、ブロックを最長のチェーンに追加することにより、ブロックを有効として受け入れることを暗黙的に投票します。このプロセスの結果として生じる効果は、プロセスがランダムであり、リーダーを予測できないため、ブロックリーダーに対する潜在的なサードパーティの影響を取り除くことです。宝くじに当選する唯一の方法は、当選を期待してネットワークにハッシュパワーを提供することです。当選しなかった場合、消費されたエネルギーは埋没費用になり、マイニングのインセンティブ構造に追加されます。ブロックの採掘に成功したかどうかにかかわらず、参加には固有のコストが発生します.

希少性

フラクショナルリザーブバンキングシステムに起因するインフレ通貨が世界の通貨シーンを支配する前, 貴金属は価値の貯蔵と商取引の主な形態でした. それらが使用され、歴史的価値（金と銀を考えてください）を保持している主な理由の1つは、それらが不足しているためです。それらが不足しているだけでなく、それらをマイニングして使用するための努力（上記のPoW）が必要です.

ビットコインの希少性は、マイニングされるビットコインの総数を2,100万に制限することにより、この前提に基づいています。さらに、ビットコインはマイニングプロセスを通じてのみシステムに注入でき、ブロック報酬が210,000ブロックごとに半分になるデフレスキームに従います（〜4年）.

インセンティブ構造

ビットコインのデフレ設計は、ビットコインの所有者とビットコインネットワークの参加者による長期的な既得権益のためのインセンティブメカニズムを作成し、ビットコイン自体の価値の成長をサポートしながら、ネットワークをさらに保護および検証します。ビットコインのデフレの性質はまた、ネットワーク内の個人間の協力が長期的なデフレによって推進される一致した利益を通じて最適である反復ゲーム理論モデルを作成します.

ブロックのマイニングに対して受け取る報酬はビットコインであるため、マイナーはネットワークを正直に検証して保護するように奨励されています。ビットコインの価値が下がったり、ネットワークが危険にさらされたりすると、収益に影響します.

重要なのは、ナカモトコンセンサスを利用したビットコインは 社会的にスケーラブル 通信網。インセンティブデザイン、PoW、および信頼できないコンセンサスに到達するメカニズムを管理する一連のルールを通じて、ビットコインは人間性に内在する問題を克服し、信頼できる正当な本質的価値の源になります.

結論

中本コンセンサスは、ブロックチェーンの発明と同時期に分散型台帳システムに適用された最初のコンセンサスメカニズムであり、その謎の建築家にちなんで名付けられました。 「ブロックチェーン」という用語は、太陽の下でのあらゆる問題の解決策として、最近無差別に使われています。.

ブロックチェーンは暗号通貨の重要なコンポーネントですが、プラットフォームの他のコンポーネントと絡み合わなければ、その大きな可能性はあり得ません。ビットコインやその他のプルーフオブワーク暗号通貨では、これはナカモトコンセンサスであり、ビットコインのような社会的にスケーラブルなネットワークを構築するために不可欠です.