ソラナ：利害の委任証明（DPoS）と履歴証明（PoH）

クッキー・リサーチによる記事

ブロックチェーンのコンセンサス・メカニズムは、トランザクションの有効性を検証し、正確な順序でブロックチェーンに追加する役割を担っている。ブロックチェーンのコンセンサスメカニズムは、取引の有効性を検証し、正確な順序でブロックチェーンに追加する役割を担っている。選択されたコンセンサス・メカニズムによって、検証と順序付けのプロセスの効率は異なり、異なるレベルのスループットにつながる。ブロックチェーンの分野では、Solanaはブロックタイムが400ミリ秒、1秒あたりの平均トランザクション数（TPS）が2,000～3,000、理論上のピークTPSが65,000の高性能チェーンである（参考までに、EtherのTPSは約12）。

この記事の目的は、重要な役割を果たし、その高いスループットに貢献しているSolanaの2つのアーキテクチャ、すなわちDelegated Proof of Stake（DPoS）コンセンサスメカニズムとProof of History（PoH）メカニズムに注目することです。

1.従来のコンセンサスメカニズム

まずは、ブロックチェーンの重要なボトルネックの1つであるスケーラビリティを理解することから始めましょう。

分散ブロックチェーンネットワークの各ノードは独自の内部クロックを持っており、このローカルシステムクロックに従って動作します。トランザクションが発生すると、ノードはこのローカルシステムクロックに基づいてトランザクションにタイムスタンプを追加します。

以下の画像はノードの内部時計を表しています。p>

トランザクションの最終確認または拒否のタイムスタンプも、このローカルシステムブロックに基づきます。Proof of WorkのPoWやProof of StakeのPoSのような従来のコンセンサスメカニズムでは、すべてのノードはトランザクションを処理する際に、互いのローカルクロックを調和させ、時間の理解が一貫していることを保証するために、互いに通信する必要があります。ノード間の通信は、ネットワーク全体がトランザクションの順序と承認を調整するための一貫した時間認識を持つことを保証するために、共通の時間基準を確立するのに役立ちます。

世界中に数千のノードが存在する分散ブロックチェーンでは、時間的な差異が生じます。世界中に散らばる数千のノードを持つ分散ブロックチェーンでは、ノード間のローカルシステムクロックの違いは避けられず、ノード間でトランザクションのタイムスタンプに一貫性がなくなります。これは、ノードがブロック内でどのような取引が発生し、それらの取引の順序についてコンセンサスを得る必要がある場合に問題となる。これはタイムスタンプの同期問題として知られており、ノード数を増やすことでネットワークが分散化を強化すると、より深刻で複雑になる。

結局のところ、これは悪意のある攻撃のための可能なパスを作成します。可能な経路を作り出すことで、攻撃を行います。タイミングの不一致により、悪意のある行為者はネットワークを掌握しようと、実際のタイムスタンプに似せた偽のトランザクションを流すことができる。トランザクションの操作を防ぐには、タイムスタンプの正確性を検証するために多大な時間と処理能力が必要となる。このため、ブロックの確認が遅れたり、ブロックが拒否されたりする可能性がある（タイムスタンプが異なるため、ノードがブロックの無効化に投票する可能性があるため）。

2.プルーフ・オブ・ヒストリー（PoH） 

プルーフ・オブ・ヒストリー（PoH）は、トランザクションが正しくシーケンスされていることを証明するためにSolanaで使用されます。これはネットワーク内のバリデータによって簡単に検証できます。

ノードがそれぞれ個別の時計を持っている最初のセクションとは対照的に、PoHはすべてのノードが2つのイベント間の時間の経過を検証するために使用するグローバルブロックと考えることができます。このグローバルクロックにより、ノードは同じトランザクション履歴を見ることができ、トランザクションの順序に関する不一致の可能性は排除される。これにより、コンセンサスを迅速に得ることができ、取引が検証されブロックチェーンに追加されるまでの時間が劇的に短縮される。

PoHは、取引の連続的で時系列的な記録を作成するための暗号化手法に依存しています。もう少し詳しく見てみよう。

3.PoHを技術的に深く掘り下げる

各取引はSHA-256で処理されます、予測不可能な出力を生成する能力で知られている。トランザクションがハッシュ化されると、その出力が次のトランザクションのハッシュの入力となる。このプロセスは、ハッシュ化された出力にトランザクションの組み込みの順序を確立し、長く連続的なチェーンを作成します。

PoH（履歴証明）は、ブロックチェーンにおける経過時間の重要性を検証する検証可能遅延関数（VDF）を活用している。このメカニズムにより、Solanaは実際の時間が経過したことを暗号的に示し、連続的な出力を生成することができる。その結果、イベントの一貫したタイムラインを保証する、明確で検証可能なトランザクションのシーケンスが存在する。検証者はこのようにして、どれだけの時間が経過したかを簡単に検証することができ、ネットワークの信頼性をさらに高めることができる。

SolanaでPoH（Proof of History）を使用することで、セキュリティと完全性の強固なレイヤーが追加されます。ハッシュチェーンのどの部分を改ざんしても、後続のすべてのハッシュを再計算する必要があり、これは変更からネットワークを保護するための労力を要する作業です。

PoH（履歴証明）は、検証者がブロックごとに処理する必要のある情報量を大幅に削減します。トランザクションの最新の状態をハッシュ化したものを使用することで、ブロックの確認時間が劇的に短縮されます。ベリファイア（またはレプリカノード）がブロックを受信する際、PoH（Proof of History）シーケンスは暗号的に信頼できるトランザクションのシーケンスを提供し、ベリファイアは再検証することなく信頼することができます。この効率性は、ネットワークがブロック検証のために次の検証者を迅速に選択して移動できるため、コンセンサスメカニズムを高速化する上で非常に重要です。

4. Delegated Proof of Stake (DPoS) 

PoHの理解を深めた上で、このセクションではPoHがSolanaのコンセンサスメカニズム（DPoS）でどのように使用されているかを説明します。のコンセンサスメカニズム(DPoS)でどのように使われているかを説明します。

DPoSでは、すべての$SOL-securedDPoSでは、$SOLで保護されたすべての検証者がネットワーク・ガバナンスに参加することができます。利害証明プロセスに直接参加したくない$SOL保有者（あなたや私を含む）は、自分のトークンを他の検証者に委任することができ、事実上の代理人となる。この委任プロセスは、プリンシパルの議決権（所有する$SOLの数に比例）をこれらの検証者に分配する。プリンシパルは$SOLを差し入れる代わりに、ブロック報酬の一部を受け取る。

DPoSシステムは、エクイティが大きいノードほど、トランザクションを検証してブロックチェーンに追加するために選ばれる可能性が高く、ブロック報酬を受け取る機会があるため、ノードは高いレベルのパフォーマンスと整合性を維持するよう促されるという原則に基づいて運営されています。

DPoSとPoHの両方について学んだ後、この知識を組み合わせて、Solanaでの典型的なブロック確認がどのようなものかを概説しましょう。

5.Solanaコンセンサスメカニズムのハイレベルな概要 

1.リーダーノードの選択：リーダーノードは、PoHシーケンス（履歴証明）を生成し、ブロックを作成する責任があります。トランザクションの順序付け)とブロックの作成を担当します。

この選出プロセスは、トークン保有者が委任することで増加するノードのエクイティウェイトに基づいて行われます。リーダーシップの役割はバリデーター間で交代します。

2.トランザクションにタイムスタンプを追加：リーダーノードはトランザクションを受け取り、PoHを使用してタイムスタンプを追加し、トランザクションの順序を形成します。

3.ブロックの作成：PoHからのシーケンスで、リーダーノードはブロックの作成を開始します。

4.ブロックの伝播：新しく作成されたブロックはレプリカノード（分散ネットワーク内の他の検証者）に送られます。

5.トランザクションの有効性の検証：レプリカノードは以下の2つのコンポーネントを検証します：

a.トランザクションの順序：PoHシーケンスを使用して、トランザクションが正しい順序であることを検証します。これはグローバルクロックであるため、この検証はノード間の往復通信を必要としません（PoWやPoSのような一般的なコンセンサスメカニズムとは異なります）。

b.トランザクションの有効性：トランザクションがネットワークのルールに準拠し、有効であることをチェックする。

6.ブロックの確定：トランザクションの順序と有効性を検証した後、ブロックはブロックチェーンに追加される。その後、次のリーダーノードが選択され、プロセスは最初からやり直される。

結論

Solanaはブロックチェーンアーキテクチャを改善するために絶え間ない努力を続けており、最近の開発にはQUIC、株式加重QoS、地域化された手数料などがある。マーケットプレイス。さらに、エコシステムはFiredancerのローンチにより、その効率を大幅に改善することを期待している。特筆すべきは、SolanaのユニークなアーキテクチャであるOPOS（Solanaのみ）が、新たなユースケースにつながる可能性があることだ。