ブロックチェーンのビザンチン将軍の問題は何ですか？

ビザンチン将軍の問題は、ブロックチェーンと暗号通貨の空間に大きな意味を持つコンピューターサイエンスの古典的な概念です。本質的に、複数の当事者が共通の目標を達成するために行動を調整する必要があるが、一部の当事者は信頼できないか悪意があるかもしれないシナリオを説明しています。ブロックチェーンのコンテキストでは、この問題の理解と解決は、分散ネットワークの完全性とセキュリティを維持するために重要です。

ビザンチン将軍の問題の起源と概念

ビザンチン将軍の問題は、「ビザンチン将軍問題」というタイトルの1982年の論文で、レスリー・ランパート、ロバート・ショスタク、マーシャル・ピーズによって最初に導入されました。この問題は、ビザンチン軍の数人の将軍を含む比phorを通して説明されています。一部の将軍は虚偽のメッセージを送信できる裏切り者である可能性があり、忠実な将軍がコンセンサスに到達することを困難にする可能性があるため、課題が生じます。

ブロックチェーンの領域では、これは悪意のある俳優の存在にもかかわらず、元帳の状態に同意する必要があるネットワーク内のノードに変換されます。ノードの数が増加するにつれて問題はより複雑になり、分散型システムの信頼性を確保するためにソリューションの必要性が最も重要になります。

ブロックチェーンテクノロジーに関連します

ブロックチェーンテクノロジーは、ノードのネットワーク間でコンセンサスを達成することに大きく依存しており、ビザンチン将軍の問題を非常に関連性があります。ブロックチェーンネットワーク内の各ノードは一般的なものと見なすことができ、ブロックチェーンで採用されているコンセンサスメカニズムは、本質的にこの問題の解決策です。目標は、いくつかのノードが妥協したり、悪意を持って行動したりしても、すべての正直なノードが元帳の同じバージョンに同意するようにすることです。

さまざまなブロックチェーンネットワークは、この問題に対処するためにさまざまなコンセンサスメカニズムを採用しています。たとえば、Bitcoinは仕事の証明（POW）を使用しますが、Ethereum 2.0のような他のネットワークは、株式の証明（POS）を採用しています。これらの各メカニズムには、ビザンチン将軍の問題を解決するための独自のアプローチがあり、効果と効率の程度がさまざまです。

仕事の証明（POW）とビザンチン将軍の問題

仕事の実証（POW）は、ブロックチェーンテクノロジーのビザンチン将軍の問題に対する最も早く、最も有名な解決策の1つです。 Powでは、鉱山労働者は複雑な数学のパズルを解決するために競争し、最初に解決したのはブロックチェーンに新しいブロックを追加するようになります。このプロセスには重要な計算能力が必要であり、悪意のあるアクターがネットワークを操作しようとするのに費用がかかります。

ビザンチン将軍の問題の文脈では、POWは、ネットワークの計算能力の大部分が正直なノードによって制御されることを保証します。悪意のある俳優がブロックチェーンを変更しようとする場合、ネットワークの計算能力の50％以上を制御する必要があります。これは経済的かつ技術的に挑戦的です。このメカニズムは、ノードが予測不可能または悪意を持って振る舞う可能性があるビザンチン断層によってもたらされるリスクを効果的に軽減します。

Sport of Stake（POS）とビザンチン将軍の問題

Proof of Stake（POS）は、ビザンチン将軍の問題に対処するために設計された別のコンセンサスメカニズムです。 POWとは異なり、POSは計算能力に依存していませんが、代わりにバリデーターがネットワークに持っている経済的利害関係に依存しています。バリデーターは、保持している暗号通貨の量に基づいて新しいブロックを作成するために選択され、担保として「賭け」を意思があります。

POSでは、正直に行動するという経済的インセンティブは重要です。ブロックチェーンのリスクを操作しようとするバリデーターは、杭のある資産を失うリスクがあります。このメカニズムは、バリデーターの利益をネットワークの完全性に合わせて、悪意のあるアクターがシステムを妥協することを経済的に実行不可能にすることにより、ビザンチン将軍の問題を効果的に解決します。

実用的なビザンチンフォールトトレランス（PBFT）

実用的なビザンチンフォールトトレランス（PBFT）は、特に許可されたブロックチェーンネットワークにおけるビザンチン将軍の問題を解決するためのもう1つのアプローチです。 PBFTは、ノードの数が既知で固定されているシステムで動作するように設計されており、ノードの3分の1まで誤っているか悪意があることを許容できます。

PBFTでは、ノードは一連の通信を通過してコンセンサスに到達します。このプロセスには、価値を提案するリーダーが含まれ、その後、ノード間の投票と確認の複数のラウンドが続きます。ノードの大部分が提案された値に同意した場合、それはコンセンサスとして受け入れられます。この方法により、ビザンチンの断層が存在していても、ネットワークが信頼できるコンセンサスを達成できることが保証されます。

暗号通貨ネットワークにおけるビザンチン断層トレランス

暗号通貨の世界では、ビザンチン断層トレランス（BFT）は、トランザクションのセキュリティと完全性を維持するために重要です。 BitcoinやEthereumなどの暗号通貨はBFTに依存して、トランザクションが正しく処理され、元帳がすべてのノードで一貫していることを確認します。

たとえば、BitcoinのPOWメカニズムにより、一部の鉱夫がブロックチェーンの2倍または変更を試みたとしても、正直な鉱山労働者の大部分が合法的なトランザクションを検証し、追加し続けることが保証されます。同様に、EthereumのPOSへの移行は、悪意のあるアクターがネットワークを制御することをより困難にすることにより、BFT機能を強化することを目指しています。

課題と制限

ビザンチン将軍の問題に対するさまざまな解決策が存在しますが、課題や制限がないわけではありません。たとえば、作業の証明はエネルギー集約型であり、より大きなマイニングプールがネットワークをより制御するため、集中化につながる可能性があります。杭の証明は、「危機にatしていない」問題に直面しています。ここでは、有効な人がかなりのコストを負担することなく、ブロックチェーンの複数の矛盾するバージョンに投票する可能性があります。

実用的なビザンチン断層トレランスは、より小さな、許可されたネットワークで効果的ですが、ノードの数が増えるにつれて効率が低下する可能性があります。これらの各ソリューションは、セキュリティ、スケーラビリティ、効率のバランスをとる必要があり、コンセンサスメカニズムの選択は、ブロックチェーンネットワークの特定の要件と制約に依存します。

よくある質問

Q：ビザンチン将軍の問題は、ブロックチェーンネットワークのセキュリティにどのように影響しますか？

A：ビザンチン将軍の問題は、悪意のある俳優の存在下でコンセンサスを達成するという課題を強調することにより、ブロックチェーンネットワークのセキュリティに直接影響します。仕事の証明、利害関係の証明、実用的なビザンチンの断層耐性などのソリューションは、ノードの大部分が元帳の状態に同意し、それによってネットワークの完全性とセキュリティを維持することにより、これらのリスクを軽減するように設計されています。

Q：ビザンチン将軍の問題は、ブロックチェーンネットワークで完全に解決できますか？

A：さまざまなコンセンサスメカニズムは、ビザンチン将軍の問題に対する効果的な解決策を提供しますが、すべてのリスクを排除するという意味で完全に解決することはできません。それぞれのソリューションには独自のトレードオフと制限があり、これらのソリューションの有効性は、ノードの数、経済的インセンティブ、およびブロックチェーンネットワークの特定の設計などの要因に依存します。

Q：異なるコンセンサスメカニズムは、ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティにどのような影響を与えますか？

A：異なるコンセンサスメカニズムは、ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティにさまざまな影響を与えます。たとえば、作業の証明は、エネルギー集約的な性質と複雑なパズルを解決するために必要な時間のために、よりスケーラブルではありません。一方、ステークの証明は、計算能力に依存しないため、よりスケーラブルになる可能性がありますが、バリッタの選択とネットワークへの参加に関連する課題に直面する可能性があります。実用的なビザンチン断層トレランスは、小規模なネットワークではスケーラブルですが、ノードの数が増えるにつれて効率が低下する可能性があります。

Q：ブロックチェーンネットワークのビザンチン将軍の問題を解決する上で、経済的インセンティブはどのような役割を果たしますか？

A：経済的インセンティブは、ブロックチェーンネットワークでビザンチン将軍の問題を解決する上で重要な役割を果たします。仕事の証明において、鉱山労働者は、新しく造られた暗号通貨と取引手数料を受け取るという潜在的な報酬によって正直に行動するように奨励されています。利害関係者の証明では、バリデーターは、杭のある資産を失うリスクによってネットワークの完全性を維持するように動機付けられています。これらの経済的インセンティブは、参加者の利益をブロックチェーンのセキュリティと信頼性に合わせて、悪意のあるアクターがシステムを妥協することをより困難にします。