ブロックチェーン/レベル III · ネットワーク/3.3 コンセンサスとガバナンス/レッスン 1
ナカモトコンセンサス：最も多くの作業量が積み上がったチェーン
声ではなく、重さで勝つチェーン
用意するものビットコインのホワイトペーパー、第11節（「Calculations」）電卓またはスプレッドシート
問い
- リーダーも投票もなしに、何千人もの見知らぬ人々はどのようにして単一の歴史に合意できるのか？
- なぜブロックが1つ追加されると、過去のトランザクションを覆すことがより難しくなるのか？
- 2つのチェーンが10分間同時に存在すると、何が起こるのか？
探究
- ビットコインにおけるコンセンサスは選挙ではない。固定されたメンバーもリーダーもおらず、正式な投票も行われない。すべてのフルノードが、包括的なルールに照らしてトランザクションを独立して検証する。マイナーはこれらの有効なトランザクションをブロックにまとめる際、プルーフ・オブ・ワークを実行する。つまり、タイムスタンプとして機能する、計算コストの高いパズルを解くのである。この作業によってブロックはチェーンに固定され、改変には多大なコストがかかるグローバルな歴史の一部となる。
- 2つの競合するチェーンが現れると、すべてのノードは単純なルールに従う。累積されたプルーフ・オブ・ワークが最も多いチェーンを採用するのである。一方のブランチが累積作業量で先行すると、もう一方は放棄され、そのトランザクションは、勝ったブランチにすでに含まれていない限りメンプールに戻る。この仕組みによってシビル攻撃は無力化される。計算能力が伴わなければ、何千もの偽のアイデンティティを作っても意味がないからだ。どの有効な履歴が勝つかを決めるのはアイデンティティではなく、プルーフ・オブ・ワークで測られる重みである。
- 合意は絶対的なものではなく、確率的なものである。攻撃者が誠実なチェーンを追い越すには、そのブロックとそれ以降のすべてのブロックの作業をやり直さなければならないため、トランザクションはその上にブロックが積み重なるたびに安全性が高まる。ホワイトペーパーの第11節はこのリスクを計算している。攻撃者がハッシュパワーの割合qを支配している場合、zブロック遅れた状態からいずれ追いつく確率は、zが増えるにつれて指数関数的に低下する。
- ネットワークのハッシュレートの10％しか持たない攻撃者（q = 0.1）の場合、5承認を経たトランザクションを覆せる確率は0.1％未満である。この数学的な減衰が、加盟店や取引所にとってのセキュリティモデルとなっている。数ブロックが破棄されて別の有効なチェーンが採用される短いチェーン再編成は通常の動作の一部であり、障害を示すものではなく、プルーフ・オブ・ワークに内在するダイナミックな競争の表れである。
- 第6節では、インセンティブが合理的な行動主体をネットワークの安定性と一致させると論じている。大きなハッシュパワーを持つマイナーは、システムに攻撃を加えるよりも規則に従う方が多くの利益を得られる。なぜなら、彼らが保有するコインの価値はネットワークの信頼性に依存しているからだ。その信頼を損なえば、彼らが持つ資産自体の価値が下がってしまう。このような経済的な結びつきにより、大規模なプレイヤーはコンセンサスを乱すのではなく、それを維持することに強い利害関心を持つことになる。
- ホワイトペーパーの計算を再現してみよう。第11節には短いCプログラムと表が示されている。q = 0.1の攻撃者が5ブロック遅れから追いつく確率は約0.0009で、0.1％未満である。q = 0.3の場合、同じ5ブロックでも約18％の確率が残り、リスクを0.1％未満に下げるにははるかに深い承認が必要になる。セキュリティは固定のブロック数ではなく、攻撃者がどれだけのハッシュパワーを集められるかに左右される。
重要な事実
- ナカモトコンセンサスは、累積プルーフ・オブ・ワークが最も多い有効なチェーンに従う。
- 固定のメンバーやリーダーはおらず、誰でもいつでもマイニングを行ったり脱退したりできる。
- ハッシュパワーの10％を持つ攻撃者が5ブロック遅れから追いつく確率は、0.1％未満である。
- 短いチェーン再編成は、プルーフ・オブ・ワークのネットワークでは通常の運用上の出来事である。
- マイナーにはルールに従う経済的インセンティブがある。彼らのコインの価値はネットワークへの信頼に依存しているからだ。
- ホワイトペーパーの第11節は、トランザクションのファイナリティに関する確率的なセキュリティモデルを定義している。
演習 九・六・三・一
9集める複数の当事者間で合意が必要だった歴史的・技術的なシステムを9つ挙げてください。争いの解決に中央機関、投票、計算上の重みのいずれが用いられたかも記載してください。
6まとめるこれら9つのシステムを、不正をどのように防いだかに基づいて、「信頼できる第三者」「法的強制」「評判スコア」「ステークに基づくペナルティ」「多数決」「計算コスト」の6つのカテゴリーに分類してください。
3絞り込む6つのグループを、見知らぬ者同士が互いの意図を信頼せずに合意できるようにする3つの核心的なメカニズムに絞り込んでください。
1結晶化する「最大の作業量」が「多数の声」よりも堅牢なコンセンサスルールである理由を、1文で説明してください。
事実確認
日付、数字、主張は、下記に記載された公表資料と照合して確認しました。