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DFINITYホワイトペーパー日本語訳3

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本稿について

本稿では、DFINITY White Paper:Consensus Systemのうち第3章「A HIGH-LEVEL VIEW OF CONSENSUS PROTOCOL」の日本語訳を掲載します。

原文はこちらになります。

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3 コンセンサスプロトコルの全体像

役割

DFINITYピアトゥピアネットワークは、誰にでもメッセージを送信できるブロードキャストネットワークにつながるクライアントで構成されます。クライアントはアクティブな3つの機能、すなわち、(a)非中央集権型ランダムビーコンへの参加 (b)非中央集権型の公証者への参加 (c)ブロックの提案を全うします。また、クライアントはブロックを観測し、ファイナライズされたチェーンの独自のビューを作成します。

コミティと閾値リレー

スケーラビリティ改善のため、ランダムビーコンと公証は「コミティ」によって実行されます。小規模なネットワークでは、コミティは全クライアントの集合となります。大規模なネットワークでは、コミティは全クライアントの集合よりは小さく、ラウンドが変わるごとに(つまり、ブロックが変わるごとに)コミティも変化します。あるラウンドにおけるランダムビーコンのアウトプットにより、第8章1で説明する「閾値リレー」の手法に従って次ラウンドのコミティが選出されます。コミティの大きさは失敗確率の計算(第4章2.4を参照)に基づいて調節されます。

ブロックランキング

ランダムビーコンと公証の非中央集権的な側面を抽象化すると図2のようになります。プロトコルは、ラウンド番号とチェーンの位置(「高さ(height)」といいます)が1対1対応となるようにラウンドを進めます。r番目のラウンドの開始時、ランダムビーコンは新しい検証可能な乱数を生成し、ネットワークに流します(図2のステップ1)。r番目のラウンド用に生成されたランダムビーコンのアウトプットξrは、全登録クライアントの優先度ランキングを決定します。クライアントは誰でもブロックを提案できますが、高い優先度を持つクライアントほどブロックを公証してもらえる可能性も高いので、後続ラウンドのブロック生成者たちはそのブロックの上にブロックを作ろうとするでしょう。

公証

クライアントが有効なξrを確認すると、クライアントはユーザから収集したトランザクションをブロック候補の中へ溜めて、公証者へと送ります(図2のステップ2)。公証者は所定の時間(ブロックタイム)待って提案ブロックを受け取ります。続いて公証者はランダムビーコンに基づいてランキングメカニズムを実行し、最も高いランクのついたブロックを選び、それに署名してブロードキャストします(図2のステップ3)。クライアントは公証を得たブロックを受け取るとすぐにそのブロックを使ってブロックチェーンのコピーを拡張します。これでr番目のラウンドは終了します。最後に、ランダムビーコンはξr+1をブロードキャストして新たなラウンドの開始を知らせます。

非中央集権型のランダムビーコン

ランダムビーコンプロトコルは完全に非中央集権型であり、コミティの全クライアントが一緒になって実行します。ランダムビーコンとはそのようなものであるにも関わらず、外側から見ると(つまり生成されるアウトプットと、アウトプットのタイミングだけを見ると)まるで信頼できる第三者機関のようにふるまっています。強調しますが、コミティはランダムビーコンが生成するアウトプットごとにビザンチン合意プロトコルを実行する必要はありません。その代わりに、閾値署名スキームのユニーク性(唯一性)という特徴のおかげでランダムビーコンの各アウトプットには自動的に合意がなされます。以上がランダムビーコンがこれほどの速さで実行できる仕組みであり、このようにしてDFINITYブロックチェーンの短いブロックタイムが実現できるのです。

非中央集権型の公証者

ランダムビーコンでもそうですが、公証者は完全に非中央集権型であり、コミティの全クライアントが一緒になって実行し、総じて信頼できる第三者機関と同じようにふるまいます。しかし、ランダムビーコンと異なり、公証者は擬似乱数ではなく生のインプット(つまりブロック)について合意をしようとします。これについては使える"魔法のような"暗号理論はないため、完全なビザンチン合意プロトコルが唯一の解となるでしょう。しかし、DFINITYの公証者はビザンチン合意プロトコルを実行する代わりに楽観的なプロトコルを実行します。これは、「通常のオペレーションにおいて」はコンセンサスが形成されるものの、ときどき1ラウンドで1つ以上のブロックを公証する可能性がある、というものです。もし1つ以上のブロックに対して公証した場合、DFINITYのチェーンランキングアルゴリズムがチェーンの分岐を解決し、その後に続く通常のラウンドによりファイナリティがもたらされます。この楽観的なプロトコルはノンインタラクティブで高速なので、公証者はランダムビーコンと同じくらいの速度で実行できます。

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