Interoperability - Proof of Work vs Proof of Stake [Deep dive Analysis]

Rajarshi Mitra

Proof of Work, Proof of Stake & Interoperability: A Quick Overview

今日のガイドでは、暗号プロジェクトの成功に大きな影響を与える可能性のある2つの要素、すなわちコンセンサスメカニズムの選択と相互運用性の実現方法について検討します。したがって、暗号空間における2つの最も顕著なコンセンサスアルゴリズム(証明(POS)と実証(POW)の間の詳細な比較を行います。私たちは、彼らの現在の状況と短期的な将来の期待について調べます。また、相互運用性を実現するために、RSK のような相互運用性プロジェクトについても検討します。

POW と POS-相互運用性

コンセンサスとは

コンセンサスは、グループ内の合意に達する動的な方法です。投票は、少数派の感情や幸福のために何も考えずに過半数のルールに落ち着く一方で、コンセンサスは、グループ全体に利益をもたらすことができる合意に達することを確認します。より理想主義的な観点から、コンセンサスは世界中に散らばっている人々のグループによって利用され、より平等で公正な社会を作り出すことができる。

コンセンサス意思決定の実現方法を「コンセンサスメカニズム」と呼びます。

そこで、コンセンサスを定義しました。コンセンサスメカニズムの目的が何であるかを見てみましょう(Wikipediaから取得したデータ)。

合意を求めて:コンセンサスメカニズムは、できるだけグループからできるだけ多くの合意をもたらす必要があります。

コラボレーション:すべての参加者は、グループの最善の関心を第一に置く結果を達成するために一緒に働くことを目指すべきです。

協力:すべての参加者は、まず自分の興味をそそり、個人よりもチームとして働くべきではありません。

平等主義:コンセンサスを達成しようとするグループは、できるだけ公平でなければなりません。これは基本的に、それぞれとすべての投票が等しい重みを持っていることを意味します。一人の人の投票は、他の人の投票よりも重要ではありません。

包括的:できるだけ多くの人々がコンセンサスプロセスに関与する必要があります。彼らは彼らの投票に長期的には何のウェイトも持たないと信じているので、人々が投票する気がしない通常の投票のようにすべきではありません。

参加者:コンセンサスメカニズムは、誰もが積極的に全体的なプロセスに参加するようにする必要があります。

POWとは

ビットコインで有名になったPOWは、ビザンチンフォールトトレランスを実現するコンセンサスメカニズムです。では、このプロセスはどのように機能しますか?ちょっと見ていきましょう。

鉱夫は、ブロックチェーンに追加するブロックを「鉱山」するために暗号パズルを解きます。

このプロセスには、膨大な量のエネルギーと計算の使用が必要です。パズルは、それがハードとシステム上の課税になる方法で設計されています.

鉱夫がパズルを解くと、検証のためにブロックをネットワークに提示します。

ブロックがチェーンに属しているかどうかを検証することは、簡単なプロセスです。

捕虜の利点

POWプロトコルに関する最も良いことの1つは、非常に安全であることです。ビットコインの捕虜によって提供されるセキュリティを見てみましょう。

計算ごとに、51%の攻撃が成功してビットコインブロックチェーンをハックするのに.4億もかかることがあります。

誰かがそのような攻撃を開始するための資金を持っていても、彼らはBTCの価格をタンクし、投資のすべてを無意味にします。このように、それはゼロサムゲームの非常に定義です。

捕虜の短所

それによると、従来のPOWプロトコルにはいくつかの欠点があります。

これは、消費する電力とエネルギーの膨大な量のために、非常に非効率的なプロセスです。

より高速で強力なASICを購入できる人や組織は、通常、他のASICよりも採掘の可能性が高くなります。その結果、ビットコインはそれが望むほど分散化されていません。

POWは、固有の欠陥のため、スケーラブルなアプリケーションのホストにはあまり適していません。

他の捕虜チェーンは、採掘活動の欠如のために、ビットコインほど安全ではないかもしれません。

ステークアルゴリズムの証明とは何ですか?

株式の証明は、鉱業プロセス全体を仮想にし、鉱業者をバリデーターに置き換えます。バリデータはエコシステム内でトークンをロックし、ブロックにサインオフすることで報酬を獲得します。これはプロセスの仕組みです:

バリデータは、自分のコインの一部を株式としてロックする必要があります。

その後、彼らはブロックの検証を開始します。つまり、チェーンに追加できると思われるブロックを発見すると、そのブロックにベットを置くことでそれを検証します。

ブロックが追加された場合、バリデータはベットに比例した報酬を得るでしょう。

ご覧のとおり、POSプロトコルはPOWよりもはるかにリソースフレンドリーです。POWでは、プロトコルと一緒に行くために多くのリソースを浪費する必要があります。これは、資源浪費のために基本的に資源浪費です。

ステーク硬貨の証明

証明(証明)コインについて知りたい場合は、ガイドをお読みください。人気のある賭けコインのいくつかは、EOS、トロン、イーサリアム2.0、DASH、TOPネットワークなどです。

POSの利点

ステーキングは、トークンの速度を低下させます。トークン速度は、トークンの取引頻度を測定するために使用される用語であり、ネットワーク値に反比例します。賭けはトークンをロックするので、繰り返し取引されることを防ぎます。

POSは、実際のリソースを使用しないため、POWよりも無駄が少なくなります。

ステーキングは、受動的な収入を得るための素晴らしい方法でもあります。あなたのトークンをロックするだけで、あなたの投資が感謝しているのを見てください。

ステークの証明 vs 労働の証明

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捕虜とPOSの未来

EOS、Cardano、TOPネットワークなどのGen 3以降に属する多くのプロジェクトは、すでにPOSプロトコルを採用しています。純粋な暗号化通貨からフルオンブロックチェーンエコシステムに移行すると、POSのように見えるか、少なくともバリエーションが選択アルゴリズムになります。しかし、ビットコインは依然として支配的な暗号侵害であり、彼らはPOWから移動するデザインを持っていません。

ブロックチェーンと相互運用性

コンセンサス問題に取り組み、次の大きな問題に移ります。現在、相互運用性は大きな問題です。私たちは、異なる要件を持ついくつかのブロックチェーンプラットフォームを持っています。今のところ、この交換が起こる便利で分散化された方法はありません。Cardanoトークンをイーサリアムに置き換えたい場合は、集中交換で行う必要があります。これらの交換はかなり高速で効率的ですが、使用するたびに特定の問題を考慮する必要があります。

取引所は集中しているので、ハッキングの試みや活動のための主要なホットスポットです。

取引所には、登録されている国の準拠法が適用されます。

取引所は定期的なメンテナンスを行うことができ、取引活動をつかむ可能性があります。

これは、異なるブロックチェーンプラットフォームがサイロにならないようにする理由です。彼らは互いに効率的に通信する方法を知っていなければなりません。ビットコインとEthereumはスペース内の2つの最も重要なプロジェクトであるため、これらの2つの計画がお互いに通信する方法を理解することは理にかなっています。現在これを実現しているプロジェクトはRSKです。

RSKイノベーション:トークンブリッジ

RSKは、ユーザーがRSKとEthereumの間でERC-20トークンをクロスすることを可能にするトークンブリッジを作成しました。スマートコントラクト作成者は、コントラクトの実行中にネットワークを介してトークンをクロスすることができます。こうすることで、一方のネットワークでより低い料金を利用しながら、もう一方のチェーンでより高速なコンセンサスを活用できます。

これはどのように動作するかです:

ブリッジスマートコントラクトは、元のチェーンの元のトークンをロックします。

ブリッジはイベントを発行し、サイドチェーン内の双方向ペグを管理するフェデレーションはイベント内の情報を受け取り、もう一方のチェーンのブリッジに送信します。

フェデレーションメンバーの 50% 以上がトランザクションを検証すると、もう一方のチェーンのブリッジは、もう一方のチェーンでロックされたのと同じ量の ERC777 トークンを作成します。

ERC777トークンは、ERC20と互換性があり、より機能的です。

RSKはビットコインとの双方向ブリッジも持っているので、BitcoinerはRSKに移行し、スマートコントラクトとやりとりすることができます。

ブリッジの分散化:HawkClient

RSKは現在、ブリッジを分散させ、異なるネットワークを相互接続するために、いくつかの実装に取り組んでいます。最初の実装はHawkClientと呼ばれ、外部のブロックチェーンと同期しながら1つのホストでスマートコントラクトを維持するインタラクティブなスマートコントラクトシステムです。

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ホーククライアントの特徴

明示的な金銭的価値を有する情報の転送を可能にする

2つのHawkClientシステムは、2つのブロックチェーン間でミラーリングされた方法で実装されています。これにより、あるブロックチェーンから別のブロックチェーンにトークンを転送することができます。

これにより、証明のサイズは縮小されますが、暗号経済モデルのセキュリティの下でブリッジが機能することができます。そのため、システムにストレスをかけながら、高レベルのセキュリティを実現できます。

HawkClient システムには、次の 4 つの役割があります。

証明者だ

ベリファイア。

近似メルクル山脈(AMMR)アップデータまたはAMMRアップデーター

ユーザー。

システムはどのように機能しますか?

証明者はリモートブロックチェーンにコミットし、検証者にコミットメントを送信します。

検証者がチャレンジを発行し、証明者は HawkClient の証明を作成することによってそれに答えます。

この HawkClient プルーフには、メインチェーンとリンケージプルーフから選択されたヘッダーのサブセットがあります。

ヘッダーのこのサブセットは、累積難易度空間をサンプリングすることによって取得されます。これは、擬似乱数ジェネレータに基づいて行われ、検証者の挑戦から派生しています。

検証者は、他の証明者が証明に挑戦したり、代替証明を提示したりすることができます。ネットワークは、累積作業証明が最も高い校正刷りを選択します。

RSKイノベーション:同期チェーン

プロジェクトがサイドケイン統合によって相互運用性や他のいくつかの機能機能を実現できることは長い間知られてきました。しかし、RSKは、より高速なペグインとペグアウトを可能にし、二重支出から保護する新しいマージドマイニングサイドチェーンとサイドチェーンの概念をさらに取り入れています。SyncChain では、各サイドチェーンクライアントは、メインチェーンノードのインスタンスとサイドチェーン固有のノードの両方を実行する必要があります。同期チェーンの主な特徴は、以下の3つである。

二重子育ての遅延か

ペグトランザクションのリンク。

コインベースアンカー。

#1 二重子育ての遅延

デュアルペアレント化は、同期チェーンの背後にあるコア概念の1つです。アイデアは、各サイドチェーンブロックは、サイドチェーンの親とメインチェーンの親を持つ必要があるということです。RSK では、遅延二重子育て (DDP) と呼ばれる二重子育てのバリエーションを使用しています。メインチェーンの親は「チェックポイント」とも呼ばれます。DDPでは、チェックポイントはタイムスタンプとメインチェーンのブロック確認カウントの両方に基づいて、ブロック数(Kとしましょう)によって遅れるように設定されます。

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上の図では、ラグまたはKの値は3です。3つのブロックがチェックポイントを遅らせるので、約3*10 = 30分になります。で、そもそもなぜここに遅れがあるのか?これを考慮してください。

RSK チェーンのブロック時間は 30 秒であると仮定します。

各ビットコインブロックは10分で採掘されます。したがって、2つのブロックの間にメインチェーンがあり、20のRSKブロックがサイドチェーンで採掘されます。

これは、単一のビットコインブロックが覆されると、20のRSKブロックに悪影響を及ぼします。このため、遅延が同期を維持するのに役立ちます。

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上の図で見ることができるように、1つのブロックを覆しても、RSKチェーンには影響を与えませんでした。

この遅延効果を作成するには、同期チェーンには「チェックポイント選択アルゴリズム」または CSA と呼ばれる特別な種類のコンセンサスアルゴリズムが必要です。CSAは、メインチェーンのチェックポイントを選択し、それが適切に検証されているかどうかを認識します。CSA は、ブロックタイムスタンプに基づいて決定します。

SyncChainホワイトペーパーでは、2つのRTAアルゴリズムが示されています。

Mediantime11: Mediantime11, の存在を必要とします 5 チェックポイントにブロックに続くビットコインブロック.このアルゴリズムは、ビットコインブロックBの基準時間をBを中心とした11ブロックの中央値とする。

AdjustedTime:このアルゴリズムは、ビットコインブロックBの参照時間をブロックタイムスタンプと以前のブロック参照時間のより新しいものに設定します。

#2 ペグトランザクションのリンク

すべてのペグインおよびペグアウトトランザクションは、次の理由でリンクされます。

攻撃者がビットコインとRSKブロックチェーンを再編成して、攻撃者が攻撃者自身がペグインまたはペグアウトした時点から資金を二重に費やす攻撃を避けてください。

ペグアウトを固定し、ペグアウトを二重に費やすことが不可能にします。

次の図は、従来のフェデレーションサイドケインのペグインとペグアウトを示しています。

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上の図については、次の 2 つの点に留意する必要があります。

フェデレーションされたマルチシグがペグファンドを保護し、このマルチシグの秘密鍵を持つ当事者を機能と呼びます。

図の赤い線には、関数によって署名されたすべてのトランザクションが含まれています。各トランザクションは 1 つのダミー入力を消費し、1 つのダミー出力を作成するため、使用されていないトランザクション出力または UTXO が常に1つしかありません。この UTXO はリンクトークンまたは「ローケン」と呼ばれ、赤い線はローケンチェーンとして知られています。

ペグイン

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上の図は、ペグインプロセスを示しています。

ブリッジスマートコントラクトにより、機能者はペグイン取引で受け取ったコインを別のUTXOに転送できます。ブリッジスマートコントラクトは、ペグインおよびペグアウトトランザクションを制御します。

ビットコインブロックチェーンからサイドチェーンへあなたを移動するトランザクションは、リンクイントランザクションとして知られています。リンクインはローケンを消費し、新しいローケンを作成します

図では、ユーザーはブロック1のメインチェーンでトランザクションを開始し、サイドチェーンに移動します。この動きは、サイドチェイン・ブロックAがブロック1をチェックポイントするブリッジ上でいくつかのアクションをトリガーします。

3つのサイドチャイン・ブロックの待機期間が開始されます。

ブリッジは、ブロック B のフェデレーション機能に署名し、リンクイントランザクションをブロードキャストするように命令します。

ブロードキャスト後、プロトコルはすぐにペグイン資金を消費し、最終的なマルチシグペグアドレスに移動します。

サイドコインは、ブロックAでリリースされました。

リンクイントランザクションがメインチェーンに含まれるまで、ユーザーはサイドチェーンからペグアウトできません。

ペグアウト

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標準的な作業証明サイドキャビンでは、ペグインとペグアウトの完全な原子性は、鉱夫のコラボレーションなしには達成できません。理論的には、攻撃者がメインチェーンとサイドチェーンを素早く出入りすると、メインチェーンとサイドチェーントークンの両方を保持することができます。

ペグアウト二重過ごしの不実現性を保証するには、サイドチャインの中本コンセンサスに加える必要があります。IOVLabsの調査によると、3つの異なるプロトコルがM.A.D.(相互確実破壊)と無条件の保証とともにそれを達成しています。

よりポピュラーなチェーンウィン(MPCW)同期チェーンのペグアウト

T-Synchronized(TS)同期チェーンのペグアウト

GHOST-CSC(T同期ではない)同期チェーンのペグアウト

#3 コインベースアンカー

IOVLabsごとに、ビットコインプロトコルに新しいオペコードを追加することで、トランザクションを特定のブロックに固定する簡単な方法-OP_CHECK_INPUT_BLOCK_HASH。このコードは引数としてブロックハッシュを受け取り、ハッシュと一致しない場合はブロックを無効にします。しかし、このオペコードは移動トランザクションを制限するので、ビットコインはそれほど面白くなく、ビットコインコミュニティでは受け入れられません。ファンギビリティへの影響が少ない代替オプションは、OP_CHECK_INPUT_BLOCK_TIME です。使用された入力に対応するブロックのタイムスタンプが opcode 引数よりも大きい場合、オペコードはトランザクションを無効にします。

しかし、リンクアウトとペグアウトトランザクションブロックの間のブロックBに存在するコインベーストランザクションからの出力としてペグアウトトランザクションを消費することによって、新しいオペコードなしで同じ結果を達成することができます。これは下の画像で見ることができます。

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このペグアウトトランザクションは、Bが元に戻すと無効になり、リンクアウトを削除する唯一の方法は、Bに戻すことです。

しかし、コインベースアンカーには大きな欠点があります。これらのコインベースのトランザクション出力には、100ブロックの成熟期間があり、これはペグアウトに100ブロックの遅延をもたらします。ペグアウトをコインベースにバインドするために、RSKはRSKマージマイナーに特定のフェデレーションアドレスに金額1サトシを支払う余分な出力を含めるように要求することができ、サトシはペグアウトトランザクションで消費されます。

AdjustedTimeアルゴリズムを使用している間、低額支払の場合、ペグアウトプロセス全体にかかる時間はわずか12分です。対照的に、高額な支払いはコインベースアンカーを必要とするため、平均16時間(100ビットコインブロック)かかります。

結論-POWとPOSと相互運用性

このガイドでは、RSKのようなプロジェクトがどのように相互運用性を統合しようとしているかを明確に説明する必要があります。その前に、POSとPOWの違いと、それらを非常に望ましいものにするさまざまな品質についてお話しました。ご質問がある場合は、以下のコメントで音を立ててください。

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