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新型ブロックチェーンプロトコル：DAGコンセンサスと無コンセンサスを組み合わせて高性能と安全性を実現
ブロックチェーン技術の進歩と新型プロトコルの探索
ビットコインの誕生以来、ブロックチェーン技術は顕著な進展を遂げてきました。ゲームやNFTなどの新しいアプリケーションシーンの登場に伴い、業界は技術の効率を向上させる方法を絶えず模索しています。特に、高負荷の処理とリアルタイム応答の提供においてです。L1ブロックチェーンは二つの大きな課題に直面しています。一つは低遅延を維持しながら高スループットを実現する必要があること、もう一つはコンセンサスプロトコルの長期的な安定性を確保することです。これらの課題を解決する過程で、検証ノードの動的な参加と再構成を通じて分散型を維持する必要があります。
高スループットを実現する方法の一つは、DAGベースのコンセンサスプロトコルを使用することです。これらのプロトコルは、ブロックチェーンが同時に大量の取引を処理できるようにし、ゲームやNFTなどのアプリケーションに非常に適しています。しかし、DAGベースのプロトコルは通常、数秒の遅延を引き起こし、通常の送金やゲーム操作に対する時間コストが高くなります。
一方で、非合意プロトコルは遅延の削減と拡張において巨大な潜在能力を示しています。これらのプロトコルは合意の必要性を排除し、独立したトランザクションの並列処理に対して全体的な順位付けを行うことなく、トランザクションを迅速に処理することを可能にします。しかし、これらは制限された単純なブロックチェーン操作の一種に限られており、実現できるスマートコントラクト機能を制限しており、動的に変化するバリデーターのセットを再構成することは挑戦的である可能性があります。
これらの方法には可能性がありますが、現在のところ、主に学術研究の段階にとどまり、生産レベルのブロックチェーンでは広く使用されていません。新しいタイプのプロトコルは、DAGに基づくコンセンサスと非コンセンサスの方法を組み合わせており、両方の利点を実現することを目指しています：サブ秒の遅延と毎秒数千件の取引の持続的なスループット。このプロトコルは、これらの二つのタスクを達成するだけでなく、共有オブジェクト上で複雑な契約を表現し、チェックポイントを生成し、期間を超えて検証者セットを再構成する能力を維持しています。
この新しいプロトコルは、上記の二つの方法を組み合わせる独自のアプローチを採用しています。単一の所有者が所有する資産（所有するオブジェクト）操作の安全性を確保するために、システムは検証者間で一貫したブロードキャストプロトコルを採用しており、これにより遅延は合意を下回ります。共有オブジェクト上で動作する複雑なスマートコントラクトを処理するためにのみ合意に依存しており、つまり、任意のユーザーが変更できるオブジェクトです。このプロトコルは、チェックポイントの定義や検証者の再構成など、ネットワークメンテナンス操作もサポートしています。複製されたビザンチン環境でトランザクションを処理する際、この新しい戦略は性能と安全性のバランスを取ったソリューションを提供します。
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この新しいプロトコルでは、秘密鍵を持つユーザーが取引を作成し署名して、彼らが所有するオブジェクトや彼らが所有するオブジェクトと共有オブジェクトの混合体を変更します。取引は各検証ノードに送信され、検証ノードは一連の有効性と安全性のチェックを実行し、署名を行い、署名済みの取引をクライアントに返します。クライアントは、取引証明書を形成するために、圧倒的多数の検証ノードからの応答を収集します。この時、取引は不可逆的であると見なすことができます。
証明書の組み立てが完了したら、すべての検証ノードに返送され、検証ノードはその有効性を確認し、顧客に受領を確認します。取引が独占オブジェクトを含む場合、取引証明書は即座に処理され実行され、コンセンサスエンジンを待つ必要はありません。すべての証明書はDAGベースのコンセンサスプロトコルに転送されます。コンセンサスは最終的に証明書の総順序を出力します；検証ノードは共有オブジェクトを含む取引を確認し実行し、顧客は大多数の検証ノードからの応答を収集し、それらを効果証明書として組み立て、取引の決済の証明として使用します。その後、各コンセンサス提出に対してチェックポイントを形成し、これは再構成プロトコルを駆動するためにも使用されます。
主要な取引プロセスに加えて、このプロトコルは生産レベルのブロックチェーンをサポートするための多くの施設を提供しています：
最終的な確定性に達した後、システム内のすべての取引の因果関係の履歴を生成するチェックポイントプロトコルを実装します。これは、完全な監査のため、および完全なノードと遅延検証ノードを効率的に同期させるために使用されます。
各時代の終了時に再構成をサポートします。この時、バリデーターセットとその投票権が変わる可能性があります。すべての最終トランザクションが1つのエポックに含まれることを保証するために、各エポックは慎重に閉じて、最終的に安全であることを確認する必要があります。
以前の無共識プロトコルにおける問題を解決しました：脆弱なクライアントが資産を二重使用した場合、資産は永遠にロックされます。新しいプロトコルは、エポックの終了時に誤ってロックされた資産を安全に「解除」し、バグの損害を最小限に抑えます。
この新しいプロトコルは、大量の価値を持つブロックチェーンの管理をサポートします。完全な技術報告書は、安全性と活性プロトコルがどのように機能するかについての詳細情報を提供し、標準的な分散システムモデルにおける部分的に同期したビザンチン参加者の安全性証明についても説明しています。