ブロックチェーンのブロック時間を決定するものは何ですか？

ブロックチェーンネットワークのブロック時間を理解する

ブロック時間とは、新しいブロックをブロックチェーンに追加するのにかかる平均期間を指します。この間隔は、あらゆるブロックチェーンプロトコルの基本的な特性であり、ネットワークのパフォーマンス、セキュリティ、およびユーザーエクスペリエンスに重要な役割を果たします。ブロック時間は任意ではありません。これは、ブロックチェーンのプロトコルに組み込まれたコンセンサスメカニズム、ネットワーク設計目標、および技術的パラメーターの組み合わせによって決定されます。さまざまなブロックチェーンが異なるブロック時間を示します。 Bitcoin平均約10分、イーサリアムは12秒間目を向け、一部の新しいチェーンはサブ秒ブロック時間を達成します。

コンセンサスメカニズムの役割

コンセンサスメカニズムは、ブロック時間に影響を与える主要な要因です。 Bitcoinのような仕事の証明（POW）システムでは、鉱夫は複雑な暗号化パズルを解決するために競います。これらのパズルの難しさは、ネットワーク内の計算能力の変動にもかかわらず、一貫したブロック時間を維持するために定期的に調整されます。たとえば、Bitcoinのネットワークは、 2016年のブロックごとにマイニングの難易度を自動的に再調整して、平均10分間を維持します。この調整により、より多くの鉱夫が参加しても、ブロック時間が安定したままになります。

登録後のEthereumのようなSport of Stake（POS）システムでは、ブロック時間はバリデーター選択アルゴリズムとスロットタイミングによって制御されます。 Ethereumは、固定された12秒のスロット間隔を使用します。つまり、満たされているかどうかに関係なく、12秒ごとに新しいブロックが提案されます。バリデーターは、これらのスロット内のブロックを提案および証明するためにランダムに割り当てられます。この構造により、計算競合に依存することなく、予測可能なブロック時間が可能になります。

委任された株式の証明（DPO）や権限証明（POA）などの他のコンセンサスモデルは、より小さく信頼されたノードのセットに依存してブロックを迅速に生成するため、多くの場合、ブロック時間を短縮します。たとえば、 BNBスマートチェーンは、約3秒のブロック時間で動作し、限られた数のバリデーターノードが効率的に調整することで有効になります。

ネットワークの遅延と伝播遅延

速いコンセンサスがあっても、ネットワークレイテンシは、短いブロック時間が現実的にどれだけのものであるかを制約することができます。ノードがブロックを生成する場合、ネットワークの残りの部分にブロードキャストする必要があります。ブロック時間が短すぎると、次のブロックが既に生成された後、ブロックが遠いノードに到着し、孤立したブロックまたはチェーンフォークに到達する可能性があります。これにより、一時的な矛盾のリスクが高まり、全体的なネットワークセキュリティが減少します。

これを緩和するために、ブロックチェーンデザイナーは、予想される伝播遅延とブロック時間のバランスを取ります。ブロック時間が長くなると、ブロックがグローバルに伝播する時間を増やし、フォークの可能性を減らします。逆に、ブロック時間の積極的な短縮には、コンパクトブロックリレーやピアツーピアネットワークプロトコルの高速化などの最適化が必要です。たとえば、 Litecoinは隔離された証人（SEGWIT）を使用し、伝播の最適化をブロックして、2.5分間のブロック時間を安全にサポートします。

ブロックサイズとトランザクションスループット

ブロックサイズの制限は、間接的にブロック時間効率に影響します。時間間隔自体を変更しませんが、大きなブロックは単位時間ごとにより多くのトランザクションを運ぶことができ、スループットが改善されます。ただし、より大きなブロックは検証と送信に時間がかかります。これにより、ブロック時間が既に短い場合はネットワークに圧力をかける可能性があります。

たとえば、 Bitcoinの1MBブロックサイズ（元々）は、10分間のブロック時間があっても、トランザクション容量が限られていることを意味していました。ブロックサイズの増加またはLightningネットワークのようなレイヤー-2ソリューションの実装は、ブロック時間を変更せずに混雑を軽減するのに役立ちます。対照的に、 Solanaは、ターボチャージネットワーク（湾岸河川）と並列トランザクション処理（SeaLevel）を使用して大量の大量を効率的に処理することにより、非常に短いブロック時間（400ミリ秒）を維持します。

プロトコルレベルの難易度調整アルゴリズム

多くのブロックチェーンは、変動するネットワーク条件に直面してブロック時間を安定させるために、難易度調整アルゴリズム（DAA）を採用しています。 POWチェーンでは、ハッシュレートの増加によりブロックが速すぎると、アルゴリズムがパズルの難易度を増加させて生産を遅くします。マイニングが遅くなると、困難が減少します。

Bitcoin 'のDAAは、最後の2016年のブロックとスケールの難易度を比例してマイニングするのにかかった時間を評価します。一部のアルトコインは、より多くの応答性のあるモデルを使用しています。 Digishield（DashおよびDoge Coinで使用）は、ブロックごとに難易度を調整し、急速な安定化を可能にし、過度の分散なしでより短いブロック時間（例、1分）をサポートします。

POSチェーンでは、マイニングの難易度はありませんが、バリデーターの参加率と証明のタイミングが監視されています。あまりにも多くのバリデーターがスロットを逃した場合、システムはブロック時間の一貫性を維持するためにインセンティブまたはタイミングパラメーターを調整する場合があります。

速度、セキュリティ、地方分権化の間のトレードオフ

ブロック時間の短縮は、確認の待機時間を短縮することでユーザーエクスペリエンスを改善しますが、トレードオフを導入します。より速いブロック生産により、特に地理的に分散されたネットワークでは、一時的なフォークの可能性が高まります。攻撃者はチェーンの再編成を活用する可能性があるため、より多くのフォークが効果的なセキュリティを減らします。

さらに、非常に短いブロック時間は、ブロックをより速く伝播し、潜在的に弱体化する分散化を繰り返す可能性のある、接続された集中ノードを好む可能性があります。 Ethereumのようなチェーンは、短いブロック時間とCasper FFGやLMD-Ghostなどのメカニズムを組み合わせて、最終性と回復力を確保することにより、バランスをとります。

逆に、ブロック時間が長くなると、ノードが遅くなる安定性と包括性が向上しますが、トランザクションの確認が遅くなります。これにより、分散型交換やゲームプラットフォームなど、リアルタイムのフィードバックを必要とするアプリケーションには適していません。

よくある質問

ユーザーはブロックチェーンのブロック時間を変更できますか？いいえ、ブロック時間はブロックチェーンのプロトコルによって定義され、個々のユーザーが変更することはできません。変更には、ノードオペレーター、開発者、鉱夫またはバリデーターが関与するハードフォークまたは調整されたアップグレードが必要です。たとえば、EthereumのPOWからPOSへの移行には、ネットワーク全体のアップグレードを介してブロック時間メカニズムを変更することが含まれます。

なぜイーサリアムはBitcoinよりも一貫したブロック時間を持っているのですか？ EthereumのPOSコンセンサスは、固定された12秒のスロットにブロック提案者を割り当て、非常に予測可能なタイミングをもたらします。 Bitcoinの捕虜は確率的マイニングに依存しているため、平均は10分ですが、実際の間隔は大きく異なります。 Ethereumの設計は、スケジュールされたバリデーターの義務を介して分散を最小限に抑えます。

ブロック時間を短くすると、常にトランザクションが速くなりますか？必ずしもそうではありません。ブロック時間の短縮は最初の確認の待機を減らしますが、トランザクションの最終性は、最終層や必要な確認の数などの追加要因に依存します。たとえば、 Solanaはブロックを迅速に確認しますが、セキュリティのために複数の確認が必要になる場合がありますが、 Bitcoinはブロックあたり長くかかる場合がありますが、6ブロック後に高い最終性を達成します。

レイヤー2ソリューションは、ブロック時間の知覚にどのように影響しますか？楽観的なロールアップやZKロールアップなどのレイヤー2ネットワークは、オフチェーンでトランザクションを処理し、メインチェーンにバッチを送信します。ユーザーは、根底にあるブロック時間（Ethereumの12秒）が変更されていない場合でも、近視の確認を経験します。最終的な決済は依然として基本層のタイミングに依存しますが、エンドユーザーの効果的なブロック時間が短縮されます。