Pi Network の Stellar コンセンサス プロトコルとは何ですか?

パイネットワークさん ステラールコンセンサス議定書 過去に多くの出版物で取り上げられてきたトピックです。しかし、多くの先駆者たちがこれをプロトコルのブロックチェーン合意メカニズムと捉えているにもかかわらず、その真の意味を深く理解している人はどれほどいるでしょうか？端的に言えば、Pi Networkは独自の新しい合意システムを実行しているわけではありません。 

そのブロックチェーンは、正式に定義されたモデルに基づくStellar Consensus Protocol（SCP）の適応バージョンを使用しています。 連邦ビザンチン協定 (FBA)より長く、より重要な答えは、SCP がどのように機能するか、それがプルーフ・オブ・ワークやプルーフ・オブ・ステークとなぜ異なるのか、そして Pi Network がモバイルファーストのアイデンティティ駆動型ネットワークをサポートするためにそれをどのように変更するのか、という点にあります。

この記事では、この技術を基礎から解説します。コンセンサスがどのように達成されるか、SCPが提供する保証は何か、そしてPi Networkの実装がStellarの当初の設計からどのように逸脱しているかに焦点を当てます。いつものように、この記事の目的はメカニズムを明確にすることであり、成果を宣伝したり、それが将来にとってどのような意味を持つのかを推測したりすることではありません。 2026年のPiブロックチェーン 以降。

ステラコンセンサスプロトコルと連合ビザンチン協定の基礎

すでに述べたように、Pi Networkのコンセンサスメカニズムは、2015年に導入されたStellarブロックチェーンのSCPに基づいています。SCPはスタンフォード大学のコンピューター科学者によって設計されました。 ダヴィッド・マジエール そして実装された ステラー ネットワーク。SCPは、マイニングや経済的な利害関係に頼るのではなく、ノード間の合意に基づいて、誰を信頼するかを明示的に決定します。

SCPの中核はFBAです。PBFTなどの従来のビザンチンフォールトトレランスシステムでは、バリデータのリストが固定されていることを前提としています。この前提はオープン性を制限し、グローバルな参加を困難にします。FBAは、固定されたメンバーシップ要件を排除します。各ノードは、合意に達するのに十分であると判断する他のノードのサブセットであるクォーラムスライスを独自に選択します。クォーラムとは、各メンバーが少なくとも1つのクォーラムスライスをそのセット内に完全に含まれるノードの集合です。 

これらのスライスがクォーラムを形成できるほど重なり合うと、コンセンサスが形成されます。安全性はクォーラムの交差に依存します。つまり、2つのクォーラムは少なくとも1つの正当なノードを共有している必要があります。ネットワークの活性は、一部のノードに障害が発生した場合でもクォーラムを形成できるかどうかに依存します。

このモデルは、ビザンチン障害を許容しながらも、オープンな参加を可能にします。実際には、SCPは、障害ノードが削除された後もクォーラム交差が維持される限り、任意の障害動作を処理できます。

FBAとSCPの基本原則

フェデレーテッド・ビザンチン・アグリーメントは、固定のバリデータセットを前提とすることなく、従来のビザンチン・フォールトトレランスを一般化します。各ノードは、グローバルルールから信頼を継承するのではなく、ローカルに信頼を定義します。

最初は クォーラムスライシングノードは、どのノードに依存するかを自ら決定します。これらのスライスはネットワーク全体で均一ではありません。社会的、組織的、または運用上の信頼を反映しています。

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第二は クォーラム交差点プロトコルが安全であるためには、障害のあるノードを削除した後でも、形成可能なすべてのクォーラムが交差する必要があります。交差が失敗すると、ネットワークは矛盾した決定を行うリスクがあります。

XNUMX番目は 損傷のないノードと汚染されたノードの概念正常なノードとは、障害のあるノードが削除された後も正常に機能し続けるノードのことです。汚染されたノードは技術的には正常ですが、処理の進行には障害のあるノードに依存しているため、活性状態を失います。

XNUMXつ目は 不要なセットSCP形式モデルは、クォーラム交差と可用性を維持しながら削除可能なノードの集合を定義します。これにより、プロトコルは厳密な数値閾値なしに、耐障害性について正確に推論することができます。

これらの特性を組み合わせることで、SCPは設計者が「最適な安全性」と呼ぶものを実現します。非同期ネットワーク環境下において、理論上可能な限り、合意が保証されます。

SCPがどのように合意に達するか

SCP は、各スロットに対して 2 つの異なるフェーズで合意に達します。スロットはブロックまたはトランザクション セットを表します。

指名フェーズでは、候補値を選択します。ノードは連合投票を用いてトランザクションセットを指名します。混乱を避けるため、指名は暗号ハッシュ関数を用いて優先順位付けされます。時間の経過とともに、無傷のノードは同じ複合値（通常は有効なトランザクションの集合）に収束します。

ノミネーションが収束すると、プロトコルは投票フェーズに移行します。ここで、ノードはカウンタと値として定義された投票用紙に投票します。進行が停滞するとカウンタが増加します。ノードは準備、コミット、外部化の各ステップを実行します。クォーラムによって値が承認されると、外部化され、決定が確定します。

すべてのメッセージは暗号鍵で署名されます。ハッシュ関数は優先順位付けと値の結合の両方に使用されます。これらのメカニズムにより、偽造やリプレイ攻撃を防止できます。

実稼働ネットワークでは、SCPは通常3～5秒以内にファイナリティに達します。プルーフ・オブ・ワークのような確率的な決済ウィンドウはありません。値が外部化されると、クォーラム交差に違反することなく元に戻すことはできません。

他のコンセンサスメカニズムとの比較

SCP は、プルーフ・オブ・ワークやプルーフ・オブ・ステークとは根本的に異なります。

実績 計算能力に依存し、ハッシュパワーの大部分が正当なものであると想定しています。ファイナリティは確率的であり、エネルギー消費量は高くなります。

証拠金 経済的な利害関係に依存します。合意は合理的な行動と資本配分に関する仮定に依存します。

対照的に、SCPは明示的な信頼関係に依存します。エネルギーを消費せず、ステークサイズによって影響力を左右することもありません。フォールトトレランスは、トークンの所有権ではなくクォーラム構造によって決定されます。そのため、SCPは低レイテンシと予測可能なファイナリティを優先するネットワークに適しています。

Pi NetworkがSCPを適応させる方法

Pi Networkは新しいコンセンサスプロトコルを発明したわけではありません。SCPを、少数の機関バリデータではなく、大規模な個人ユーザー集団をサポートするように適応させています。このプロジェクトは、Stellarのオープンソースコードを基盤としながら、信頼の確立方法と参加への報酬付与方法を変更しています。

最も顕著な適応は、セキュリティサークルの使用です。ユーザーは3～5人の信頼できる連絡先を追加することが推奨されます。これらのサークルはグローバルな信頼グラフに集約されます。ノードはこのグラフを使用して、クォーラムスライスの構成を決定します。

信頼を制度ではなく、現実の人間関係に根付かせることが目的です。顧客確認プロセスによる本人確認は、シビル攻撃の削減に役立ちます。このモデルでは、認証された個人から社会的なつながりを通して信頼が生まれます。

Pi Networkは、複数の参加者の役割を定義しています。パイオニアは、毎日チェックインするアプリの定期ユーザーです。コントリビューターは、連絡先を追加することで信頼グラフを強化します。アンバサダーは新規ユーザーを募集します。ノードはデスクトップまたはラップトップでSCPソフトウェアを実行し、コンセンサスに直接参加します。一部のノードはオープンポートで動作し、高い可用性を実現することで、クォーラム形成における影響力を高めます。

Pi Networkにおけるマイニングは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）の意味でのマイニングではありません。SCPによって調整される、スケジュールされた分配プロセスです。報酬は、役割、活動、稼働時間、そして信頼への貢献度に基づいて配分されます。マイニングプールや競争的な計算は存在しません。

トランザクション処理とパフォーマンス

Pi Networkにおけるトランザクションはモバイルアプリケーションを通じて送信され、ノードに転送されます。ノードは署名とトランザクション履歴を検証した上で、トランザクションをノミネーションセットに追加します。

コンセンサスメッセージは軽量で、標準的なネットワークを介して交換されます。ブロックは約5秒ごとに生成されます。初期のネットワーク目標は、ノードの参加状況とメッセージのオーバーヘッドに応じて、1秒あたり数百から数千のトランザクションでした。

取引手数料は、収益源というよりも、主に優先順位付けのメカニズムとして機能します。このプロトコルの効率性は、マイニングが不要であることと、連合投票に必要なメッセージサイズが小さいことに起因しています。

セキュリティ特性と保証

技術的な観点から見ると、Pi NetworkはSCPのコアとなるセキュリティ保証を継承しています。これには、決定論的なファイナリティ、クォーラム交差におけるビザンチンフォールトへの耐性、そしてメッセージの暗号的整合性が含まれます。

追加のソーシャルレイヤーは新たなトレードオフをもたらします。セキュリティサークルとKYCプロセスは偽アカウントの蔓延を減らすことができますが、同時に検証システムと信頼グラフの構造への依存関係も生み出します。信頼が過度に集中化したり、多くのユーザーが少数のノードに依存したりすると、クォーラム交差が弱まる可能性があります。

SCP自体は、信頼がグローバルまたは均一である必要はありません。その安全性は、ノードオペレータによる設定の選択に依存します。そのため、ネットワークには、多様で適切に接続されたスライスを促進する責任が課せられます。

限界と批判

Pi Network のコンセンサス実装に対するいくつかの批判は、分散化と規模に焦点を当てています。

初期段階では、限られた数のコアノードがクォーラム交差の維持に重要な役割を果たしていました。そのため、基盤となるプロトコルが分散化をサポートしているにもかかわらず、中央集権的な制御が行われていると認識されてしまいます。

スケーラビリティも懸念事項です。ノード数が増えると、メッセージの複雑さが増します。SCPはStellar上で運用実績がありますが、Pi Networkは個別に運用されるノードを重視しているため、稼働時間と接続性にばらつきが生じます。

まとめ

Pi NetworkによるStellar Consensus Protocolの採用は、十分に研究されたコンセンサスモデルをマスマーケット向けモバイル指向環境に適用する試みです。SCPは、迅速なファイナリティ、低消費電力、そしてFederated Byzantine Agreement（FBD）による正式な安全性保証を提供します。Pi Networkは、社会的信頼とID検証をクォーラム形成と報酬分配に組み込むことで、このフレームワークを拡張しています。

その結果、確立されたコンセンサス研究に依拠しながらも、アクセシビリティと人間の参加を優先するシステムが誕生しました。その長所と短所は、未検証の暗号技術ではなく、構成の選択、ネットワークのインセンティブ、そしてガバナンスに根ざしています。これらのメカニズムを理解することは、憶測やマーケティングの論調ではなく、技術的な観点からPi Networkを評価する上で不可欠です。

ソース：

• PI 2021 ホワイトペーパー: 携帯電話でのマイニングを可能にする
• ステラコンセンサスプロトコル: インターネットレベルのコンセンサスのための連合モデル
• ステラのウェブサイト: SCP合意証明メカニズム
• 創発的な心: ビザンチン連邦協定とは