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Piホワイトペーパー
2021年12月のホワイトペーパーの章「トークンモデルとマイニング」および「ロードマップ」は、2019年の元のホワイトペーパーの増編として発表され、Mainnetに関する新しい情報が含まれています。最初の2019年3月のホワイトペーパーは、その内容の更新が必要かもしれませんので、最新のPiネットワーク通信を参照して最新情報をご確認ください。これらの二つのホワイトペーパーは、Mainnetのクローズドネットワーク期間中に収集したデータに基づいて変更される可能性があります。

当初は2019年3月を予定しています
2021年12月号
ホワイトペーパー：2019年3月原文
紹介

前書き
世界がますますデジタル化する中で、暗号通貨は通貨進化の次の自然なステップです。Piは一般の人々に提供される最初のデジタル通貨であり、世界規模で暗号通貨を採用する上で重要な一歩を表しています。

私たちの使命は、安全で一般の人々が運営する暗号通貨とスマートコントラクトのプラットフォームを構築することです。

私たちのビジョン：Pi（世界で最も普及している暗号通貨）の推進により、世界で最も包括的なピアツーピアエコシステムとオンライン体験を構築すること。

上級読者への免責事項：Piの使命はできる限り包括的であるため、私たちはこの機会を利用して、ラビットホールに私たちのブロックチェーンの初心者を紹介します。

序章：なぜ暗号通貨が重要なのか
現在、私たちの日常的な金融取引は、取引記録を維持するために信頼できる第三者に依存しています。例えば、銀行取引を行う際、銀行システムは記録を保存し、取引の安全性と信頼性を保証します。同様に、シンディがペイパルを通じてスティーブに5ドルを送金する際、ペイパルは中央記録を保持し、シンディの口座から5ドルを借り入れ、スティーブの口座に5ドルを貸し付けます。銀行やペイパルのような仲介機関および現在の経済システムにおける他のメンバーは、世界の金融取引を規制する上で重要な役割を果たしています。

ただし、これらの信頼できる仲介者の役割には限界もあります:

不公平な価値の捕獲。これらの仲介機関は数十億ドルの富を創出しています（PayPalの時価総額は約1300億ドル）、しかし実際には何も彼らの顧客--現地の普通の人々に渡していません。彼らのお金は世界経済の中でかなりの割合を占めています。ますます多くの人々が取り残されています。
手数料。銀行や企業は取引を促進するために多額の手数料を請求します。これらの手数料は、選択肢が最も少ない低所得者層に不均衡に影響を及ぼすことがよくあります。
審査。特に信頼されている仲介者があなたのお金を移動すべきでないと決定した場合、彼らはあなたのお金の移動を制限することができます。
承認されました。信頼できる仲介者はゲートキーパーとして機能し、誰でも自由にネットワークの一部になるのを阻止できます。
仮名。プライバシーの問題がより切迫しているとき、これらの強力な門番は、あなたが望む以上にあなた自身の財務情報を意図せず明らかにするか、あるいはあなたに開示を強いる可能性があります。
2009年に匿名のプログラマー(または組織)であるサトシ・ナカモトによって立ち上げられたビットコインの「ピアツーピア電子キャッシュシステム」は、金銭的自由の分岐点となりました。 歴史上初めて、人々は第三者や信頼できる仲介者を必要とせずに安全に価値を交換できるようになりました。 ビットコインで支払うということは、スティーブやシンディのような人々が、機関の手数料、障壁、侵入を回避して、直接お互いに支払うことができることを意味します。 ビットコインはまさに国境のない通貨であり、新しい世界経済を動かし、つなげています。

分散型台帳の概要
ビットコインは、分散レコードを使用してこの歴史的な偉業を達成しました。 現在の金融システムは従来の中央の真実の記録に依存していますが、ビットコインの記録は、この公開台帳にアクセスして更新する「バリデーター」の分散型コミュニティによって維持されています。 ビットコインプロトコルは、この分散コミュニティによって検証および保守されているトランザクションの記録を含む、グローバルに共有される「Googleスプレッドシート」と考えてください。

ビットコイン（および一般的なブロックチェーン技術）の突破口は、たとえ記録がコミュニティによって維持されていても、この技術が彼らに常に真の取引について合意に達することを可能にし、詐欺師が虚偽の取引を記録したり、システムを超えたりできないようにすることです。この技術的進歩により、中央の仲介者を排除することが可能になり、取引の金融安全性を損なうことなく行えます。

分散型台帳の利点:
分散化に加えて、ビットコイン、または一般的な暗号通貨は、お金をよりスマートで安全にすることができるいくつかの優れた特性を共有していますが、異なる暗号通貨は、プロトコルの実装に応じて、一部のプロパティで強く、他のプロパティで弱い場合があります。 暗号通貨は、一般にアクセス可能なアドレスで識別され、非常に強力な非公開のパスワード(秘密鍵と呼ばれる)で保護された暗号ウォレットに保管されます。 この秘密鍵は、トランザクションに暗号で署名するため、不正な署名を作成することはほぼ不可能です。 これにより、セキュリティと非隔離が実現します。 政府当局に差し押さえられる可能性のある従来の銀行口座とは異なり、ウォレット内の暗号通貨は、秘密鍵がなければ誰も持ち出すことができません。 暗号通貨は、その分散型の性質により、誰でもネットワーク内の任意のコンピューターにトランザクションを送信して記録と検証を行うことができるため、検閲に耐性があります。 暗号通貨取引は、取引の各ブロックがそれ以前に存在していたすべてのブロックの暗号証明(ハッシュ)を表しているため、不変です。 一度誰かがあなたにお金を送った後、その支払いを盗むことはできません(つまり、ブロックチェーン上でチケットがバウンスすることはありません)。 一部の暗号通貨は、アトミックトランザクションをサポートすることさえできます。 これらの暗号通貨の上に構築された「スマートコントラクト」は、施行のために法律に依存するだけでなく、公的に監査可能なコードを通じて直接依存しているため、信頼性が低く、不動産のエスクローなど、多くのビジネスの仲介者を排除することができます。

分散型台帳（マイニング）を保護する
分散型トランザクション記録を維持する上での課題の一つは安全性です。具体的には、詐欺行為を防ぎつつ、オープンで編集可能な台帳を持つ方法です。この課題に対処するために、ビットコインは「プルーフ・オブ・ワーク」というコンセンサスアルゴリズムを使用した新しいプロセスであるマイニングを導入し、誰が「信頼できる」かを決定し、取引の共有記録を更新します。

マイニングは経済ゲームの一種と見なすことができ、"バリデーター"が取引を記録に追加しようとする際に自らの価値を証明することを強いられます。資格を得るためには、バリデーターは一連の複雑な計算問題を解決しなければなりません。最初に問題を解決したバリデーターは最新の取引ブロックを公開することが許可されます。最新の取引ブロックを公開することで、バリデーターはブロック報酬を"マイニング"することができます--現在は12.5ビットコイン（この記事執筆時点で約40,000ドル）です。

このプロセスは非常に安全ですが、ユーザーが計算の難題を解決するために基本的に「お金を燃やしている」ため、膨大な計算能力とエネルギー消費を必要とします。焼酬率は非常に罰則的であるため、ビットコインの記録上で誠実な取引を公表することは常に検証者の自分の利益にかなっています。

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発行

問題：権力とお金の集中化が第一世代の暗号通貨を手の届かない存在にしている
ビットコインが誕生した初期には、取引を検証し最初のブロックを掘ることに取り組んでいるのはごくわずかでした。誰でも個人用コンピュータでビットコインマイニングソフトウェアを実行するだけで、50 BTCを獲得できました。通貨が普及し始めると、賢いマイナーたちは、複数のコンピュータが作業をすれば、より多くのお金を稼げることに気づきました。

ビットコインの価値が上昇し続けるにつれて、会社全体がマイニングに群がり始めました。 これらの企業は専用チップ(ASIC)を開発し、これらのASICチップを使用してビットコインをマイニングするための巨大なサーバーファームを構築しました。 これらの巨大なマイニング会社の出現は、ビットコインのゴールドラッシュを煽り、一般の人々がネットワークに貢献して報酬を得ることを困難にしました。 彼らの努力はまた、ますます多くのコンピューティングエネルギーを消費し始めており、世界中で増大する環境問題に貢献しています。

ビットコインの採掘の容易さとその後のビットコインマイニングファームの台頭は、ビットコインネットワーク内で急速に大規模な生産権力と富の集中を生み出しました。背景として、現在87％のビットコインは1％のビットコインネットワークによって所有されており、その多くは初期にほぼ無料で採掘されました。もう一つの例として、ビットコイン最大のマイニング事業の一つであるBitmainの数十億の収益と利益があります。

ビットコインネットワークにおける権力の集中は、一般の人々がビットコインを使用することを難しくし、また高価にしています。ビットコインを取得したい場合、最も簡単な選択肢は次のとおりです：

自分で掘ってみてください。専用のハードウェアに接続するだけです（興味があれば、アマゾンにrigがあります）、そして街に入ってください。世界中の大規模なサーバーファームと競争することになるため、消費するエネルギーはスイス政府と同じくらいになることを知っておいてください。あまり多くは掘れないでしょう。
取引所でビットコインを購入する。この記事を書いている時点で、ビットコインを1枚3500ドルで購入できます（注：ビットコインの部分的な数量も購入可能です！）。もちろん、これを行うことは大きなリスクを伴います、なぜならビットコインの価格は非常に変動が激しいからです。
ビットコインは、暗号通貨が現在の金融モデルをどのように混乱させることができるかを最初に示し、人々が第三者に邪魔されることなく取引できるようにします。 自由度、柔軟性、プライバシー性の向上は、デジタル通貨を必然的な新しい標準として推進し続けています。 ビットコインの利点にもかかわらず、その(おそらく意図的ではない)お金と権力の集中は、主流の採用に意味のある障壁をもたらします。 Piのコアチームは、人々が暗号通貨の分野に参入することを躊躇する理由を理解するために調査を行いました。 投資/マイニングのリスクは、長い間、参入の大きな障壁であると考えられてきました。

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解く

ソリューション：Pi-携帯電話でのマイニングをサポート
これらの採用の主な障壁を特定した後、Pi Coreチームは、一般の人々がマイニングできるようにする方法(または、分散トランザクションレコードでトランザクションを検証することで暗号通貨の報酬を得る方法)を見つけることに着手しました。 要約すると、トランザクションの分散レコードを維持する際の主な課題の1つは、そのオープンレコードの更新が不正にならないようにすることです。 ビットコインの記録更新プロセスは検証されていますが(信頼性を証明するためにエネルギー/お金を燃やしています)、ユーザーフレンドリーではありません(または惑星的ではありません)。 Piの場合、追加の設計要件、つまり、非常にユーザーフレンドリーで、理想的にはPCや携帯電話でマイニングできるコンセンサスアルゴリズムを導入しました。

既存のコンセンサスアルゴリズム(トランザクションを分散型台帳に記録するプロセス)を比較すると、Stellarコンセンサスプロトコルは、ユーザーフレンドリーなモバイルファーストマイニングをサポートする最有力候補として浮上しています。 Stellar Consensus Protocol(SCP)は、スタンフォード大学のコンピューターサイエンスの教授であり、スタンフォード大学のコンピューターサイエンス学部の主任科学者でもあるDavid Mazièresによって設計され、Stellar Development Foundation SCPは、Joint Byzantine Protocolと呼ばれる新しいメカニズムを使用して、分散型台帳の更新が正確で信頼性が高いことを確認します。 SCPは、2015年から実用化されているStellarブロックチェーンを通じても実際に展開されています。

整合性アルゴリズムの概要
Piコンセンサスアルゴリズムを紹介する前に、まずコンセンサスアルゴリズムがブロックチェーンに与える影響と、現在のブロックチェーンプロトコルで一般的に使用されているコンセンサスアルゴリズムの種類について簡単に説明します。例えば、ビットコインやSCPなどです。明確にするために、本節では過度に簡略化された形で明記されていますが、完全ではありません。より高い精度を得るためには、以下のSCP適応部分を参照し、スターコンセンサスプロトコルの文書を読むことをお勧めします。

ブロックチェーンは、トランザクションブロックのリストを完全にソートするように設計されたフォールトトレラントな分散システムです。 フォールトトレラント分散システムは、コンピュータサイエンスの研究分野です。 これらは、中央集権的なサーバーを持たないため、分散システムと呼ばれますが、代わりに、ブロックの内容と全体的な順序についてコンセンサスに達する必要があるノードまたはピアと呼ばれるコンピューターの分散型リストで構成されています。 これらは、システムの一定レベルの障害に耐えることができるため、フォールトトレラントとも呼ばれます(たとえば、システム全体が正常に機能し続ける一方で、最大33%のノードに障害が発生する可能性があります)。

コンセンサスアルゴリズムには二つの大きなクラスがあります。一つは、次のブロックを生成するリーダーノードを選択するもので、もう一つは明確なリーダーが存在せず、すべてのノードが相互にコンピュータメッセージを送信して投票を交換した後、次のブロックが何であるかについて合意に達するものです。（厳密に言えば、最後の文にはいくつかの不正確な点がありますが、概ねのスケッチを説明するのに役立ちます。）

ビットコインは最初のコンセンサスアルゴリズムを使用しています：すべてのビットコインノードは、暗号問題を解決する際に互いに競争します。解決策はランダムに見つかるため、実質的に最初に解決策を見つけたノードが偶然にも次のブロックを生成するラウンドのリーダーに選ばれます。このアルゴリズムは「プルーフ・オブ・ワーク」と呼ばれ、大量のエネルギー消費を引き起こします。

恒星の整合性プロトコルの簡単な紹介
Piは、Stellar Consensus Protocol(SCP)とFederated Byzantine Protocol(FBA)と呼ばれるアルゴリズムに基づく他のタイプのコンセンサスアルゴリズムを使用します。 このようなアルゴリズムはエネルギーを浪費しませんが、ノードが次のブロックがどうあるべきかについて「コンセンサス」に達するためには、多くのネットワークメッセージを交換する必要があります。 各ノードは、暗号化署名とトランザクション履歴 (変換を行う権限や二重オーバーヘッドなど) に基づいて、トランザクションが有効かどうかを個別に判断できます。 ただし、コンピューターのネットワークがブロックに記録するトランザクションと、それらのトランザクションとブロックを記録する順序について合意するには、コンピューターが相互にメッセージを送信し、コンセンサスに達するために複数回の投票を行う必要があります。 直感的には、ネットワーク内のさまざまなコンピュータから、どのブロックが次のブロックになるかについてのメッセージは次のとおりです。「私たち全員が次のブロックAに投票することをお勧めします」。 「私は次のブロックAに投票します」; 「私が信頼するノードの過半数も次のブロックAに投票したことを確認します」、それによると、コンセンサスアルゴリズムにより、このノードは次のように結論付けることができます。 A"以外の別のブロックを次のブロックとして持つことはできません。 上記の投票手順は多いように思えるかもしれませんが、インターネットは十分に高速であるため、これらのメッセージは軽量であり、その結果、そのようなコンセンサスアルゴリズムはビットコインのプルーフオブワークよりも軽量です。 このタイプのアルゴリズムの主な代表の1つは、ビザンチンフォールトトレランス(BFT)と呼ばれます。 今日のトップブロックチェーンのいくつかは、NEOやRippleなどのBFTベースのバリアントです。

BFTに対する主な批判の一つは、その中心点が存在することです。投票が関与するため、投票「クォーラム」に参加するノードの集合は、システムの作成者によって最初に集中して決定されます。FBAの貢献は、各ノードが自分自身の「仲裁片」を設定することができる点です。一つの中央で決定された仲裁片だけではなく、異なる仲裁片を形成します。新しいノードは分散的な方法でネットワークに参加することができます。彼らは信頼するノードを宣言し、他のノードを説得して彼らを信頼させますが、中央の権威を説得する必要はありません。

SCP は FBA のインスタンスです。 ビットコインのプルーフ・オブ・ワーク・アルゴリズムのようにエネルギーを消費する代わりに、SCPノードは、ネットワーク内の他のノードが信頼できることを保証することにより、共有レコードを保護します。 ネットワーク内の各ノードは、信頼できると判断したネットワーク内の他のノードで構成されるアービトレート型スライスを構築します。 クォーラムは、そのメンバークォーラムスライスに基づいて形成され、バリデータは、クォーラム内のノードの一部がトランザクションも受け入れる場合にのみ、新しいトランザクションを受け入れます。 ネットワーク上のバリデータがクォーラムを構築する一方で、これらのクォーラムは、ノードがセキュリティを確保したトランザクションでコンセンサスを得るのに役立ちます。 Stellar Consensus Protocolの詳細については、このSCP技術の概要をご覧ください。

Piの星間一貫性プロトコル（SCP）への適応
PiのコンセンサスアルゴリズムはSCPの上に構築されています。SCPは公式に証明されています[Mazieres 2015は現在恒に進行中です。