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P2P、電子署名、コンセンサス

FUTURE STRIDE/ソフトバンクのビジネスWEBマガジン「超わかりやすいブロックチェーンの基礎知識」より

P2P(Peer to Peer)とは、複数の同等なコンピュータが1対1で直接通信を行う接続方式を指す。P2Pでつながったコンピュータが多数集まり相互に通信するネットワークを、P2Pネットワークと呼ぶ。


Peerとは「同僚」「仲間」を意味する単語で、P2Pネットワークで接続されたコンピュータは、等しく同等の機能を持つ。つまりシステムが分散されており、一部のコンピュータがダウンしたとしてもシステム全体は動き続ける性質を持つ。この性質がP2Pネットワーク最大の特徴であり、ブロックチェーンはP2Pネットワークによりシステムダウンしない分散システムを実現している。


電子署名

電子署名とは、デジタル文書の作成者を証明する電子的な署名であり、電子署名をすることで、次の2つの妥当性を証明することができる。「データが署名者により作成されたこと」「データが改ざんされていないこと」


電子署名を生成する際には「公開鍵」と「秘密鍵」と呼ばれるペアとなるキーが作成される。署名者は秘密鍵を使ってデータに署名し、電子署名として受信者に送る。受信者は事前に受け取っていた対となる公開鍵を使うことでそのデータが署名者によって作成されたことを確認する。ブロックチェーンは、この電子署名を利用することで、なりすましや改ざんを防いでいる。


コンセンサスアルゴリズム

ブロックチェーンにおけるコンセンサスアルゴリズムとは、不特定多数の参加者の間で正しく合意形成を得るための仕組みである。「合意形成アルゴリズム」や「合意形成」と呼ばれることもある。


コンセンサスアルゴリズムという言葉そのものは、コンセンサス(合意する)とアルゴリズム(計算方法)の意味のままに、合意形成のための計算方法を指す。しかし、不特定多数の参加者から成るブロックチェーンにおいては、ビザンチン障害を引き起こすような、取引時に不正を働く者や正常に動作しないデータが含まれる可能性があるため、これらが含まれていたとしても正しく合意を形成できる仕組みが求められる。


liquid.com-安全な仮想通貨取引をLiquidで。「ビザンチン将軍問題とは」より

ビザンチン将軍問題

ビザンチン将軍問題という名称は、ヨーロッパに実在したビザンツ帝国の9人の将軍が由来となっています。敵国を陥落させるためには、9人の将軍が率いる全軍で突入しなければならない(前提条件)という状態の中、攻撃か撤退かの2択を迫られたのです。しかし、9人の将軍は離れた場所におり、伝令を使って自軍の意思を伝達するという方法を取らざるを得ませんでした。


このとき、攻撃すると答えた将軍が4人、撤退と答えた将軍が4人、最後の将軍の判断によって結果が左右される状況が生まれます。しかしこの時、最後に残った将軍は実は裏切り者で、この作戦を失敗させようと画策します。


最後の将軍がとった行動は、攻撃すると答えた将軍には撤退と伝え、撤退すると答えた将軍には攻撃すると伝えたのです。結果として、裏切り者の将軍の思惑通りにビザンツ帝国は戦力が不足し敗戦に追い込まれてしまいます。


このように、中央集権型ではない管理者が不在の状態で合意形成を図るとき、悪意のある者が存在していると適切な合意形成がなされない可能性が生じます。ビットコインの技術であるブロックチェーンにおいても同様の懸念がありますが、ビットコインの場合はPoW(Proof Of Work:プルーフ・オブ・ワーク)という技術によってビザンチン将軍問題を解決しています。


PoWはいち早くブロックの計算を行ったホストに対して報酬が支払われる仕組み(マイニング)を採用していますが、ビザンチン将軍問題のように誤った情報を流そうとすると、すでに正しい処理が行われた結果を書き換える必要があります。


この上書き処理は過半数となる51%のブロックに対して行う必要があり、これには極めて膨大な時間とコストを要します。そのようなコストをかけるよりも、正規の方法でPoWによる報酬を得るほうがメリットが多いため、ブロックチェーンに対するビザンチン将軍問題はほぼ起こり得ないと考えることができます。

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