新しいブロックチェーンプロトコル: DAGコンセンサスと無コンセンサス方式を組み合わせて高スループットと低レイテンシーを実現

ブロックチェーン技術はビットコインの誕生以来、顕著な進歩を遂げてきました。ゲームやNFTなどの新しいアプリケーションシナリオの出現に伴い、業界は特に高負荷の処理やリアルタイムレイテンシーの実現において、技術効率を向上させる方法を積極的に探求しています。現在、L1ブロックチェーンは二つの主要な課題に直面しています。一つは、低レイテンシーを維持しながら高スループットを実現する方法、もう一つは、コンセンサスプロトコルの長期的な安定性を確保することです。これらの問題を解決する過程では、ノードの動的な参加と再構成を通じて分散化を維持する必要があります。

スループットを向上させる方法の一つは、DAGベースのコンセンサスプロトコルを採用することで、あるブロックチェーンプロジェクトが使用しているnarwhale/Bullsharkのようなものです。このようなプロトコルは、ブロックチェーンが同時に大量の取引を処理できるようにし、ゲームやNFTなどのアプリケーションシーンに非常に適しています。しかし、DAGベースのプロトコルは通常、数秒のレイテンシーをもたらし、通常の送金やゲーム操作にとっては時間コストが高くなります。

一方で、無コンセンサスプロトコル(であるFastPay)は、レイテンシーとスケーラビリティの面で巨大な潜在能力を示しています。これらのプロトコルは、コンセンサスの必要性を排除することで、並行処理される独立した取引のグローバルなソートを必要とせずに取引を迅速に処理することを可能にします。しかし、それらは制限されたシンプルなブロックチェーン操作の一類に限られており、実現可能なスマートコントラクト機能を制限し、バリデーター集合の動的な調整には課題があるかもしれません。

これらの方法には潜在能力があるものの、現在のところ生産レベルのブロックチェーンに大規模に適用されているわけではなく、学術会議での発表にとどまっています。あるブロックチェーンプロジェクトが採用したプロトコルは、DAGベースのコンセンサスと無コンセンサス手法を組み合わせて、両者の利点を実現しています：サブ秒レイテンシーと毎秒数千件のトランザクションの持続的スループット。このプロジェクトは、これらの2つのタスクを達成しただけでなく、共有オブジェクト上で複雑な契約を実行し、チェックポイントを生成し、期間を超えてバリデーターの集合を再構成する能力を維持しています。

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このプロトコルは、上記の二つのスキームを組み合わせる独自の方法を採用しています。単一の所有者の資産(、すなわち所有するオブジェクト)の操作の安全性を確保するために、システムは検証者間で一貫したブロードキャストプロトコルを採用し、コンセンサスを下回るレイテンシーを実現しています。このプロトコルは、共有オブジェクト上で実行される複雑なスマートコントラクトを処理するためにコンセンサスにのみ依存しており、すなわち任意のユーザーが変更できるオブジェクトです。同時に、チェックポイントの定義や検証者の再構成など、ネットワークメンテナンス操作もサポートしています。複製されたバイザンチン環境でのトランザクション処理において、この革新的な戦略は両面の利点を兼ね備えたソリューションを提供します。

このプロトコルでは、秘密鍵を持つユーザーが取引を作成および署名し、自分が所有するオブジェクトまたは所有するオブジェクトと共有オブジェクトの組み合わせを変更します。取引は各検証ノード(に送信され、通常はフルノード)を介して行われます。検証ノードは、一連の有効性と安全性のチェックを実行し、取引に署名し、署名済みの取引をクライアントに返します。クライアントは、取引証明書を形成するために大多数の検証ノードからの応答を収集し、この時点で取引は不可逆的なものと見なされ(、最終性に達します)。

証明書が組み立てられた後、すべての検証ノードに送信され、検証ノードはその有効性を確認し、顧客に受領を確認します。取引が独占オブジェクトのみを含む場合、取引証明書は即座に処理および実行でき、コンセンサスエンジン(を待つ必要はありません。すべての証明書はDAGベースのコンセンサスプロトコルに転送されます。コンセンサスは最終的に証明書の全体的な順序を出力します; 検証ノードは共有オブジェクトを含む取引をチェックして実行し、顧客は大多数の検証ノードの応答を収集し、それらを効果証明書として組み立て、取引決済の証明として使用できます。その後、各コンセンサス提出のためにチェックポイントが形成され、これは再構成プロトコルを駆動するためにも使用されます。

主要な取引プロセスに加えて、このプロトコルはプロダクションレベルのブロックチェーンをサポートするためのいくつかの機能を提供しています:

1. 最終的な確定性に達した後、チェックポイントプロトコルを実装し、システム内のすべての取引の因果歴史を生成します。これは、完全な監査や、完全ノードとレイテンシーベリファイングノードを効率的に同期させるために使用されます。

2. 各期間の終了時に再構成をサポートします。この時、バリデーターの集合とその投票権が変更される可能性があります。すべての最終取引が1つのエポックに含まれることを保証するために、各エポックは注意深く終了し、最終的な安全性を確認する必要があります。

3. 期間が終了した時に安全に"アンロック"された誤ってロックされた資産が、発生する可能性のあるクライアントのダブルスペンドの脆弱性による損害を最小限に抑える。

このプロトコルは、大量の価値を管理するブロックチェーンをサポートします。完全な技術報告書は、安全性と活性プロトコルの動作原理、およびそれらが標準的な分散システムモデルにおいて部分的に同期したビザンチン参加者との安全性証明に関する詳細を示しています。