今回は、EOSホワイトペーパーから＜コンセンサスアルゴリズム＞について解説していきます。
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コンセンサスアルゴリズム（BFT-DPOS）
.IOソフトウェアは、ブロックチェーンのアプリケーションの処理要件を満たすことができると証明され唯一既知の分散型コンセンサスアルゴリズムであるDelegated Proof of Stake（DPOS）を利用しています。このアルゴリズムでは、.IOソフトウェアを採用しているブロックチェーンにトークンを持っている人は、継続的な承認投票システムを通じてブロックプロデューサーを選べます。誰もが、ブロック生成への参加を選ぶことができ、トークン保有者にブロックプロデューサーとして投票するよう説得することができるならば、ブロックを生成する機会が与えられるでしょう。
.IOソフトウェアを使用すると、ブロックを厳密に0.5秒ごとに作成することができ、1人のプロデューサーが任意の時点でブロックを生成することが許可されます。ブロックが予定された時間に生成されない場合、そのタイムスロットのブロックはスキップされます。 1つ以上のブロックがスキップされると、ブロックチェーンに0.5秒以上のギャップが発生します。
.IOソフトウェアを使用すると、ブロックは126のラウンドで生成されます（各6ブロック、21のプロデューサー）。各ラウンドの開始時に、21人のブロックプロデューサーがEOSトークン保有者からの投票順で選ばれます。選ばれたプロデューサーは、15人以上のプロデューサーによって合意された順序でスケジュールされていきます。
プロデューサーがブロックを見逃し、過去24時間以内にブロックを生成しなかった場合、彼らがブロック生成を再開する意思があることをブロックチェーンに通知するまでブロック生成順としての考慮から除外されます。これにより、信頼性が低いと証明されているプロデューサーをスケジュールせず、見逃すブロック数を最小限に抑えることで、ネットワークが円滑に動作します。
通常の状況下では、DPOSブロックチェーンはフォークが発生しません。なぜならブロックプロデューサーが競合するのではなく、協力してブロックを生成するからです。フォークがある場合だと、コンセンサスは自動的に最長のチェーンに切り替わります。この方法は、ブロックチェーンフォークにブロックが追加される頻度が、同じコンセンサスを共有するブロックプロデューサーの割合と直接的に相関しているために作用します。つまり、プロデューサーの多いブロックチェーンフォークは、プロデューサーの少ないブロックチェーンフォークよりも速く成長します。これは、プロデューサーの多いフォークでは見逃されるブロックが少なくなるためです。
さらに、どのブロック生成者も同時に2つのフォークでブロックを生成するべきではありません。このことが見つかったブロックプロデューサーはおそらく投票で退かされるでしょう。そのような二重生成の暗号証拠はまた、悪意を持った人を自動で除外するために使用されるかもしれません。
同じタイムスタンプまたは同じblockheightの2つのブロックに署名しない限り、すべてのブロックプロデューサーがすべてのブロックに署名できるようにすることで、ビザンチン将軍問題が従来のDPOSに追加されます。 15人の生成者がブロックに署名すると、そのブロックは元に戻せないと見なされます。どんなビザンチンの生成者も同じタイムスタンプか同じblockheightの2つのブロックに署名して彼らの不正行為の暗号証拠を生成しなければならないでしょう。このモデルの下では、不可逆性のあるコンセンサスは1秒以内に到達可能であるべきです。
取引確認
一般的なDPOSブロックチェーンには、100％のブロックプロデューサーの参加があります。トランザクションは、ブロードキャストの時点から平均0.25秒後に99.9％の確実性で確認されたと見なすことができます。
DPOSに加えて、.IOは取り消しができないより速い達成のために非同期ビザンチンフォールトトレランス（aBFT）を追加します。 ａＢＦＴアルゴリズムは、１秒以内に不可逆な１００％の確認を提供しています。
ステークの証拠としてのトランザクション（TaPoS）
.IOソフトウェアでは、すべてのトランザクションに新しいブロックヘッダーのハッシュの一部を含める必要があります。このハッシュは2つの目的を果たします。
1.参照されたブロックを含まないフォーク上でのトランザクションの再生を防ぐ。
2.特定のユーザーとそのステークが特定のフォークを使っていることをネットワークに知らせます。
時間が経つにつれて、すべてのユーザーがブロックチェーンを直接確認することになり、偽造チェーンが正規のチェーンからトランザクションを移行できなくなるため、チェーンを偽造することが困難になります。
Consensus Algorithm (BFT-DPOS)
.IO software utilizes the only known decentralized consensus algorithm proven capable of meeting the performance requirements of applications on the , . Under this algorithm, those who hold on a adopting the .IO software may select block producers through a continuous approval voting system. Anyone may choose to participate in block production and will be given an opportunity to produce blocks, provided they can persuade holders to vote for them.
The .IO software enables blocks to be produced exactly every 0.5 second and exactly one producer is authorized to produce a block at any given point in time. If the block is not produced at the scheduled time, then the block for that time slot is skipped. When one or more blocks are skipped, there is a 0.5 or more second gap in the .
Using the .IO software, blocks are produced in rounds of 126 (6 blocks each, times 21 producers). At the start of each round 21 unique block producers are chosen by preference of votes cast by holders. The selected producers are scheduled in an order agreed upon by 15 or more producers.
If a producer misses a block and has not produced any block within the last 24 hours they are removed from consideration until they notify the of their intention to start producing blocks again. This ensures the network operates smoothly by minimizing the number of blocks missed by not scheduling producers who are proven to be unreliable.
Under normal conditions a DPOS does not experience any forks because, rather than compete, the block producers cooperate to produce blocks. In the event there is a fork, consensus will automatically switch to the longest chain. This method works because the rate at which blocks are added to a fork is directly correlated to the percentage of block producers that share the same consensus. In other words, a fork with more producers on it will grow in length faster than one with fewer producers, because the fork with more producers will experience fewer missed blocks.
Furthermore, no block producer should be producing blocks on two forks at the same time. A block producer caught doing this will likely be voted out. Cryptographic evidence of such double-production may also be used to automatically remove abusers.
Byzantine Fault Tolerance is added to traditional DPOS by allowing all producers to sign all blocks so long as no producer signs two blocks with the same timestamp or the same block height. Once 15 producers have signed a block the block is deemed irreversible. Any byzantine producer would have to generate cryptographic evidence of their treason by signing two blocks with the same timestamp or blockheight. Under this model a irreversible consensus should be reachable within 1 second.
Transaction Confirmation
Typical DPOS blockchains have 100% block producer participation. A transaction can be considered confirmed with 99.9% certainty after an average of 0.25 seconds from time of broadcast.
In addition to DPOS, .IO adds asynchronous Byzantine Fault Tolerance (aBFT) for faster achievement of irreversibility. The aBFT algorithm provides 100% confirmation of irreversibility within 1 second.
Transaction as Proof of Stake (TaPoS)
The .IO software requires every transaction to include part of the hash of a recent block header. This hash serves two purposes:
- prevents a replay of a transaction on forks that do not include the referenced block; and
- signals the network that a particular user and their stake are on a specific fork.
Over time all users end up directly confirming the which makes it difficult to forge counterfeit chains as the counterfeit would not be able to migrate transactions from the legitimate chain.
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■まとめ
・EOSネットワーク上では、DPOSというコンセンサスアルゴリズムを用いている。ブロック生成ができるブロックプロデューサーは、EOSトークンの保有者の投票によって21人選ばれる。
・ブロックの生成は126ブロックを21人各6ブロック行い（0.5秒毎に1人のプロデューサーが生成）、分散性が保たれている。
・ブロック生成の際、ブロック生成を見逃したブロックプロデューサーをスケジュールしないことで、ネットワーク運営を円滑に実施している。
・DPOSでは、ブロック生成を協力して行うため通常フォークは発生しない。
・仮に、2つのフォークでブロック生成した場合、暗号証拠が残るため不正を働こうとした人は除外されうる。
・トランザクションにおいて、新しいブロックヘッダーのハッシュ値の一部を含めるため、チェーンを偽造することが困難になる。
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＜用語解説＞
■フォーク
→ブロックチェーンが途中で枝分かれする現象。同時進行で複数のブロックへの書き込みが行われたり、悪意のある人が意図的に書き込みをした場合に発生する。
■ビザンチン将軍問題
→相互に通信しあう何らかのオブジェクト群において、通信および個々のオブジェクトが故障または故意によって偽の情報を伝達する可能性がある場合に、全体として正しい合意を形成できるかを問う問題
※Wikipediaより引用
■ブロックハイト（block height）
→何番目に生成されたブロックかを表す数値
■ジェネシスブロック（Genesis Block）
→ブロックチェーン上の１番最初に生成されたブロック
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■Dapps開発者向けプラットフォーム「dappStart」
＜目的＞ブロックチェーン開発者の開発・学習コストを下げること
＜サービス機能＞
①EOSの開発者向けの情報提供
②GUIやドキュメントを用いた無料Deployツールの提供
・deployツール紹介動画
③EOS開発者同士のコミュニティ
Published at Sun, 21 Apr 2019 10:56:21 +0000
