ビザンチン フォールト トレランスとは? ブロックチェーンの安定性をどのように保証するのか?

ビザンチン フォールト トレランスとは? ブロックチェーンの安定性をどのように保証するのか?
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信頼とセキュリティはブロックチェーン テクノロジにとって不可欠です。ビザンチン フォールト トレランス (BFT) コンセンサス メカニズムは、ブロックチェーンの安全性の中核です。





BFT は、一部のネットワーク参加者が信頼できない、または悪意がある場合でも、ブロックチェーンが動作し続けることを保証します。では、BFT とは何で、どのように機能し、なぜブロックチェーン テクノロジにとって非常に重要なのでしょうか?



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ビザンチン フォールト トレランスとは

ツールとブロックチェーンのシンボル

ビザンチン フォールト トレランスとは、一部のコンポーネントに障害が発生した場合や障害が発生した場合でも、ネットワークまたはシステムが機能し続ける能力を指します。





BFT システムを使用すると、ほとんどのネットワーク参加者が信頼できて本物である限り、ブロックチェーン ネットワークは機能し続け、計画されたアクションを実行し続けます。これは、ブロックチェーン ネットワーク上のノードの半分または 3 分の 2 以上が、トランザクションを検証してブロックに追加することに同意する必要があることを意味します。

侵害されたノードがビザンチンのフォールト トレラントなブロックチェーンで悪意を引き起こすには、それらが多数派である必要があります。この悪意は、二重支出の形をとることができます。 攻撃力51% 、 シビルアタック 、 等々。



グループまたはリソースが正しい状態の仮想ルーターにありません

ブロックチェーン技術におけるビザンチン フォールト トレランスは、レスリー ランポート、マーシャル ピーズ、ロバート ショスタクによって開拓されたビザンチン一般問題に端を発しています。この概念は、彼らが論文を発表したときに顕著になりました。 「The Byzantine Generals Problem (PDF)」と呼ばれる、マイクロソフトが主催する 1982年。

ランポート、ピーズ、ショスタクは、ビザンチン軍の将軍グループが敵の都市の外で野営している事例について説明しています。各将軍は独自の軍隊を持っており、攻撃するか撤退するかについて連絡を取り、全会一致で決定する必要がありました。



問題は、一部の妥協した将軍の中で共同行動を実行することでした。このジレンマはビザンチン フォールトと呼ばれ、システムがこの問題にうまく対処した場合、システムはビザンチン フォールト トレラントであると言われます。

ビザンチン将軍問題の図。すべての将軍が連携して攻撃すると、戦闘に勝利します (左)。 2 人の将軍が攻撃するつもりであると偽って宣言し、代わりに撤退した場合、戦闘は失われます (右)。
画像著作権: ベルベリー卿/ ウィキメディア・コモンズ

その後、ビザンチンの耐障害性の概念が暗号通貨のブロックチェーン ネットワークに適用されました。暗号空間では、ジェネラルは暗号トランザクションを検証するノードです。



ビザンチン フォールト トレランスはどのように機能しますか?

分散型ネットワークは、コンセンサス ルールまたはプロトコルを介してビザンチン フォールト トレランスを実装します。ネットワーク内のすべてのノードは、トランザクションの検証と処理に参加する場合、これらのプロトコルまたはアルゴリズムに準拠する必要があります。

トランザクションが検証され、処理され、成長するブロックに追加されるためには、ほとんどのノードがネットワークのコンセンサス アルゴリズムを通じてトランザクションが本物であることに同意する必要があります。ビットコイン、イーサリアム、およびその他のプルーフ オブ ワーク (PoW) およびプルーフ オブ ステーク (PoS) のブロックチェーンは、BFT アルゴリズムを採用しています。

PoW コンセンサス アルゴリズムでは、ネットワーク上のマイナーが暗号パズルを解いて検証し、トランザクションを記録するブロックを生成します。パズルを最初に解いたマイナーは、成長するブロックにトランザクションを追加し、ブロック報酬を獲得する権利を獲得します。しかし、マイナーはパズルを解いてブロックを追加したという証拠を公開しなければなりません。

仮想通貨マイニングマシンの写真

PoW ブロックチェーンのマイニング プロセスには、高価なコンピューターまたはマイニング リグが必要です。この高いコストは、他の参加者がそれを拒否するため、マイナーが虚偽の情報を共有する意欲をなくします。また、悪意のあるアクターがシステム内のほとんどのノードを制御する可能性を減らします。

一方、PoS コンセンサス メカニズムでは、 一定量の暗号トークンを賭ける トランザクションを検証する権利を獲得します。次に、ネットワーク プロトコルがあなたを選択した場合、成長するブロックにトランザクションを追加し、ブロック報酬を獲得できます。

ブロックチェーンにおける暗号通貨の図

PoS システムは、さまざまな方法を使用してビザンチン障害を解決します。たとえば、イーサリアムは Casper アルゴリズムを使用します。このアルゴリズムでは、ノードの少なくとも 3 分の 2 がブロックのコンセンサスに達する必要があります。最終的に、PoS システムは、ブロックを追加する前にほとんどのノードがブロックに同意する必要があります。

これらのブロックチェーンは、BFT コンセンサス アルゴリズムを使用して、コンセンサスに同意しない少数派のノードに抵抗します。このようにして、ブロックチェーン ネットワークはその機能を続行し、欠陥のあるトランザクションや不正なトランザクションを拒否できます。

ブロックチェーン技術におけるビザンチン フォールト トレランスの役割

ブロックチェーン テクノロジは、次の理由からビザンチン フォールト トレランスに依存しています。

  • BFT は、いくつかの不一致のノードがあっても、ブロックチェーン ネットワークを継続的に機能させます。
  • ネットワークを安全に保ち、51% 攻撃 (またはシビル攻撃) や二重支払いの形で現れる悪意を防ぎます。

ビザンチン フォールト トレランスの制限

ビザンチン フォールト トレランスは、ブロックチェーン業界に多大な利益をもたらしました。ただし、システムにはまだ問題があり、特に実用的なビザンチン フォールト トレラント コンセンサス アルゴリズム (pBFT) には問題があります。

実用的なビザンチン フォールト トレランスは、元のビザンチン フォールト トレランスを最適化したものです。 pBFT は、プライマリ リーダー ノードとその他のバックアップ ノードで構成される非同期システムを通じて機能します。このシステムでは、悪意のあるノードが正直なノードを超えることはできず、通常は最大 3 分の 1 です。ノードは常に互いに通信して、ほとんどのノード (正直なノード) がネットワークの状態に同意するようにします。

pBFT には次のような制限があります。

  • 高度なコミュニケーション: 機能を維持するために、システムはノード間の高度なコミュニケーションを必要とします。このプロセスは時間がかかり、スケーラビリティの問題につながります。
  • スケーラビリティの問題: pBFT にはスケーラビリティの問題があり、特に非常に大規模なネットワークでは問題があります。
  • 低セキュリティ: pBFT はシビル攻撃を受けやすく、ネットワーク上の 1 つのノードが他のノードの 51% のふりをしてネットワークを支配し、悪意を引き起こします。

ビザンチンのフォールト トレランス メカニズムを統合するいくつかのブロックチェーンを次に示します。

1.ビットコイン

ビットコイン ブロックチェーンのスクリーンショット

ビットコインは、プルーフ オブ ワーク コンセンサス プロトコルを通じて、ビザンチン フォールト トレランスをネットワークに組み込みます。ブロックチェーンの PoW コンセンサス アルゴリズムは、ブロックチェーン上のすべてのノードに、データ構造、ブロック サイズ、ブロック タイムスタンプ、ブロック ヘッダー ハッシュ、およびすべてのデータの最初のトランザクションをチェックすることを義務付けています。 データハッシュと呼ばれるこのプロセス 、計算能力を使用します。

2.イーサリアム

イーサリアム ブロックチェーンのスクリーンショット

以前はPoWを使用していましたが、 イーサリアム ブロックチェーンは PoS システムに移行しました ビザンチンの問題を解決します。ネットワークバリデーターはイーサトークンを賭け、プロトコルは正直なバリデーターを選択してトランザクションを処理し、ブロックを検証し、チェーンのリーダーに投票します。このプロトコルは、ステーカーに正直であることを強制するため、ネットワークへの攻撃は非常に高価になります。

3. イオス

EOS.IOのスクリーンショット

EOSIO ブロックチェーンは、非同期ビザンチン フォールト トレラント (aBFT) レイヤーと委任されたプルーフ オブ ステーク (DPoS) レイヤーを介してコンセンサスを達成します。 aBFT レイヤーは、最後の不可逆ブロック (LIB) になるまで、トランザクションの各ブロックを確認します。 DPoS レイヤーは、LIB を最終的な不可逆ブロックとして確認します。

4.リップル

リップルプラットフォームのスクリーンショット

Ripple は、PoW または PoS コンセンサス メカニズムのいずれも使用しません。代わりに、ビザンチンのフォールト トレラント コンセンサス メカニズムである XRP Ledger Consensus Protocol を使用します。信頼されていないバリデーターが全バリデーターの 20% 未満である場合、ブロックチェーンは正常に機能し続けます。このシステムは、二重支出を防ぎ、ブロックチェーンの完全性を向上させます。

5.チェーン

嘉手納サイトのスクリーンショット

Kadena は ScalableBFT コンセンサスメカニズムを使用してブロックを確認します。ブロックチェーンは、ビットコインの PoW システムを、エネルギー効率が高く、スケーラブルで安全な、分散化された複数の並列ブロックチェーン コンセンサス メカニズムの変更と組み合わせ、ビットコインのシステムよりも大幅に改善された出力を提供します。 「Chainweb」と呼ばれるこの設定により、Kadena は 20 のチェーンを同時に実行して、毎秒最大 480,000 トランザクション (TPS) を実行できます。

6. 定足数

Quorum プラットフォームのスクリーンショット

Quorum 暗号システムのコンセンサス メカニズムは、イスタンブール ビザンチン フォールト トレランス (IBFT) コンセンサス メカニズムです。 QuorumChain は投票権をノードのプール (バリデーター) に委任します。 1 つのノードがブロック確認を開始する提案者になり、他のノードがブロックを検証します。プール内のノードの 1/3 以上が正しく動作しない場合、ブロックは挿入されません。

ビザンチン フォールト トレランスの未来は明るい

暗号通貨とブロックチェーン技術が存在し続ける限り、ビザンチン フォールト トレランスやその他のコンセンサス メカニズムも存続します。ただし、これらのメカニズムは進化し続ける可能性があります。

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当初、イーサリアムは PoW を使用して BFT を統合していましたが、イーサリアムは PoW から PoS に切り替え、BFT アルゴリズムを更新しました。同様に、時間の経過とともに、より新しく優れたシステムが引き続き表示されます。暗号空間は常に進化していることを忘れないでください。