歴史の証明とは何ですか?また、それはどのように機能しますか?

歴史の証明の必要性について説明

さまざまなブロックチェーン システムの複雑さを調査するのに数え切れないほどの時間を費やしてきた者として、コンセンサスとトランザクション処理に対する Solana のアプローチは印象的としか言いようがありません。独自の履歴証明 (PoH) メカニズムを使用してメモリプールの必要性を排除することに成功した方法は、本当に革新的です。

ブロックチェーンなどの分散システムでは、統一されたトランザクションのシーケンスを維持することが大きなハードルとなります。通常、ブロックチェーンはネットワーク全体にブロックをブロードキャストすることでこの同期を管理します。ただし、この方法では、特にネットワークに参加するデバイスの数が増えると、遅延が発生し、トランザクションの確認が長くなる可能性があります。

Solana の作成者である Anatoly Yakovenko は、「時計問題」と呼ばれる問題を認識し、検証可能な方法ですべてのトランザクションにタイムスタンプを付けることでこの問題に対処する暗号化手法を提案しました。このタイムスタンプにより、Solana は時間や順序に関する継続的なネットワーク合意を必要とせずに、イベントの時系列的なシーケンスを確立できます。 Proof-of-History と呼ばれる独自のソリューションは、Solana の特徴となっており、分散化を維持しながら高速性を維持することができます。

Solana は現在、主要なレイヤー 1 ブロックチェーンの 1 つとして多くの話題を呼んでいます。その主な理由は、非常に速いトランザクション速度と手頃なコストを提供するためです。高速動作を支えているのは、Proof-of-History (PoH) と呼ばれるユニークなアイデアであり、この強力なプラットフォームの基盤として機能します。

Solana は、ビットコインのような Proof-of-Work (PoW) や Ethereum のような Proof-of-Stake (PoS) などのコンセンサス手法に完全に依存するのではなく、Proof-of-History (PoH) と Proof-of-Stake を組み合わせて利用します。高速かつ低遅延のシステムを構築します。

ブロックチェーン技術を詳しく研究している研究者として、この独自のブレンドが Solana を他の製品とは一線を画し、毎秒驚くべき数のトランザクションを処理できることを証明できます。このユニークな特性は、他のチェーンが日常業務で遭遇する重大なボトルネックに効果的に対処し、軽減します。

履歴証明 (PoH) の仕組み

履歴証明は、すべての取引の日付を記録する暗号化タイムキーパーを設定することによって機能し、その結果、各取引が行われた正確な時間を検証する一連のイベントが発生します。

この方法では、Verifiable Delay Function (VDF)、具体的には Solana のコンテキストで SHA-256 ハッシュ関数を利用する関数を使用して、連続した連続したハッシュ チェーンを生成します。各ハッシュはその前のハッシュにリンクされ、個別のタイムラインを作成します。

PoH (Proof of History) の特徴的な特徴の 1 つは、生成された各ハッシュが検証可能であり、その前のハッシュに依存していることです。このハッシュのチェーンは、すべてのネットワーク ノードが同期できる「時計」のように機能し、直接通信を必要とせずにトランザクション シーケンスを並行できるようにします。事前に決められた順序でブロックとトランザクションを検証することにより、ノードはプロセス全体を迅速化できます。

PoH が Solana に関するコンセンサスを加速する方法

PoH (Proof of History) は、トランザクションを事前に手配することで、Solana のより迅速かつ効率的なコンセンサスを促進します。これにより、ブロック時間が短くなり、毎秒数千に及ぶ可能性がある多数のトランザクションを処理できるようになります。

従来のプルーフ・オブ・ステーク (PoS) またはプルーフ・オブ・ワーク (PoW) システムでは、ブロックの作成はシステム全体の合意によって促進され、各ブロックのタイムスタンプとシーケンスに関する合意が必要です。

PoH (Proof of History) により、Solana は事前注文トランザクションによるコンセンサス ステップをバイパスできます。簡単に言うと、これは、ネットワーク全体の合意を待つことなく、バリデーターがトランザクションを受信するとすぐに処理できることを意味します。これにより、必要な通信が減り、検証プロセスがより速く、より効率的になります。

Proof of History (PoH) を使用すると、各ノードが同一の検証可能な年表にアクセスできるため、Solana はより迅速にコンセンサスを達成できます。これにより、一貫した高速なブロック タイムが実現します。Solana は多くの場合、400 ミリ秒のブロック タイムを達成しますが、これは多くの集中型システムよりも高速です。同期の問題に取り組むことで、PoH は Solana が 1 秒あたり数千のトランザクションを高レベルの精度で処理できるようにします。

履歴の証明とステークの証明の間の相互作用

データ アナリストとして、Proof of History (PoH) がトランザクションの順序とタイミングを概説するのに対し、Proof of Stake (PoS) はバリデーターの選択とネットワーク全体のセキュリティの維持に責任があることに気づきました。

Solana の Proof of Stake システムを研究している研究者として、このネットワークのバリデーターは投資、つまりステークに基づいて選ばれていることを共有できます。賭け金が大きいほど、新しいブロックを追加するためにバリデーターが選択される可能性が高くなります。賭け金に基づいてバリデーターを選択するこのプロセスは、バリデーターの利益がネットワーク全体の健全性と幸福に密接に結びついていることを確認することで、ネットワークのセキュリティを確保します。

PoH と PoS はシームレスに連携します。その方法は次のとおりです。

• PoH はイベントの順序付きリストを提供し、PoS は誰がイベントをブロックチェーンに追加できるかを決定します。 
• 「リーダー」とも呼ばれる選出されたバリデータは、PoH のタイムスタンプに従ってトランザクションを収集し、順序付けします。 PoH と PoS のこの相乗効果により、Solana は速度とセキュリティの両方を維持することができます。このバランスは、他の多くのブロックチェーンにとって達成が困難でした。

Solana でのブロック作成におけるリードバリデーターの役割

Solana のコンテキストでは、スロットと呼ばれる特定の時間枠内でブロックを構築するために、「リード」と呼ばれることが多いキー バリデーターが選択されます。履歴証明 (PoH) タイムラインに従ってトランザクションを整理し、タイムスタンプを押すのが、このリードバリデーターの仕事です。

リーダーは、Proof of History (PoH) を使用して、すべてのトランザクションに一意の位置またはタイムスタンプが割り当てられるようにするため、トランザクションの順序を能動的に検証するための追加のバリデーターの必要性を回避します。この方法により、プロセスが簡素化され、ブロックチェーン システムの効率が向上します。

リードバリデータがブロックを作成すると、他のノードによって検証されます。 

ブロックは履歴証明 (PoH) スケジュールと一致しているため、検証は迅速かつ効果的に行われます。 Solana のシステムにおけるプライマリ ベリファイアの主要なタスクは、ブロックが迅速に生成され、高速で検証されることが保証されるため、そのスケーラビリティには不可欠です。

一連の合意により、Proof of History (PoH) と Proof of Stake (PoS) が統合され、高速で遅延が最小限に抑えられたブロックチェーンが作成されます。

• ステップ 1: Solana のバリデーター リーダーはステーク加重システムに基づいて選択され、Solana (SOL) ステークが大きいバリデーターがリーダーとして選ばれる可能性が高くなります。これは、ネットワークへの投資を増やす企業がブロック生成の責任を負う可能性が高く、ネットワーク セキュリティとインセンティブの調整を促進することを意味します。
• ステップ 2: PoH コンセンサス メカニズムは、リーダーのローテーション スケジュールを設定します。スケジュールは事前にわかっており、各リーダーにはトランザクションを収集してブロックを生成する短い期間 (約 400 ミリ秒) である「スロット」が割り当てられます。この予測可能なローテーションにより、バリデーターは自分がいつリーダーとして行動するかを予測できるようになり、今後の責任に備えることが容易になります。
• ステップ 3: 割り当てられたスロット中に、リーダーはネットワークからトランザクションを収集します。 PoH メカニズムにより、リーダーは各トランザクションに固有の暗号署名を使用してタイムスタンプを付け、順序付けられた一連のトランザクションを作成できます。この順序付けは PoH に不可欠であり、トランザクションを正しい順序で他のノードによって検証および検証できるようになります。
• ステップ 4: 次に、リーダーは注文されたトランザクションをブロックに編成し、PoH シーケンスと一致するタイムスタンプを埋め込みます。このシーケンスは、すべてのバリデーターが各トランザクションについて個別に合意に達する必要がなく、トランザクション注文を確認する履歴記録として機能します。 PoH タイムスタンプは、トランザクションがリアルタイムで処理されたことの証明としても機能し、検証可能な台帳を提供します。
• ステップ 5: ブロックが作成されると、リーダーは Solana の Turbine プロトコルを使用して、それをネットワークの残りの部分にブロードキャストします。 Turbine はデータを小さなパケットに分割し、バリデータ間で分散することで、トランザクション量が多い場合でも効率的な伝播を保証します。
• ステップ 6: 他のバリデーターがブロックを受信し、PoH シーケンスに対して検証し、タイムスタンプ付きの順序が予想される履歴記録と一致していることを確認します。トランザクションはリーダーによってすでに事前順序付けされているため、バリデーターは順序付けのための追加の通信を必要とせずにシーケンスを迅速に確認でき、検証プロセスが加速されます。
• ステップ 7: ブロックが検証された後、ブロックチェーンに追加され、トランザクション記録が完成します。その後、リーダーの役割は次にスケジュールされたバリデーターに交代し、次のスロットのトランザクションの収集を開始します。このサイクルは継続するため、Solana は継続的なブロック生産を実現し、高いスループットを維持できます。

Solana の追加のイノベーション: タービンとパイプライン

Solana は、PoH 以外にも、タービンやパイプラインなどの追加の技術的進歩を利用して、パフォーマンスをさらに向上させます。

大規模なネットワークでは、データの流れが遅くなったり詰まったりして、遅延やバックアップが発生する可能性があります。 Turbine は、BitTorrent がファイルを分割するのと同じように、データを小さなチャンクに分割し、それらをさまざまなノードに同時に送信することでこの問題に対処します。この方法では、特に世界規模のネットワークにおいて遅延を最小限に抑え、高いデータ転送速度を保証します。

簡単に言うと、Solana のパイプライン設計により、トランザクション処理の複数のフェーズを一度に実行できます。これらのタスクを利用可能なリソースに分散することで、トランザクションを遅延なくスムーズに実行できるようになり、効率と容量が向上します。

Solana は、タービンおよびパイプライン技術と履歴証明 (PoH) を融合することにより、トランザクションを高速で効率的に処理し、従来のブロックチェーンがよく遭遇する典型的なチョークポイントを回避します。

Solana にメンプールがない理由

ほとんどのブロックチェーン ネットワークでは、mempool はまだ確認されていないトランザクションの一時ストレージとして機能します。一方、Solana は、Proof of History (PoH) コンセンサス メカニズムにより、従来の mempool を使用しないため、動作が異なります。 Solana のシステムでは、トランザクションがネットワークに入るとすぐにタイムスタンプが付けられるため、キューイング用のメモリプールを必要とせずにトランザクションをリアルタイムで処理できるようになります。

リアルタイム処理では、トランザクションは順番を待たされず、すぐに受け入れられて整理されるか、すぐに破棄されるため、キュー (mempool) は必要ありません。 Mempool を廃止することで、Solana はレイテンシを大幅に短縮し、トランザクションが迅速に処理されることを保証します。これは、ペースの速いパフォーマンスを維持するために重要です。

PoH では、Solana はメモリプールなしで機能できますか?

PoH の独自のタイムスタンプ機能により、Solana はメモリプールなしで動作できるようになります。

PoH にはトランザクションの組み込みシーケンスが組み込まれているため、バリデーターは一時ストレージを必要とせずにトランザクションを迅速に処理できます。この瞬時のソートにより、トランザクション プロセスが合理化され、ネットワークが大容量をより効率的に管理できるようになり、トランザクション管理のためのキュー (またはメモリプール) を維持する複雑さが解消されます。

Solana の設計を使用すると、迅速なパフォーマンスと、バリデーターの責任、ネットワーク セキュリティ、輻輳防止の間の適切に管理されたバランスの両方が保証され、現在運用されている中で最も高速なブロックチェーンの 1 つとなっています。

ブロック リーダー — Solana の PoH コンセンサス モデルにおける集中化ベクトル?

プルーフ・オブ・ステーク (PoS) メカニズムのリーダーとして同じバリデーターを頻繁に選択すると、ブロック生成の集中につながる可能性があり、それによってバリデーターの種類が減少し、最大抽出可能価値 (MEV) 抽出に関連するリスクが増幅されます。

仮想通貨投資家として、私はネットワークリーダーがデジタルエコシステム内での取引を促進し検証する上で極めて重要な役割を果たしていると理解しています。ただし、同じ少数のバリデーターが一貫してリーダーとして選ばれる場合、小規模でリソースが豊富なグループがブロック生成に対して不釣り合いな制御を行使する可能性があるというシナリオが生じる可能性があります。これにより、ネットワークのブロックの作成に積極的に関与する参加者の種類が制限される可能性があります。

ブロック リーダーは独占的なトランザクション発行者として機能し、最大抽出可能価値 (MEV) トランザクションを利用して追加の収益を生み出す可能性があります。それにもかかわらず、チェーンのペースが速いため、低速のネットワークに比べて MEV の機会が減少します。この側面は、プルーフ・オブ・ステーク (PoS) メカニズムに固有のリスクをもたらします。