こんにちは、Habr！
「分散化：ブロックチェーンの大きな問題」という記事の翻訳を紹介します
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分散化はブロックチェーン技術のキーワードの1つです。名前にこの言葉を含む企業やウェブサイトが登場しました。
分散化は、最も高度なフィンテック機能として宣伝されました。 DLT（Decentralized Ledger Technology）という略語は、フィンテックの認可された環境におけるブロックチェーンと同義語になりました。
分権化自体が問題であることに気づいている人はほとんどいません。ブロックチェーン技術は長年にわたって停止しています。
説明させてください：
1960年代、コンピュータシステムは集中型またはスターネットワークトポロジとして構成されました。 1970年代初頭にのみ、複数のメーカーのコンピューターを接続する必要が急務となりました。
当時、いくつかの既存の通信ネットワークのノードは階層的に編成されていましたが、当初から、ARPA、RPCNET、PISA、およびインターネットに先立つ他の革新的なネットワークのノードに実装されたプロトコルは、中央ノードまたは中央が制御するという一般的な考えで開発されました、ネットワークを管理、中心、または所有する。
つまり、固有のボトルネックを持つ集中型マルチレベルスターネットワークでは、1970年代には数千人のユーザーのニーズさえも満たせないことがわかっていました。 また、分散化に起因するボトルネックの数を減らすことにより、問題は軽減されるが、解決されないことを示唆しました。 ソリューションは分散型ピアツーピアモデルを使用する必要があることを知っていました。
多くの組織がノード、チャネル、および信頼性の低いハードウェアとソフトウェアの提供に関与するため、ネットワークは信頼性がないと想定しました。 信頼できないネットワークを介して複数のデータベースで一貫したデータセットまたは単一のトランザクションをサポートする方法、ノードがメッセージを生成できる方法、またはフィンテックの用語では金融トランザクションをサポートする方法を知りませんでした。 問題は悪意のあるプレーヤーの存在によってさらに悪化しました。
ブロックチェーンテクノロジーが分散化を妨げる理由
一般的に、ネットワーク管理はネットワークノードのサブセットによって共有されると、ネットワークが分散化されることを認識しています。
すべてのノードが責任を等しく共有し、同じノードソフトウェアを実行すると、ネットワークが分散されます。
分散型（許可されたリーダーベースの）ネットワークは、多くの場合、フィンテック業界などのアプリケーション要件から生じる集中型ネットワークの拡張でした。
ブロックチェーンネットワークソフトウェア（基本システムソフトウェア）は、変更されるため、アプリケーションの要件に従って開発しないでください。 1970年代のアプリケーションの要件のみに基づいて、インターネットの前身であるネットワークとインターネット自体を設計しませんでした。 グローバルに情報を交換する能力に基づいて、どの産業が発展するかを予測することはできませんでした。
同様に、コアブロックチェーンネットワークは、可能な限り一般的で、柔軟性があり、スケーラブルでなければなりません。 許可、クライアントサーバー、およびプライベートネットワークの要件は、たとえば、仮想プライベートブロックチェーンネットワークの概念を使用して、分散ネットワークの特殊なケースと見なすことができます。
分散ネットワークは、特定の物理構造から独立している可能性が高くなります。 ノードは互いに動的に接続でき、ランダム接続手順を使用できます。 分散ネットワークに実装されたコンセンサスソリューションも無効であり、多数派によって管理され、再帰的になる可能性があります。
分散化ではなく配布が、暗号通貨設計の主な目標であったはずです。
失敗した理由
分散コンセンサス合意を検証できないのは、部分的には、ビザンチン将軍の問題が1982年に定式化されたためです。ビザンチン将軍は、信頼性の低い環境で情報の整合性を維持する方法をモデル化しています。 ビザンチン将軍の問題は、30年以上にわたって研究者によって研究されてきました。
包囲された都市を保持しているいくつかの同盟軍師団の例えは、現場の誰もメッセージを届けることを信頼できず、将軍自身の何人かは命令を出すことを信頼できないことを示唆しました。
しかし、軍隊の類推の言葉遣いは、少なくとも2つの部隊の部隊が存在することを暗示しています。将軍と兵士です。
その後、将軍が他の将軍に転送し、侵入者または裏切り者による干渉から保護する必要があるコマンドを与えたとき、一部の人々は思考をより具体的なケースに限定しました。
最終的に、このアプローチはコンセンサス問題の限定的な定義につながりました。
PaxosやRaftなどのリーダーベースのコンセンサスモデルは大学で教えられ、ブロックチェーンネットワーク開発者によってモデルとして使用されました。
その結果、ビザンチン将軍の問題に対する実用的な解決策は、ブロックの内容についてコンセンサスを得ようとする代わりに、検証済み情報のブロックを他のすべてのノードに送信するリーダーノードを選択するさまざまな方法に焦点を当てました。
ターゲットがありません
どのノードを現在のリーダーにするかについてのコンセンサスは、信頼の問題を解決しません。 現在のリーダーは信頼されなければなりません。 彼はブロックを公正な方法でチェックし、組み立てる作業を行わなければなりません。
したがって、現在のコンセンサスプロトコルに基づいて、リーダーは権限を付与する必要があります。仕事の証明、ステークの証明、能力の証明、または他の何かの証明です。
この「証拠」は、主要なサイト（または主要なサイトになろうとしているサイト）がネットワーク上で持つことができる個人的な利益以外は何も保証しません。利益を増やすほど、収入の形態を破壊する準備が整いません。
この「証拠」は、潜在的なリーダーに権限があることを保証しますが、ブロックで収集された情報が正しいこと、またはほとんどのノードで検証されたことを保証しません。
さまざまなブロックチェーン実装のリーダーシップモデルに基づいて、60を超える提案されたソリューションを見ました。 彼らはよくあるエラーに悩まされます：1つのノードが他の各ノードがブロックチェーンに何を保存するかを決定します。 結果は、必要なものとほぼ反対です。
リーダープロトコルに基づく欠点の要約
リーダーベースのプロトコルには、次の欠点があります。
- 彼らは信頼の問題を解決しません。 リーダーノードは、意図的にまたは意図せずに、誤ったデータを情報ブロックに入力できます。
- ブロックのチェックと組み立ての作業に関連する賞は、ノードが賞を競い、リーダーシップの地位に昇進するインセンティブを生み出します。 このインセンティブは、ノードの特別なクラスを作成する傾向があります。 ネットワークは分散ネットワークになりつつあります。 たとえば、ビットコインはパートナーのネットワークとして始まり、各ノードはトランザクションを検証し、報酬を得るために戦うことができました。 今日では、2つのクラス（鉱夫とユーザー）のネットワークであり、大規模プールの所有者によって管理されています。
- ブロックアセンブリが1つのノードに転送されると、コンセンサス理論の基本要件の1つが無効になります。合意は、ブロックチェーンに格納される情報に関する多数決に基づいていません。 唯一の合意に達したのは、リーダーノードを選択する方法です。
- ボトルネックが発生するか、単一障害点：1つのノードが他の各ノードにブロックをブロードキャストする必要があります。
- 効率は最善ではありません。データの大きなブロックは、送信エラーや最大サイズのパケットの再送信を起こしやすくなります。
- 冗長性はほぼ100％です。ブロックに含まれる各トランザクションは、トランザクションが最初に完了したときに、各ノードで個別にすでに受信されています。
最高のアナロジー
組織化されておらず信頼性の低い環境で共通の解決策に到達する問題との類推を考えると、ランクのない軍の類推を使用できますが、それはあまり直感的ではありません。
より良い例えは、証券取引所の1日の終値を決定するタスクです。 この類推により、多くの買い手と売り手は、確率プロセスを使用して株の日次終値を決定します。
株式市場の株価に対する「正しい」答えはありませんが、合意された終値のみがあります。
同様に、ブロックでは、トランザクションの順序などのいくつかの変数がブロックの最終的な構成を決定できます。 ブロックの「正しい」構成はなく、ノードが一貫しているブロックのみです。
より分散されたアナロジーに基づく合意プロトコルは、集中化の傾向と、リーダーベースのプロトコルに典型的な中間ノードの必要性を回避できます。
ネットワーク仲介者の例：
- ネットワークサービスの提供に自発的に参加している、または関与している鉱夫、製造業者または監督者、
- ネットワークの成功に関心がある連合システムの特別なノード、
- ネットワーク管理のいくつかの基準で選択されたノード、
- 信頼できる企業または機関が所有するノード
- ユーザーウォレットを所有する集中通貨交換などの特別なプレーヤー。
仲介者の何が問題になっていますか？
まず第一に、それはコストの問題です。例えば、仲介者が有用な仕事、例えばトランザクションの検証を行う場合、報酬を受け取る必要があります。
これも信頼の問題です。仲介者とネットワークを使用するクライアントは、次を信頼する必要があります。
- 仲介者が特定のユーザーまたはトランザクションを優先しないこと、
- 調停者が攻撃者によって捕らえられなかったか、捕らえられないこと、
- 中間システムがシャットダウンせず、DoS攻撃、システム障害、またはクライアントトランザクションに影響を与えたり遅延させたりするその他の理由がないこと、
- システムソフトウェアと再販業者のデータは信頼できるため、データの整合性とセキュリティが保証されます。
- それらが真に信頼できるシステムに接続されており、模倣品に接続されていない（たとえば、信頼できる仲介者であると主張する他のシステムに接続されている）
- 他の予測できないイベントが発生しないこと。 たとえば、最近、カナダの通貨交換Quadrigaの所有者が死亡または姿を消しました。 その結果、数百万ドルの顧客資金が失われています。
最後に、データの可用性の問題です。 ネットワークにブロックチェーンを制御するノードの特権クラスまたは限定クラスがある場合、ほとんどのノードは現在のブロックチェーンレプリカに即座にアクセスできません。 これは、自動取引アプリケーションなどのリアルタイムアプリケーションの開発を妨げる可能性があります。
ブロックチェーンのコンセンサスモデルを変更するのは遅すぎますか？
ほとんどの専門家は、ネゴシエートされたプロトコルの主な機能はネットワークセキュリティを維持することであることを教えてくれます。 このビューには2つの問題が混在しています。 セキュリティは必要ですが、それは他の方法で解決できる完全に異なる要件です。
ただし、多くの開発者は、コンセンサスはリーダーを選ぶことを意味し、セキュリティを維持するにはコンセンサスが必要であるという考えを持っています。
振り返ってみると、より良い分散アナロジーを考えている場合、この研究は別の方向に進み、確率論的なアプローチを提供し、仲介なしでより良い分散ソリューションの早期開発につながる可能性があります。
現在、これは教育の問題であり、技術的な問題ではありません。 ほとんどの研究者、コンサルタント、暗号ネットワークの専門家は、同じリーダーベースのモデルに基づいて、PoW、PoS、DPoS、および多数の代替案の詳細をすべて把握しています。
リーダーに基づいていないいくつかのソリューションはブロックチェーンソリューションではありません。これらは、各トランザクションが個別に処理されるソリューションです。
一方、最近の調査によると、ほとんどの人と95％の企業がブロックチェーンテクノロジーの可能性を理解しています。
分散モデルから分散モデルへの移行は、ブロックチェーンの真の可能性を解き放ち、スケーラビリティの問題を解決し、仲介なしでユーザーデバイスでブロックチェーンを実行するために緊急に必要です。