シャーディング パブリック チェーンを理解するための 1 つの記事 Harmony、Near、Elrond
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オーケー、私はバレットだよ
バフェットになりたいネギ
新しい Bakerte ディナーがついに再び登場しました。この期間中、私はシャーディングについて調査し、多くの情報を読み、ついにこの記事を完成させました。
ブロックチェーンのスケーラビリティや容量拡張は常に業界の焦点であり、イーサリアム以降のほとんどのパブリック チェーンはこの問題の解決に取り組んでおり、その後のパブリック チェーンの爆発の先駆けとなりました。
例えば、EOSは分散型DPoSを利用してコンセンサスメカニズムを変更することでより高速なコンセンサス確認を実現したり、IOTAはDAGを利用してネットワーク構造を変更することでより強力なスケーラビリティを実現したり、もちろんサイドチェーンやステートによる拡張を実現する2層ソリューションもあります。 Celer などのチャネル。
さらに、シャーディングも非常に重要な拡張ソリューションの 1 つです。多くの人がシャーディングについて聞いたことがあるかもしれません。初期の Zilliqa とその後の Quarkchain はよく知られたシャーディング パブリック チェーンです。イーサリアムも将来のバージョンでシャーディングを使用することを計画しています。新世代のパブリック チェーンでは、有名な外国のシャーディング映画プロジェクト Harmony、ニアとエルロンドも注目です。
その中で、HarmonyはBinanceに上陸してメインネットワークを立ち上げ、ElrondもBinanceに上陸して2018年12月末にPre-Sakingを立ち上げ、メインネットワークの立ち上げ段階に入りましたが、Nearはまだどの取引所にもログオンしていません。今年開始予定 主要ネットワークは第 1 四半期に開始される予定です。
副題
シャーディングとは正確には何ですか?
これら 3 つのプロジェクトを分析する前に、シャーディングとは何なのかを簡単に広める必要があるかもしれません。
フラグメンテーションはインターネット分野では古くから存在しており、一般にデータベースシャーディングと呼ばれています。これは、特定の戦略に従って、単一のデータベース内のデータを同じテーブル構造を持つ他のデータベースに割り当てることで、各データベース内のデータ量が相対的に削減され、異なるサーバーに展開できるようにすることを指します。データベースの拡張が実現できます。
画像の説明
イーサリアムシャーディングスキームの概略図、画像：Hsiao-Wei Wang
シャーディングの目標は、コンセンサスに達しながらコンピューティングとストレージの冗長性を削減し、ネットワークの十分なセキュリティを確保しながらトランザクションを十分に高速に処理できるようにすることです。
副題
どのような種類のシャードがありますか?
シャーディングされたブロックチェーン ネットワークでは、すべてのトランザクションをシャーディングする必要はありません。一般的に、シャーディングにはネットワーク シャーディング、トランザクション シャーディング、状態シャーディングの 3 種類があります。
ネットワークシャーディングとは、ブロックチェーンネットワーク全体をグループ化することであり、各グループはシャードと呼ばれ、すべてのシャードが異なるトランザクションを同時に処理して並列簿記を実現します。または、物理シャーディングと呼びます。
トランザクション シャーディングとは、トランザクションを異なるシャードまたはグループにランダムに分割し、特定のノードにアカウントを保持させることです。たとえば、トランザクション ハッシュやアドレスを通じて割り当てたり、VRF を通じてランダムに割り当てたりできます。
状態シャーディングでは、完全な台帳情報を各シャードに保存し、各シャードは台帳情報の一部を保持します。これには、シャーディングの最も複雑な方法である、シャード間データ同期やシャード間トランザクションなどの問題も含まれる場合があります。
シャーディングの導入はほぼ完了しました。これら 3 つのプロジェクトのシャーディング ソリューションについて個別に説明しましょう。
Part
1Harmony
ハーモニーとは何ですか？
Harmony は、ステート シャーディングと PoS に基づいた高性能パブリック チェーン プロジェクトです。そのシャーディング アーキテクチャは、ビーコン チェーンと複数のシャード チェーンで構成されます。ビーコン チェーンは分散型乱数を提供し、シャード チェーンはヘッダー検証、エクイティなどのサービスを受け入れます。検証ノードの抵当。
コンセンサス アルゴリズムに関しては、Harmony は FBFT を使用して各シャード内でコンセンサスに達します。FBFT は PBFT の徹底的に最適化されたコンセンサスです。BLS マルチシグネチャを通じて、従来の PBFT の効率が桁違いに向上しました。この方法で、早く合意に達する。以下は FBFT の概略図です。
現在の Harmony メインネット v0 バージョンでは各シャードに 250 ノードがあり、ブロック生成時間は 8 秒以内ですが、最適化後は 5 秒以内に達する見込みだと関係者は述べています。
5秒は本物？ ?まあ、それは褒め言葉ですよ
Harmony はシャーディング システムのセキュリティをどのように確保しますか?
断片化されたパブリック チェーンでは、1% の攻撃で二重支出を実行することが可能です。ネットワークが断片化された後は、ネットワーク全体の計算能力と誓約されたトークンの数が分割され、各断片はネットワークの N 分の 1 にすぎないため、特別なセキュリティ プロトコルを設計しなくても、断片が 100 個あった場合、ネットワーク全体のコンピューティング能力または資産の 1% を使用すると、シャードを制御し、二重支出を実行し、何もないところから新しいコインを作成することさえできます。
Harmony は、EPoS (Effective Proof-of-Stake) の効果的な抵当メカニズムと安全なランダム シャーディング テクノロジー (Random Sharding) を採用し、契約の規定に基づいて、大規模世帯によって抵当に入れられたトークンを多くの小さな部分にランダムに分割します。それらを複数のシャードに分散することで、誰も自分の抵当トークンを単一のシャードに集中させることができなくなり、単一のシャードを攻撃できなくなります。
以下は、権利と利益のランダムな配分の模式図です。
上の写真の赤色が攻撃者で、彼のトークンは複数のシャードにランダムに割り当てられるため、どのシャードでも主導権を握ることはできません。
EPoS は、住宅ローンのステーク集中の問題を効果的に解決するだけでなく、住宅ローンの複利と住宅ローンの委任もサポートします。ハーモニーのネットワークでは、ステーカーは実際の賭け金ではなく、「有効賭け金」に応じて報酬を受け取ります。
簡単に言えば、有効な抵当とは、抵当に入れられたユーザー数の中央値を取得し、抵当に入れられたすべてのトークンの数がこの中央値の 15% 以内であることです。
画像の説明
*1600ノードの実効モーゲージ図
EPoS の効果的な住宅ローンは、主に「金持ちがさらに金持ちになる」影響を遅らせ、PoS ネットワークの集中化を防ぐことです。ただし、この方法は一部の大世帯にとってはあまり満足できないかもしれませんが、私は良い解決策だと思います。
Harmonyは2019年7月にメインネットワーク「Day ONE」の第1フェーズを開始しました（このコード名は私がよく使っている日記アプリDay Oneを思い出させます笑）。シャーディングやコンセンサスなどの基本機能を備え、合計4つのフル機能を備えています。状態シャードでは、150 のコーナーストーン ノードを含む合計 600 のノードが同時にコンセンサスに参加します。
Harmony はどのようにしてノードの賄賂を防ぐのでしょうか?
1% 攻撃に加えて、もう 1 つの攻撃方法は賄賂攻撃です。つまり、最初のシャーディングが終了した後、攻撃者は賄賂や賄賂を通じて 1 つのシャードのパワーのほとんどを取得して攻撃を実行します。
贈収賄攻撃を回避するために、Harmony は Cuckoo Rule に基づいたランダムなリシャーディング メカニズム (リシャーディング) を導入しており、バリデーターの権利を 1 日おきにランダムに分散してリシャーディングすることで、攻撃者が賄賂の対象となる報酬をロックすることを困難にします。 . ターゲット、単一のシャードを正常に攻撃できません。
ここで、ランダム リシャーディング メカニズムは安全な乱数ジェネレーターに依存する必要があります。 Harmony は、独自の分散乱数生成 (DRG、分散乱数生成) プロトコルを採用し、安全で予測不可能な乱数を生成します。これは、特別なマルチパーティ コンピューティング MPC 方式です。
DRG プロトコルでは、各参加ノードがローカル VRF (検証可能なランダム関数) を生成できます。その後、これらの乱数が結合されてプレイメージ番号が生成され、次のブロックに配置され、このプレイメージが使用されます。 VDF (検証可能なランダム関数) を計算します。遅延関数) を使用して、最終的な乱数を生成します。
DRG では、VRF は結果のランダム性を保証し、VDF は結果の乱れのないことを保証します。 Harmony は、BLS12-381 楕円曲線を使用して VRF の機能を実現し、Go 言語で実装された初の VDF 検証可能な遅延関数を完成しました (https://github.com/harmony-one/vdf）。
VDF の役割は、最後のノードが前の乱数を確認した後、最終結果に影響を与えるためにそれ自体に有利な乱数を迅速に計算するのを防ぐこととして単純に理解できます。 VDF を使用すると、前の乱数の計算と公開が遅れる可能性があるため、最後のノードは、最終的に自分にとって有益な結果を変更できなくなります。 VDF の詳細については、次の記事を参照してください。検証可能な遅延関数 VDF を理解するための 1 つの記事》
Harmony はどのようにしてチップ間の通信を最適化しますか?
状態シャーディングで最も重要なことは、シャード間の通信です。ただし、単純な P2P ブロードキャスト プロトコルが使用される場合、最終システムでは大量のメッセージ負荷が生成され、そのようなシステムは多数のフラグメントをサポートできません。
Harmonyは、クロスチップ通信のネットワークオーバーヘッドを制御するために「Kademliaクロスチップルーティングテクノロジー」を採用し、「消去コード」を使用してブロックブロードキャストプロセスを最適化することで、ブロードキャスターのネットワークプレッシャーを軽減し、送信者のネットワークを回避します。効率的な水平シャーディング拡張を実現するために、この問題を解決します。
イレイジャーコーディングとは何ですか?
イレイジャーコードについては後述するので簡単に説明すると、イレージャーコード（Erasure Code）は、ストレージ分野で一般的なデータ冗長化技術であり、データをフラグメントに分割し、冗長データブロックを拡張し、エンコードして異なるデータに保存することができます。一部のデータが失われた場合、再構築アルゴリズムを通じて元のデータを復元できます。マルチコピー戦略にも同様の機能があります。つまり、データは復元できるように複数のコピーにコピーおよび保存されます。
Part 2
Near Protocol
ニアプロトコルとは何ですか?
Near は、フル ステート シャーディングに基づく開発者にとって使いやすいスケーラブルなパブリック チェーンであり、Nightshade と呼ばれる新しいプロトコルとソリューションを提案しました。
Near と他のシャーディング パブリック チェーンの違いは、その技術アーキテクチャがビーコン チェーンと複数のシャーディング チェーンで構成されておらず、システムが別個のブロックチェーンとしてモデル化されており、ブロック レベルで実装されていることです。各シャードの「セグメント」。
具体的には、Near はブロックを物理コンポーネントに分割します。各ブロックにはこれらの物理コンポーネントが含まれており、複数のブロックを検証した後、物理コンポーネントが同じである場合にこれらのブロックが正しいことを検証できます。各ブロックには論理的にすべてのシャードのすべてのトランザクションが含まれており、シャードの状態を分割します。検証者は、シャードの交換の対応する状態を検証することのみを担当します。
プロジェクトのメインネットが開始されるとき、計画では 8 つのシャード、24 のブロック/ブロックプロデューサー、および 800 人のバリデーターが必要になります。これは、各ブロックが 8 つの部分に分割され、各物理コンポーネント ブロックが正しいことを確認するために 800 人のバリデーターが 24 ブロックを検証する必要があることを意味し、対応する NEAR ブロック間隔は低くなります。
Near はどのような合意メカニズムを採用していますか?
Near は Doomslug と呼ばれる独自のコンセンサスメカニズムを採用しており、ブロックプロデューサーのグループが 1 ラウンドの通信のみでブロックを作成できるため、各ブロックが不可逆的になります。また、ブロックプロデューサーの 50% がオフラインであっても、引き続き実行できます。
同時に、悪意のある攻撃者の1/3を超えずにブロックがファイナライズされることを保証できるNightshade Finality Gadget(Nightshade Finality Gadget)と呼ばれるCasperのようなファイナリティツールも開始し、これによりネットワークセキュリティを強化しました。
Near はシャーディングのセキュリティをどのように保証しますか?
特定のシャードの検証者が公開されないように、Near は VRF を通じてランダムに検証者を割り当て、シャードに割り当てられた検証者の情報を隠します。このように、ノードはバリデーターの存在のみを認識しますが、各バリデーターがどのシャードに対応するかは知りません。
また、これらの非表示のバリデーターは特定のセグメントではなくブロックに署名するため、バリデーターが検証した正確なシャードも非表示になります。
Near はデータの可用性をどのように保証しますか?
Near は、断片化されたデータの可用性の問題を解決するために「消去コード」も使用します。断片化が存在するため、すべてのノードがすべての断片の状態を持っているわけではありません。一部のノードが特定の断片の状態を持っていない場合、それを把握することは困難です。特定のデータの可用性が保証されています。
Near の解決策は、各ノードが作成したブロックを多くの部分に分割し、異なる検証者に送信することで、そのノードが作成したシャード ブロックの一部にのみ依存して再編成できるようにすることで、データの可用性を保証することができます。 。
Part 3
Elrond
エルロンドって何？
Elrond は、適応型ステート シャーディングを備えた高スループットのパブリック チェーンです。彼らは、セキュリティ・プルーフ・オブ・ステーク（SPoS）コンセンサス・メカニズムと呼ばれる改善されたプルーフ・オブ・ステーク・メカニズムを提案し、ランダムに選択されたコンセンサス・グループ、モーゲージ・プラス格付けを導入しました。
Harmony と同様に、Elrond にも公証 (メタ) チェーンと呼ばれるメイン チェーンがあり、ネットワークに参加するノードとネットワークから離脱するノード、バリデータ リスト、ノードの割り当てなど、すべてのネットワークおよびグローバル データ操作を担当します。
ああ、ユアンリアンが兄であることが判明し、みんなは兄の言うことを聞きます
副題
Elrond のコンセンサスメカニズムとは何ですか?
Elrond は SPoS コンセンサスメカニズムを採用しており、Algorand のランダム選択メカニズムを参考にして改良を加えています。 Elrond は、コンセンサス グループをランダムに選択し、住宅ローンと格付けの次元を組み合わせることでコンセンサスを達成します。参加する各パッケージング ノードの格付けの次元を追加し、コンセンサス グループ内の pBFT 署名を確認する点で従来の PoS とは異なります。
Elrond はシャード間でどのように通信するのでしょうか?
シャード間通信を実行するための Elrond の戦略は、非同期モデルを使用することです。 Elrondの各ブロック構造は、ブロック乱数、ラウンド、提案ノード、検証ノードのタイムスタンプなどの情報を含むブロックヘッダーと、トランザクション情報を含むマイクロブロック(ミニブロック)で表され、各マイクロブロックにはすべてのトランザクションが含まれます。
このネットワークでは、トランザクションの検証と実行は最初に送信者のシャードで完了し、次にメタチェーンで公証されて実行証明が提供され、その後残高などを更新するために受信者のシャードで完了します。この処理の処理単位はマイクロブロックです。
エルロンドはどのようにしてセキュリティを確保しているのでしょうか？
Elrond は、ブロック提案者とバリデーターをランダムにサンプリングしてコンセンサス グループにするなど、セキュリティのためにノンスを使用し、ラウンド後にシャード間でノードを再シャッフルします。これにより、前述の贈収賄攻撃も防ぐことができます。
ブロックチェーンの核となるのはランダム性であり、PoSコンセンサスに限らず、通貨の保有量や通貨の古さ、乱数などによってラウンドごとに会計ノードを選択することが可能です。 PoW のコンセンサスには、ある種のランダム性も必要です。
バリュートは次のようにコメントした。
国内のTOP NetworkではMultiVAC以外にもシャーディングソリューションを採用しているので、機会があれば検討してみます。
テクノロジーも一つの側面です。内容についても簡単に触れておきたいと思います。ははは、その中でも Harmony が一番詳しく見せてくれました。Medium と Bihu に関する中国語の資料がたくさんあり、ホワイトペーパーと AMA の技術的な説明も明確です。確かに、Near は技術的には十分です。技術から中国語版の Yeying プロトコル ホワイト ペーパーに至るまで、具体的な実装計画は理解できません。ましてや他のいくつかのオリジナル ホワイト ペーパーは言うまでもありません。私の英語レベルは 4 ですが、頭が痛くなります。それを見ると。
Elrond は中国の資料をほとんど持っておらず、Tokengazer の分析と評価を見ただけですが、幸いなことに、ホワイト ペーパーやその他の資料は比較的整理されています。
中国市場では、どんなに強力なテクノロジーを持っていても、良いコンテンツを提供できなければとても怖いので、中国担当者や信頼できるマーケティングチームが非常に必要です。
コミュニティには質の高いコンテンツが必要です。そうでないと、それは単なるゴシップのコミュニティになってしまいます。
3 つのシャーディングされたパブリック チェーンの投資分析
Harmonyの総発行部数は126億部、現在の発行部数は約37億部で、Coingeckoのデータによると、Harmonyの市場価値は143位となっている。彼らは2018年5月に資金調達のシードラウンドを完了した。投資家にはContinue Capital、CypherMines、Lemniscap、Univalues Associates、Qtum、Lattice Capital、Consensus Capitalなどが含まれる。彼らは割当額の22.4%を売却し、総額1,830万米ドルを調達した。 5月には、割り当ての12.5%がBinance IEOで売却され、さらに500万ドルが集まりました。
投資家は強力なバックグラウンドを持っており、資金調達額も比較的十分ですが、2018年5月に調達したイーサリアムが実現していなければ、今頃は少し無理があるかもしれません。
ハーモニーのセカンダリーマーケットのパフォーマンスは悪くなく、現在価格は0.0048程度で、私募価格0.0065と比べるとブレイク状態ですが、IEO価格0.003175と比べるとまだ利益が出ています。
チームがリリースしたトークンのロック解除情報 (http://dwz.date/dxf) によると、2020 年にはさらに 2 つのシードラウンドのロック解除があり、約 14 億トークンになります。プロトコルの進捗、エコロジー構築、チームのトークンと相まって、発行部数は今年末までに約70％に達すると予想されます。
現時点ではHarmony社のステーキングは始まっていないようですが、第1四半期にはオープンステーキングを予定しており、年率換算の収益率は10%程度になると予想されています。メインネットワークの後の Dapp の開発と合わせて、ステーキングによって循環をより狭い範囲に維持できれば、依然として良好なパフォーマンスが得られる可能性がありますが、もちろんチームの意思決定と資金にも依存します。
NEAR は伝統的な資金調達形式で、投資家には MultiCoin Capital、Coinbase、Electric Capital、MetaStable、Baidu Ventures、SVAngel などが名を連ねており、資金調達総額は 1,210 万米ドルです。
現時点では、Near はどの取引所にも上陸していませんが、第 1 四半期にはメインネットワークを立ち上げ、取引所に上陸する予定です。トークンの配布とロック解除、私募価格に関する情報はまだ正式に発表されていません。
最近、ニアが中国に来ていくつかのオフライン活動を行っているのを見ましたが、結果は悪くありませんでしたが、中国に来る時期はあまり良くなかったようです、国内の環境と市場は最終的に良くありません大きな特典もないので、皆さんの神経を刺激するのは難しいです。春節後の活躍に期待しましょう。
エルロンドの総発行枚数は200億枚、現在の流通枚数は約100億枚で、Coingeckoのデータによるとエルロンドの市場価値は149位とハーモニーの順位とあまり変わらない。
相対的に言えば、エルロンドの評価額ははるかに低く、私募で割り当ての 19% が売却され、190 万ドルが調達されました。投資家には、Binance Labs、Electric Capital、NGC、Maven 11、Woodstock Capita が含まれます。その後、エルロンドはバイナンスでIEOを実施し、割り当ての25％を売却して325万ドルを調達した。
それに比べてエルロンド社は資金調達が最も少ないはずで、公式サイトではチームの人数が20名を超えているが、コストはまだ高く、資金も不足しているようだが、借り換えの予定があるのかどうかは分からない。
現時点ではプロジェクト当事者にとっては容易ではないが、ブレークスルーと価値があればコストを削減して確実に開発することができ、将来性が期待できる。
最後に、読んでいただきありがとうございます。この記事を書くためにたくさんの情報を読みました。まだまだ詳しく紹介・分析できていない点もたくさんあるかもしれませんので、機会があればゆっくりお話しさせていただきます〜
参考文献:
