Pi Networkのスターリャコンセンサスプロトコルとは何ですか？

ソース：CryptoNewsNet オリジナルタイトル：Pi Networkのスター Consensus Protocolとは？ オリジナルリンク：

スター Consensus Protocolとフェデレーテッド・バイザンティン合意の基礎

Pi Networkのコンセンサスメカニズムは、2015年に導入されたスター（Stellar）ブロックチェーンのSCPに基づいています。SCPはスタンフォード大学のコンピュータ科学者デイビッド・マジエレスによって設計され、スター・ネットワーク上に実装されました。マイニングや経済的ステークに依存するのではなく、SCPはノード間の合意を利用し、誰を信頼するかを明示的に決定します。

SCPの中心にはフェデレーテッド・バイザンティン合意（FBA）(FBA)があります。従来のバイザンティンフォールトトレランスシステム（例：PBFT）は、固定されたバリデータリストを前提としています。その前提はオープン性を制限し、グローバルな参加を困難にします。FBAは固定メンバーシップの要件を排除します。各ノードは独立して自分のクォーラムスライスを選択し、これは合意に十分と考える他のノードのサブセットです。クォーラムは、すべてのメンバーが少なくとも1つのクォーラムスライスを完全に含むノードの集合です。

これらのスライスが十分に重なり合うことでクォーラムが形成され、合意が生まれます。安全性はクォーラムの交差性に依存し、つまり2つのクォーラムは少なくとも1つの正直なノードを共有しなければなりません。ライブネスは、いくつかのノードが失敗してもネットワークがクォーラムを形成できる能力に依存します。

このモデルは、オープンな参加を可能にしつつ、バイザンティンフォールトに耐性を持たせています。実際には、SCPは、誤った動作をするノードを除去した後でもクォーラムの交差性が保たれる限り、任意の誤動作を処理できます。

FBAとSCPの基本原則

フェデレーテッド・バイザンティン合意は、固定されたバリデータセットを前提としない古典的なバイザンティンフォールトトレランスを一般化したものです。各ノードは信頼をローカルに定義し、グローバルなルールから継承しません。

クォーラムスライス：ノードは自分が依存する他のノードを自ら決定します。これらのスライスはネットワーク全体で一様ではありません。社会的、組織的、運用上の信頼を反映しています。

クォーラムの交差性：安全性を保つために、形成可能なすべてのクォーラムは、誤ったノードを除去した後も交差し続ける必要があります。交差性が失われると、ネットワークは矛盾した決定を下すリスクがあります。

健全なノードと汚染されたノード：健全なノードは、誤ったノードを除去した後も正しく機能し続けることができるものです。汚染されたノードは技術的には正直ですが、進行に誤ったノードに依存しているため、ライブネスを失います。

排除可能なセット：SCPの正式モデルは、クォーラムの交差性と可用性を維持しながら除去できるノードの集合を定義します。これにより、誤り耐性について厳密に議論でき、ハードな数値閾値に頼る必要がありません。

これらの特性により、SCPは設計者が「最適な安全性」と呼ぶものを実現します。非同期ネットワーク条件下でも、理論的に合意が保証される場合に限り、合意が成立します。

SCPがコンセンサスに到達する仕組み

SCPは、各スロット（ブロックや取引セットを表す）ごとに2つの段階で合意に達します。

最初の段階は候補値の選定（ノミネーション）です。ノードはフェデレーテッド投票を用いて取引セットを候補として提案します。混乱を避けるために、暗号ハッシュ関数を用いてノミネーションの優先順位を決定します。時間とともに、健全なノードは有効な取引の合成値（通常は有効な取引の合併）に収束します。

ノミネーションが収束したら、次の段階は投票（バロッティング）です。ここでは、ノードはカウンターと値からなる投票用紙（バロット）に投票します。進展が停滞するとカウンターは増加します。ノードは準備（prepare）、コミット（commit）、外部化（externalize）のステップを経て、最終的な決定を行います。クォーラムがこれを確認すると、その値は外部化され、決定は確定します。

すべてのメッセージは暗号鍵で署名され、ハッシュ関数は優先順位付けと値の結合に使用されます。これらの仕組みにより、偽造やリプレイ攻撃を防止します。

実運用のネットワークでは、SCPは通常3〜5秒以内に最終性に達します。プルーフ・オブ・ワークのような確率的な決済ウィンドウはなく、一度外部化された値はクォーラムの交差性を破ることなく逆転できません。

他のコンセンサスメカニズムとの比較

SCPは、プルーフ・オブ・ワークやプルーフ・ステークと根本的に異なります。

プルーフ・オブ・ワーク：計算能力に依存し、多くのハッシュパワーが正直であると仮定します。最終性は確率的であり、エネルギー消費も高いです。

プルーフ・ステーク：経済的ステークに依存します。合意は合理的な行動と資本分布に関する仮定に基づきます。

これに対し、SCPは明示的な信頼関係に依存します。エネルギーを消費せず、ステークの大きさによる影響もありません。誤動作耐性はトークン所有量ではなく、クォーラムの構造によって決まります。これにより、低遅延と予測可能な最終性を重視するネットワークに適しています。

Pi NetworkがSCPを採用する方法

Pi Networkは新しいコンセンサスプロトコルを発明したわけではありません。SCPを適用し、少数の制度的バリデータではなく、多数の個人ユーザーをサポートするために調整しています。プロジェクトはスターのオープンソースコードを基盤としつつ、信頼の確立と参加報酬の仕組みを変更しています。

最も顕著な適応は、セキュリティサークルの導入です。ユーザーは3〜5人の信頼できる連絡先を追加することを奨励されます。これらのサークルはグローバルな信頼グラフに集約され、ノードはこのグラフを用いてクォーラムスライスの設定を行います。

この仕組みは、信頼を制度や組織ではなく、実在の人間関係に根ざすことを意図しています。本人確認（KYC）を通じた身元証明は、シビルアタックのリスクを低減します。このモデルでは、信頼は検証済みの個人から社会的つながりを通じて流れます。

Pi Networkはまた、複数の参加者役割を定義しています。パイオニアは日次でチェックインする一般ユーザーです。コントリビューターは連絡先を追加して信頼グラフを強化します。アンバサダーは新規ユーザーを募集します。ノードはデスクトップやノートパソコン上でSCPソフトウェアを動かし、直接コンセンサスに参加します。オープンポートを持ち、稼働率の高いノードはクォーラム形成において影響力を増します。

Pi Networkのマイニングは、プルーフ・オブ・ワークの意味でのマイニングではありません。これはSCPによるスケジュールされた配布プロセスです。報酬は役割、活動、稼働時間、信頼貢献に基づいて割り当てられます。マイニングプールや競争的な計算はありません。

取引処理とパフォーマンス

Pi Networkの取引はモバイルアプリを通じて提出され、ノードに転送されます。ノードは署名と取引履歴を検証し、ノミネーションセットに取引を含めます。

コンセンサスメッセージは軽量で、標準的なネットワーク上で交換されます。ブロックはおよそ5秒ごとに生成されます。初期のネットワークターゲットは、ノードの参加状況やメッセージのオーバーヘッドにより、数百から低千の取引/秒の範囲でした。

取引手数料は主に優先順位付けのためのもので、収益源ではありません。プロトコルの効率性は、マイニングの不在とフェデレーテッド投票に必要な小さなメッセージサイズに由来します。

セキュリティ特性と保証

技術的観点から、Pi NetworkはSCPの基本的なセキュリティ保証を継承しています。これには決定論的な最終性、クォーラム交差性下でのバイザンティンフォールトへの耐性、メッセージの暗号学的整合性が含まれます。

追加の社会的層は、新たなトレードオフをもたらします。セキュリティサークルやKYCは偽アカウントの蔓延を抑えることができますが、検証システムや信頼グラフの構造に依存します。信頼が過度に集中したり、多くのユーザーが少数のノードに依存したりすると、クォーラムの交差性が弱まる可能性があります。

SCP自体は、信頼をグローバルまたは一様にする必要はありません。安全性は、ノード運営者が設定した構成に依存します。これにより、多様で良く接続されたスライスを促進する責任がネットワークにあります。

制限と批判

Pi Networkのコンセンサス実装に対する批判の多くは、分散性とスケーラビリティに焦点を当てています。

初期段階では、限られた数のコアノードがクォーラムの交差性維持に重要な役割を果たしてきました。これにより、根底にあるプロトコルが分散化をサポートしていても、中央集権の印象を与えることがあります。

スケーラビリティも懸念事項です。ノード数が増加すると、メッセージの複雑さも増大します。SCPはスターでの実証済みですが、Pi Networkの個別運用ノードの強調は稼働時間や接続性のばらつきをもたらします。

結論

Pi NetworkのスターConsensus Protocolの採用は、よく研究されたコンセンサスモデルを大衆向けのモバイル環境に適用しようとする試みです。SCPは高速な最終性、低エネルギー消費、フェデレーテッド・バイザンティン合意による形式的な安全性を提供します。Pi Networkはこれに、社会的信頼と本人確認をクォーラム形成と報酬分配に組み込むことで拡張しています。

このシステムは、アクセス性と人間の参加を優先しつつ、確立されたコンセンサス研究に依存しています。その強みと弱みは、未検証の暗号技術ではなく、設定の選択、ネットワークのインセンティブ、ガバナンスに根ざしています。Pi Networkを技術的な観点から評価するには、投機やマーケティングの物語ではなく、これらの仕組みを理解することが重要です。