ビットコイン教室：不可能な結果

あり得ない結果。グローバル時間の概念がないため、コンセンサス プロトコルに使用できるアルゴリズムのセットが大幅に制限されます。実際、まさにこれらの制限のせいで、分散コンセンサスに関する記述の多くはいくぶん悲観的であり、多くの不可能と思われる結果が確認されています。有名な不可能性の結果として、ビザンチン将軍問題が挙げられます。これは、ビザンチン軍が軍団に分かれており、各軍団は将軍によって指揮され、将軍は使者を介して通信して共同行動を計画するという古典的な問題です。将軍の中には裏切り者もおり、忠実な将軍たちが統一された計画に到達できないように故意に妨害行為を企てる者もいるかもしれません。この問題の目的は、忠実な将軍全員に計画に同意させ、裏切り者の将軍が悪い計画を受け入れさせないようにすることですが、将軍の 3 分の 1 以上が裏切り者である場合、これは不可能であることが証明されています。

より微妙な不可能性の結果は、最初にそれを証明した著者の名前で有名なフィッシャー・リンチ・パターソン不可能性結果と呼ばれます。ノードが決定論的に動作するなどのいくつかの条件下では、1 つのプロセスに障害がある限りコンセンサスは不可能であることが実証されました。

これらのありそうもない結果にもかかわらず、文献にはいくつかのコンセンサス プロトコルが言及されており、その中で最も有名なものの 1 つが Paxos です。 Paxos は一定の妥協をしましたが、一方では不連続な結果は生み出しませんでした。他方では、まれではあるものの、特定の条件下でトレードオフを受け入れたため、プロトコルは泥沼にはまり込み、何の進歩もありませんでした。

従来の想定を打ち破る。しかし、良いニュースもあります。これらの不可能性は、分散データベースの研究に使用される特定のモデルで実証されており、このモデルはビットコインにうまく変換できず、モデルが行った多くの仮定に違反しています。ある意味では、これらの結果は、分散コンセンサスの問題についてよりも、モデルについて多くのことを教えてくれます。

皮肉なことに、最近の研究が示すように、ビットコインにおけるコンセンサスは理論よりも実践の方がうまく機能します。言い換えれば、私たちはコンセンサスがどのように機能するかを完全に説明する理論を開発することなく、コンセンサスが機能するのを観察してきたのです。しかし、予期しない攻撃や障害を予測できるように、そのような理論を開発することが重要です。さらに、ビットコインのコンセンサスメカニズムがどのように機能するかを理論的にしっかりと理解して初めて、ビットコインのセキュリティと安定性を確保することができます。

ビットコインは従来のコンセンサスモデルのどのような前提に違反しているのでしょうか?まず、分散型コンセンサス プロトコルにとって非常に斬新なインセンティブの概念を導入します。これはビットコインでのみ可能なことであり、ビットコインは通貨であり、参加者に正直に行動するようインセンティブを与えるメカニズムを備えているため、一般的な意味では分散合意の問題を解決しませんが、通貨システムという特定の意味では解決します。

第二に、ビットコインはランダム性の概念を採用しています。次の 2 つのセクションで説明するように、ビットコインのコンセンサス アルゴリズムはランダム化に大きく依存しています。さらに、彼は合意が生じるための特定の開始時間と終了時間を排除し、代わりに現実世界でおよそ 1 時間というより長い期間にわたって合意が生じるようにしました。しかし、1 時間経過しても、ノードは特定のトランザクションまたはブロックが元帳に入力されたことを保証することはできません。むしろ、時間が経つにつれて、あなたが信じている特定のブロックが合意される可能性はますます高くなり、意見の不一致の可能性は飛躍的に減少します。これらのモデルの違いは、分散型コンセンサスアルゴリズムの従来の不可能な結果を​​回避するビットコインの能力の鍵となります。