IOGはブログ記事「Ouroboros Peras: the next step in the journey of Cardano’s protocol」を公開し、カルダノブロックチェーンの新しいプロトコル「Ouroboros Peras」(以下、Peras)について説明しています。
動画「Ouroboros Peras: the next step in the journey of Cardano’s protocol」も公開されていますので併せてご覧ください。
この新プロトコルは、カルダノのスケーラビリティと使いやすさを大幅に向上させる可能性を秘めており、ブロックチェーン技術の進化における重要なステップとなることが期待されています。
Perasの概要
Perasは、Cardanoの現行プロトコルであるOuroboros Praosの拡張版で、トランザクションの決済時間を短縮することを目的としています。主な特徴は以下の通りです:
- ステークプールオペレーター(SPO)の多数が同意したブロックの重みを増加させる、ステークベースの投票システムを導入
- チェーン選択ルールを変更し、最長チェーンではなく最も重いチェーンを選択する
Perasの重要性
- 高速決済の実現: トランザクションが取り消される確率が急速に低下するため、ブロックチェーンの使いやすさが向上します。
- サイドチェーンとのブリッジ強化: メインチェーンの高速決済により、サイドチェーンとの連携がより効率的かつ信頼性の高いものになります。
- スケーラビリティの向上: PerasはCardanoのレイヤー1パフォーマンスを向上させ、ネットワークの成長に対応します。
開発プロセス
Perasの開発は、Input | Outputの新しいイノベーションプロセスに基づいています:
- 研究アイデアから実装までの時間を最小限に抑える
- シミュレーションと迅速なプロトタイピングを活用
- 基礎研究の堅牢性と厳密性を維持しつつ、ブロックチェーンエコシステムの急速な発展に対応
コミュニティ参加
Perasの開発はCardanoコミュニティとの協力で進められています。開発者、研究者、愛好家は以下のリソースを通じてプロジェクトに参加できます:
- Perasドキュメンテーションウェブサイト ：Peras documentation website
- Peras草案CIP ：Peras draft CIP
- Perasコードリポジトリ ：Peras code repository
- Discordサーバー：Discord Server
以下はIOGブログ「Ouroboros Peras: the next step in the journey of Cardano’s protocol」を翻訳したものです。
Ouroboros Peras: Cardanoプロトコルの旅における次のステップ
2024年10月14日 Fernando Sanchez
Ouroboros Peras（以下、Peras）は、Ouroboros Praosプロトコルの拡張版で、トランザクションの決済地平線の問題、つまりトランザクションが取り消される確率が無視できるほど小さくなる時点の問題に対処します。より短い決済時間は、ブロックチェーンシステムのセキュリティ、使いやすさ、効率性を向上させます。
Perasの背後にある主要な概念は、ステークベースの投票を使用して、ステークプール運営者（SPO）の過半数が同意するブロックの重みを増加させることです。そして、チェーン選択ルールが最長のチェーンではなく、最も重いチェーンを選択するように修正されます。
このブログ記事では、ブロックチェーン環境、特にCardanoエコシステムにおける決済時間の重要性について考察し、Perasとは何か、どのように機能するかを説明します。
Cardanoのスケーリング
Cardanoエコシステムの予想される成長には、一連のスケーリングソリューションの実装が必要です。具体的には、レイヤー1のパフォーマンスを向上させるために、Ouroborosプロトコルの新バージョンが開発されています。これらの進歩は、既存のスケーリングソリューションでカバーされていない領域に対応し、Cardanoの拡大するネットワークをサポートするために不可欠です。
Perasに関する我々の取り組みは、Input | Outputに新しいイノベーションプロセスを確立し推進する機会も与えました。このプロセスは、研究アイデアをシミュレーションと迅速なプロトタイピングを通じて実装に移すのに必要な時間を最小限に抑えるように設計されています。目標は何か？基礎研究の堅牢性と厳密さを維持しながら、ブロックチェーンエコシステム開発の速いペースを認識することです。このプロセスのおかげで、論文自体が正式に発表される前に、詳細なCIP（およびAGDA仕様）が作成されました。
既存のスケーリングソリューション: HydraとMithril
Hydraは、Cardanoブロックチェーンを強化するために設計されたレイヤー2スケーリングソリューションです。参加者のグループがCardanoレジャーの状態（レイヤー1）の一部を取り、オフチェーン（レイヤー2）で処理し、その後シームレスにメインブロックチェーン（レイヤー1）に再統合することを可能にします。Hydraの重要な特徴は、オフチェーンで使用されるレジャーモデルがメインチェーンで使用されるものと同一であり、一種の「同型性」を確保していることです。これはオフチェーン処理と組み合わせることで、メインブロックチェーンをフォールバックとして使用しながら、高スループット、低レイテンシー、コスト効率を実現し、堅固なセキュリティを確保します。
Hydraファミリーの最初のプロトコルは、Hydraヘッドプロトコルです。Hydraヘッドは、マルチパーティステートチャネルの同型バージョンであり、すべての参加ノードがオフチェーン状態の維持と進化に対して平等な責任を共有します。対照的に、現在研究の初期段階にあるHydraテールは、同型のレイヤー2ソリューションの概念をロールアップのようなプロトコルに拡張することを目指しています。これらの「非対称」プロトコルには、1つまたは複数のサーバーがクライアントに代わってオフチェーンでトランザクションを処理することが含まれます。
Mithril は、既存のCardanoネットワークを活用して、ブロックチェーン状態の全部または一部の認証されたスナップショットを提供するステークベースのマルチシグネチャースキームです。Mithrilの主な用途は、Cardanoノードのより速いブートストラップを促進することです。ジェネシスブロック以降に公開されたすべてのブロックを検証する代わりに（これは時間がかかります）、参加ノードは認証されたスナップショットから開始できます。したがって、これらのスナップショットは、アプリケーション、サイドチェーン、またはライトウォレット間の同期に特に有用です。
Peras & Leios
Hydraがレイヤー2で高速で高スループットなトランザクション処理を可能にする一方で、HydraもMithrilもCardanoメインネットのスループットとレイテンシーに対処していません。これが、Ouroboros Peras（このブログの焦点）とLeiosという新しいバージョンのOuroborosプロトコルの開発につながりました。Perasは決済時間の短縮を目指し、Leiosは利用可能なネットワーク帯域幅の最大活用に焦点を当てています。これらのプロトコルを組み合わせることで、より多くのトランザクションをより迅速にブロックチェーンに記録し決済することができ、ユーザーエクスペリエンスが向上します。最近のビデオで、Input | Outputのチーフサイエンティストであるアゲロス・キアヤスは、Cardanoのスケーラビリティを大幅に向上させることを約束する新技術のスイートについて説明しています。
Ouroborosと決済
高速決済の重要性
「高速決済」とは、時間が経過するにつれてトランザクションが取り消される確率が急速に減少することを指します。ブロックチェーンの使いやすさは、トランザクションをどれだけ迅速に決済できるかに直接関連しています。例えば、ブロックチェーンを使用して商品の支払いをする場合、商品を引き渡す前に支払いトランザクションが決済されるのを十分に待つことが重要です。コーヒー1杯のような安価なアイテムの場合、より短い待ち時間のために高い失敗確率を受け入れるかもしれません。しかし、ランボルギーニのような高額アイテムの場合、支払いが取り消される確率が極めて低くなるまで待つべきです。どちらのシナリオでも、取り消しの確率が速く減少するほど、支払いにブロックチェーンを使用することがより便利で実用的になります。
高速決済のもう一つの重要な使用例は、サイドチェーンへのブリッジです。これにより、ユーザーはメインチェーンからサイドチェーンに資金を転送できます。そのような転送に関連するトランザクションを取り消すとサイドチェーンの正しい機能を妨げる可能性があるため、取り消しの確率が最小限になるまで待つことが重要です。したがって、メインチェーンが保証する決済が速いほど、ブリッジはより効率的で信頼性が高くなります。
要するに、高速決済はブロックチェーンの全体的な有用性と実用性に不可欠です。
カルダノでの決済の仕組み
Cardanoブロックチェーンは、Ouroborosとして知られるプロトコルによって動作しています。Praos（Ouroborosの現在のバージョン）では、新しいブロックが確率的に追加されます。各（時間）スロットで、SPOは新しいブロックを生成する権利のくじ引きに参加し、当選の可能性は彼らが代表するステークの量に比例します。現在、Cardanoのプロトコルパラメータは、約20スロットごとに新しいブロックが作成されるように規定しています。これらの新しいブロックはその後ネットワーク全体に伝播し、最長チェーンの原則に従って他のノードに採用されます。つまり、SPOが新しいブロックを含む拡張されたチェーンを受信した場合、新しいチェーンが現在のチェーンよりも長い場合にのみ、このチェーンを自身のものとして採用します。
Cardanoでは、現在最長チェーンの一部であるブロックは、そのブロックの前でフォークし、したがってそれを含まない、より長いチェーンが現れた場合に「取り消される」可能性があります。例えば、複数のSPOが同時にブロックを作成するために選出された場合などに、そのようなフォークが発生する可能性があります。しかし、実際には、同時のブロック生成によるフォークは通常短命です。これは、同じ長さのチェーン間を選択するタイブレーキングメカニズムがあるためです。より重大な懸念は、システムへの攻撃、例えばプライベートチェーン攻撃から生じる長いフォークです。このような攻撃では、敵対的なノード（おそらく総ステークの相当な割合を代表する）が秘密のチェーンを構築し、公開チェーンがプライベートチェーンに追いついたときにのみそれを公開し、長いフォークを引き起こします。
重要なのは、ブロックが最長チェーンの深い位置にあるほど、取り消される可能性が低くなることです。Praosでは、取り消しの確率が小さくなるまでの待ち時間は、望むセキュリティレベルと想定される敵対者の強さに応じて、数分から数時間に及ぶ可能性があります。以下で説明するように、Perasはこの待ち時間を大幅に短縮します。
確定性と決済の違い
ブロックチェーンエコシステムの文脈では、確定性と決済の違いを理解することが重要です。Algorandのような、ビザンチン障害耐性（BFT）コンピューティングに基づくプロトコルによって動作するブロックチェーンは、「確定性」を達成します。これは、ブロックが一般的にほぼ即座に確認され、一度確認されると、チェーンの歴史の永続的な一部になることを意味します。この確定性は堅牢で、プロトコル全体が失敗する可能性は非常に小さいです。なお、そのような失敗は、プロトコルが永久に破壊されることを意味します。
逆に、Ouroborosのような中本モデルに基づくプロトコルは、「決済」を達成します。これは、ブロックがブロックチェーンの歴史の一部として残る可能性が、その上にさらに多くのブロックが構築されるにつれて増加することを意味します。しかし、技術的には、深く埋め込まれていても、チェーンの再編成によってブロックが取り消される可能性が常にあります（ただし、非常に小さい）。重要なのは、BFTタイプのプロトコルとは対照的に、このような取り消しはプロトコルを永久に破壊する失敗とは見なされないことです。
したがって、BFTプロトコルが小さな全体的エラー確率で即時かつ永続的な確認を提供する一方で、Nakamotoプロトコルはブロックチェーンが成長するにつれてより堅牢になる確率的な保証を提供します。確率的な決済は、自己修復などの他の望ましい特性を可能にします。これについては、将来のブログ記事で説明します。
Perasが高速決済を可能にする方法
Perasの背後にある主なアイデアは、SPOが好ましいチェーンの先端のやや後ろにあるブロックへの支持を暗黙的に示すメカニズムでPraosを強化することです。投票はチェーンの重み（「基本」重みはチェーンのブロックによって与えられる）を増加させ、当事者は彼らが見る最も重いチェーンを好ましいチェーンとして選択します。
良好な状況下（パフォーマンスの高いネットワークと低い汚職）では、ほとんどの投票が単一のブロックに集中し、そのブロックを含む任意のチェーンに重みのブーストを提供する可能性が高いです。しかし、Perasの安全性にとって重要なのは、各投票ラウンドで十分な合意があることです。つまり、ある特定の閾値量以上の投票を獲得するブロック、いわゆるクォーラムが存在しなければなりません。閾値は、最大で1つのブロックのみがクォーラムに達し、かつクォーラムブロックと他の任意のブロックとの間に有意な投票ギャップが存在するように選択されます。クォーラムがない場合、投票ギャップは保証できず、攻撃者が投票層を利用して誠実な当事者を分断し、それによって優位性を得る可能性があります。
したがって、投票ラウンドが失敗した後、Perasはクールダウン期間に入り、その間投票は一時停止され、プロトコルは本質的にPraosとして進行します。クールダウン期間の長さは、失敗したラウンドでの不利な投票分布から得られた敵対的な優位性が、クールダウン終了時までに中和されることを確実にするのに十分な長さでなければなりません。
投票によるブーストと、クールダウン期間の長さの間にはトレードオフがあります。ブーストが高いほど、失敗した投票ラウンドによって引き起こされる潜在的な損害が大きくなり、したがって、投票を再開できるまでの時間が長くなります。
実際には、Cardanoネットワークは非常にパフォーマンスが高く、物理的な障害に対しても印象的な耐性を示しています。さらに、任意の時点で、委任されたステークのほぼ100%がオンラインであり、我々の知る限り、Shelley時代の始まり以来、Praosに対する重大な量のステークを含む攻撃は報告されていません。これは、vast多数のSPOがプロトコルに従っていることを示唆しています。これらの条件が続くという合理的な仮定の下では、Perasは継続的に高速決済を楽しむことができ、クールダウンの必要性はないと予測できます。
証拠に基づくオープンソースエンジニアリング
Perasの開発と実装は、IOの証拠と研究に基づくオープンソースアプローチによるエンジニアリングに適合しています。
Cardanoの新しい技術的進歩はすべて、一連のアイデアと研究論文から始まります。その後の開発とアイデア成熟プロセスには、異なる段階が含まれます。
提示されたアイデアは、アルゴリズムと証明を通じて形式的に指定されます。定理証明は、チェーン成長や共通接頭辞などの主要なセキュリティ特性を証明するのに役立ち、また、より形式的な方法に基づく研究と検証の基礎を構築します。
これらのコンポーネントはすべて、Haskellでのプロトタイプ実装を通じてテストされた後、ネットワーク全体の動作を分析するためのライブシミュレーションと技術モデルが作成されます。シミュレーションにより、IOとコミュニティの両方がプロトコルの動的特性を視覚化し、シミュレートすることができます。結果のデータは収集、分析され、定期的な更新とレポートを通じてコミュニティに提供されます。
これらのプロセスと、Ouroborosプロトコルシリーズの継続的な開発の究極の目標は、ブロックチェーン技術を通じて現実世界の問題を解決することです。
オープンソース
同時に、オープンソース設計により、ソフトウェア作成者は最初から開発を加速し、専門家のコミュニティを活用して知識と範囲を拡大し、十分にテストされ、ピアレビューされたコードを使用することができます。
これらはすべて、以下のカテゴリーにグループ化できる一連の利点に変換されます：
より迅速なイノベーションと成長
オープンソースは、ソフトウェアプロジェクトを構築し開発するためのビルディングブロックがすでに存在し、すぐに使用できることを意味し、これにより立ち上げ時間が大幅に短縮されます。作成者は単にコードを取り、すぐにプロジェクトに使用できます。オープンソースベースの開発は迅速に革新し、成長することができます。
より速く、安全で、より透明な開発
既存のオープンソースプロジェクトに参加する新しい作成者は、コードが多くの人々によって徹底的にテストされ、検証されているという保証を持って参加します。この保証と、オープンソースの本質的な透明性が、迅速で安全な開発をサポートします。
コミュニティベースのサポートとコラボレーション
強力で広範囲にわたるアクティブなコミュニティは、より優れたソフトウェア品質とより一貫したリリースをサポートします。
このような環境では、新しいアイデアがより速く広まり、問題やバグが発生した場合、コミュニティがそれらを解決するために協力します。ソフトウェアプロジェクトを中心に構築された強力なコミュニティは、つながりの感覚と共通の目標に向かって働く本能を生み出します。関与するコミュニティメンバーは、互いにサポートし合い、例えば新しい使用事例の提案を共有する傾向があります。
参加する方法
Perasの開発は急速に進んでいます。これは、コアアイデアとアルゴリズムが確立され、形式的な仕様とプロトタイプが開発されテストされていることを意味します。Perasを Cardanoメインネットへの展開を検討できるようになるまでには、まだ多くの作業が必要です。しかし、Perasは、Input | Outputによって先駆的に行われている迅速なプロトタイピングアプローチを通じて、基礎研究から最終的な展開までの時間を最小限に抑えようとする新しい開発方法論の一部でした。その結果、初めて、研究論文の公開前にプロトコル更新がCIPとして草案されました。
Perasの進化はCardanoコミュニティとの協力的な取り組みとなり、Intersectの様々な委員会やワーキンググループで活発に議論されています。開発者、研究者、熱心な方々に、上記のリソースを探索し、Discordサーバーでの議論に参加し、プロジェクトに専門知識を提供することをお勧めします。
Perasプロジェクトの一部になることに興味がある場合は、以下のリソースを使用してください：
Perasドキュメンテーションウェブサイト ：Peras documentation website
Peras草案CIP ：Peras draft CIP
Perasコードリポジトリ ：Peras code repository
Discordサーバー：Discord Server
