IOGが次期アップグレード予定のOuroboros Genesis（ウロボロスジェネシス）についての最新情報をブログ記事で発表しました。
Ouroboros Genesisは、Ouroboros Praosの後継となるプルーフオブステーク型のブロックチェーンプロトコルです。Genesisは、動的な環境においてセキュリティを強化し、参加者が現在のブロックチェーンの状態の正しいスナップショットを提供するために信頼できるピアに依存することなく、安全にネットワークに参加することを可能にします。
これは、ローカルに保持されているチェーンとチェーンの密度を比較し、より密度の高いものを採用するという新しいチェーン選択ルールによって実現されており、ノードがオンラインやオフラインになってもシステムの安全性を確保することができます。
Ouroboros Genesisアルゴリズムは、2018年にIOG研究により発表・分析され、真の分散型システムの要件を満たすことが証明されています。
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詳しくは下記のIOGブログ記事をご覧ください。
以下はIOGブログに掲載された記事「Ouroboros Genesis: enhanced security in a dynamic environment」を翻訳したものです。
Ouroboros Genesis：動的環境におけるセキュリティの強化 by IOGブログ
by Christian Badertscher 2023年2月9日
Ouroboros Genesis（ウロボロスジェネシス）は2023年にカルダノに登場します。Genesisの主な特徴は、現在のブロックチェーンの状態の正しいスナップショットを提供するために選択されたピアを信頼する必要なく、参加者が安全にネットワークに参加できるようにすることです。
Ouroboros Genesisは、前身であるOuroboros Praos.を拡張したPoS（Proof-of-Stake）ブロックチェーンプロトコルです。
まず、OuroborosがNakamoto-style PoS protocol（ナカモト式PoSプロトコル）であり、参加者が大きく変動する可能性があるため、耐障害性が組み込まれていることを思い出してみましょう。つまり、ネットワークの問題、ノードの誤った設定、ノードのダウンタイムを引き起こす可能性のある競合状態など、様々な課題に対応することができるのです。Ouroborosは、悪意のある行為者の手に渡るのが総アクティブステークの半分以下である限り、安全であることが証明されています。また、この前提が一時的に破られたとしても、Ouroborosは再び正直多数派条件が成立した後、速やかに自己回復する。IOGが2020年に発表した研究論文では、この状況を分析しています。
動的PoSシステムにおける重要かつ見過ごされがちな問題は、長い間、「同じセキュリティ仮定の下で、特に現在のブロックチェーンの正しいバージョンを提供する信頼できるピア（peers）に頼らずに、当事者が安全にシステムに参加または再参加するにはどうしたらよいか」ということでした。この疑問は、PoSシステムの大きな欠点と見なされてきました – IOGによる2018年の研究論文がこの問題の解決策を提案するまで。この記事では、Genesisの重要性と主な考え方について説明します。
ダイナミックアベイラビリティの重要性
ブロックチェーンの設定における動的可用性は、ブロック生成ノードが予告なしにオンラインやオフラインになることを可能にする性質とみなすことができます。同時に、（アクティブなノードのうち）50％以上のリソース、例えばビットコインの計算能力やカルダノのステークが正直な参加者によってコントロールされている限り、システムはいかなる参加レベルでも稼働し続け、安全性を維持することができます。コンセンサス・メカニズムは、すべてのノードを合意に導くことを目的としており、有効な取引を含むブロックによってブロックチェーンを拡張する権利を持つリーダーを選出するために、これらのリソースを使用します。
この文脈では、すべてのノードが常にオンラインであると仮定できないため、動的可用性はネットワークの活性化を提供し、真の分散型システムにとって不可欠です。しかし、この話を完結させるには、ネットワークを観察し、生成ブロックを知るだけで、ノードが簡単にシステムに再参加できるようにしなければなりません。信頼できるピアによって提供されるチェックポイントの要件のような、さらなる信頼の前提は、分散化のビジョンに反しています。
2018年、IOGの研究は、強力な暗号モデルで上記の要件を証明的に満たすOuroboros Genesisアルゴリズムを発表し、分析しました。Genesisアルゴリズムは、基本的にPraosに斬新なチェーン選択ルールを追加したもので、信頼できるアドバイスや、過去の稼働率の知識などの助けを必要とせずに、当事者が安全にブロックチェーンに参加してゼロからブートストラップすることを可能にします。
チェーン選択ルールによるセキュリティ保証
Genesisは、Ouroboros Praosと似たような構造を持っています。実際、すべての関係者が常に利用可能である場合を考えると、この2つのプロトコルは同じように動作します。しかし、動的な可用性に関しては、新しく参加するパーティはPraosでいうところの「最も長い鎖を安全に伸ばせるようにする」というアドバイスが必要です。新規参加者はまず、信頼できるピアに尋ねるなどして、現在の（真の）台帳の状態を知っておかなければなりません。もし攻撃者がそれらの新規参入者に偽のチェーンを提供することができれば、彼らが参加してシステムの安全性と性能に貢献することを阻止することが可能です。では、Genesisはどのようにしてそのような信頼できるアドバイスを回避しているのでしょうか。その技術的な革新は、斬新なチェーン選択ルールにあります。
簡単に言えば、チェーンセレクションはフィルターだと考えてください。このフィルターは、ネットワーク上で観測されたすべてのブロックチェーンが提示されると、システムにとって最も有用なものを検出します。原理的には、Nakamoto-consensusでは、最も長いチェーンを使うというアプローチになります。これはBitcoinでは問題ありませんが、PoSの場合、単純な最長チェーンルールは良いアイデアではありません。かなりの時間（数エポック単位）が経過すると、敵対者は基本的に自分のプライベートチェーンの大多数の株主となり、正直なチェーンよりもはるかに速くブロックを作成できるようになり、最終的にはチェーンの長さで上回ることになります。Praosや他のPoSアルゴリズムでは、すべてのチェーンが遵守すべきローリングチェックポイントを導入することで、このような敵対的なチェーンに騙されることを防いでいます。前述したように、このようなチェックポイントを導入することは、参加者が信頼できる助言を必要とするという欠点があります。
では、どうすればよいのでしょうか。重要なのは、敵対者が正直なチェーンからフォークしてチェーンを私的に拡張する場合、そのようなプライベートチェーンには、フォークポイント直後のスロットの初期セグメントがあり、そのセグメントは正直な参加者が作るチェーンよりも密度が低い（ブロック数が少ない）という事実を避けることができないことです。このことを利用して、善玉と悪玉を区別し、新しい鎖選択ルールを導入することで、前述のローリング・チェックポイントを取り除くことができます。
新規参入者が最初のチェーンとしてGenesis Block（ジェネシスブロック）からスタートしたと仮定します。ネットワーク上に新しいチェーンが現れるたびに、この新参者はローカルに保持されているチェーンと新しいチェーンを、2つのチェーンが互いに分岐し始めた後のその特定セグメントにおける密度に従って比較します。この新参者は、新しい鎖がそのセグメントでより密な場合にのみ採用し、他の新しく受け取った鎖についてもこのプロセスを繰り返します。以上のことから、新規参入者は、ネットワーク内のアクティブなステーク（利害関係者）の正直な多数派が支持する実際のチェーンを偶然に観察すると、そのチェーンを採用することになると結論付けることができます。その結果、新規参入者は、他のアクティブな参加者と同じようにブロックチェーンの状態をロックすることになります。
完全な技術的議論については、2018年の研究論文を参照し、Aggelos KiayiasによるOuroboros Genesisに関するプレゼンテーションを参照してください。
要約すると、チェーン選択ルールにより、Ouroborosは、誠実な参加者がアクティブなステークの大部分を保持している限り、Genesis Block（ジェネシスブロック）からブートストラップして安全性を保つことにより、アクティブなパーティーの数の変化を分散型でシームレスに処理することができるのです。
カルダノはいつ？
カルダノは現在Ouroboros Praosで動作しており、チームはすでにコンセンサスの再設計に取り組んでいます。Genesisのプロトタイプが部分的に動作しており、パフォーマンスのチューニングと新しい攻撃ベクトルの監査が行われているところです。また、チームはGenesisの切断ロジックの自己完結型の実装に取り組みました。このロジックは現在テスト中で、さらに統合作業が必要です。
開発プロセスにご興味がある方は、こちらのGenesisロードマップをご覧ください。また、コンセンサス・チームやIOGメディア・チャンネルによる技術的なアップデートもご参照ください。
Olga Hryniukがこのブログ記事を寄稿しました。
