まとめ
近年、ブロックチェーンはインターネット金融の分野で研究のホットスポットとなっています。ブロックチェーンは分散型台帳技術として、分散化、改ざん防止、セキュリティ、信頼性など多くの利点を持っていますが、同時に高いエネルギー消費や低いスループットなどの問題にも直面しています。ブロックチェーンの中核として、コンセンサス アルゴリズムは、ブロックチェーンがコンセンサスに達し、ブロックを生成する方法を決定します。実用ビザンチン コンセンサス アルゴリズム (PBFT) は、現在コンソーシアム ブロックチェーンで最も広く使用されているコンセンサス アルゴリズムであり、低エネルギー消費と高スループットという利点がありますが、高帯域幅要件やノード数の固定などの欠点があります。
研究の背景
ブロックチェーンは分散型、または厳密に言えば、複数集中型の分散データベース システムです。ブロックチェーン内の各ノードは、すべてのトランザクション レコード、またはトランザクション レコード マークル ツリーのハッシュ値を保存します。このシステムは、暗号化手法を使用して暗号化および圧縮され、秩序だった方法でリンクされた一連のデータ ブロックで構成されています。次のブロックには前のブロックのマークルツリーのハッシュ値が含まれるため、各ブロックの内容は一定期間内であれば他人に改ざんされることができない。
現在、ブロックチェーンはパブリックチェーン、アライアンスチェーン、プライベートチェーンの3つの分化したタイプに発展しています。
- パブリック チェーンはビットコインに代表され、パブリック チェーン上のすべてのトランザクション データは公開されるため、誰もがパブリック チェーン上のデータを検証できます。このことから、パブリック チェーンは、ユーザーの参加度が高い、完全に分散された分散型システムであることがわかります。
- コンソーシアムチェーンは、その名前が示すように、参加するノードはすべて事前に選択されており、それらの間には特定の接続と関係があります。パブリックチェーンと比較すると、参加ノードの数が比較的固定されており、アライアンスチェーン内のノードの信用度が高いため、トランザクション速度が速く、コストが低く、トランザクションのエネルギー消費も小さくなります。
- プライベート チェーンは、特定の組織など、関与するノードが少ないため、ブロックチェーンの本質とは相反するものの、いくつかのシナリオの適用には対応できることがわかります。
プログラム可能な通貨の影響を受け、大手銀行機関はブロックチェーン技術を金融業界に適用する方法を模索しています。人々はスマートコントラクトの概念と技術をブロックチェーンに適用する実験を行っており、それによってプログラム可能な金融モデルをさらに形成しています。
現在、ブロックチェーンにおける「データの偽造防止」と「分散化」という特徴は、さまざまな分野で広く評価されています。ブロックチェーンは、仲裁、トレーサビリティ、物流、投票などの分野に応用できます。その結果、社会全体がインテリジェントインターネットの時代に入り、ブロックチェーンは金融通貨の信頼コストを削減するだけでなく、他の分野でも活用されるようになりました。こうしてプログラマブル社会が形成される。
インターネット技術の急速な発展と普及により、多くの人がブロックチェーンが「次のインターネット」になると信じています。人々がブロックチェーン技術の発展に対して非常に楽観的であることがわかります。現在、世界中の大学、銀行、IT企業がブロックチェーンの研究に人材と物的資源を投入しており、信頼を再定義する次世代インターネットが到来しています。
海外での研究状況
現時点では、ビットコインとそこから派生したさまざまなデジタル通貨が依然としてブロックチェーンの主な研究および応用対象となっています。大手インターネット、IT、その他の企業がブロックチェーンに足を踏み入れた後、金融分野へのブロックチェーン技術の研究と推進を開始し、最終的にはブロックチェーンを日常生活のあらゆる分野に適用しました。現在、リップル社が開始したリップルプロトコルは、通信と同じくらい便利な次世代の決済プロトコルとなることを目指しています。そこが立ち上げた通貨リップルも世界中でますます注目を集めています。さらに、ブロックチェーンは他の分野でも幅広い応用が可能です。Follow My Vote はブロックチェーン オンライン投票ソフトウェアを開発しました。この投票ソフトウェアは従来の投票ソフトウェアとは異なり、株式加重型の投票ソフトウェアです。同時に、このソフトウェアは基礎層としてブロックチェーン技術を使用しているため、有権者の投票が改ざんされたり、候補者の投票が変更されたりすることはありません。最終投票の結果は変更できず、結果はブロックチェーン上のすべてのユーザーに公開されるため、それが正しいかどうかを簡単に問い合わせることができます。したがって、この投票ソフトウェアは投票をより公平かつオープンにすることができると言えます。
IBMは、食品の起源を追跡できるブロックチェーンプロジェクトを立ち上げました。IBM FoodTrastIBMは、食品業界の参加者はサプライチェーンを信頼できるエンドツーエンドの観点から見る必要があり、透明性も確認する必要があると考えています。業界全体の成長率は増加中。食品の安全性を確保するために、食品サプライチェーンのシステム全体にわたって食品を追跡することができます。同時に、汚染をより迅速に検出して追跡できます。このようにして、フードチェーンのサプライヤー、流通業者、物流プロバイダーなどは、業務のあらゆる段階において外部に対して透過的なので、最終消費者はその恩恵を受けることができます。ffiM FoodTmst ソリューションを通じて、食品の安全性に問題がある場合、サプライヤーと小売業者は製品を迅速かつ効率的に追跡し、リコールできます。このソリューションは、食品サプライ チェーンの参加者に、許可された食品業界情報の共有ビューを提供します。デジタル戦略の中核にブロックチェーン技術を据えることで、食品業界は既存の健康リスクに迅速、効率的、正確に対応する機会を得ることができます。これにより、ビデオのセキュリティが大幅に向上します。IBMはこれまでにこのプロジェクトを実用化するために多くの企業と契約を結んでいる。
中国の研究状況
工業情報化部発行の「中国ブロックチェーン技術及び応用開発白書」によれば、ブロックチェーン技術はデジタル通貨と同等ではないため、ブロックチェーン技術とデジタル通貨を区別する必要があると整理できる。国家はブロックチェーン技術の発展を強力に支援しており、デジタル通貨の管理が短期間に緩和されることはない。
ICO分野でのブロックチェーンの開発に焦点を当てている西側世界とは異なり、国内規制当局の厳しい監視により、我が国はブロックチェーンの応用研究に重点を置いています。
ブロックチェーンの研究は主に、ブロックチェーンのサイドチェーンとクロスチェーンの研究、ブロックチェーンの応用研究、ブロックチェーンのスマートコントラクトの研究、ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムの改善とスケーラビリティの研究、ブロックチェーンのノードデータ伝送パフォーマンスの研究、ブロックチェーン技術のセキュリティ研究などに分類できます。
ブロックチェーン技術の出現により、スマートコントラクト技術が再び人々の目の前に現れましたが、現在のスマートコントラクト技術の不安定性とセキュリティの問題は、実際に実用化するにはさらなる研究が必要です。ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズム、セキュリティ、スケーラビリティ、ノードデータ送信パフォーマンスはすべて、ブロックチェーン自体を改善し、クロスチェーンがより良いサービスを提供できるようにすることを目的としています。
ブロックチェーンのコア技術
ブロックチェーンデータベース
ブロックチェーンは、複数集中型の分散台帳です。ブロックチェーンの各ノードは、分散システムのデータベースに相当します。ただし、各ノードを保守する中央管理者が存在しないという点で、分散データベースとは異なります。データベース間のデータ同期。ただし、ブロックチェーンでは、データはブロックのデータベースに書き込むことしかできず、削除したり変更したりすることはできません。ブロックチェーンでは、ブロックに保存されているデータのセキュリティを確保するために、さまざまな暗号化技術が使用されています。また、ブロックチェーンは分散システムであるため、ノードのデータを改ざんしてもシステム内のほとんどのノードでは認識されず、まったく無駄です。この分散データベースサーバークラスタは、サービスの復旧やバックアップ、データの冗長化などを実現するために分散されています。ただし、その知識は依然として特定の企業または機関に属しているため、依然として集中管理されたデータベース クラスターです。
しかし、ブロックチェーン上のデータは暗号化されて分散されているため、データのアップロード者もデータの保存者も、特定のデータの具体的な保存場所を知ることはできません。これにより、違法なコンテンツによるブロックチェーン データベースの汚染を防ぐことができます。
分散型台帳
ブロックチェーンは特定のテクノロジーを備えた分散型台帳ですが、すべての分散型台帳がブロックチェーンであるわけではありません。
- 分散型台帳は技術レベルではブロックチェーンと同じように分散化されており、台帳間でデータを保持するためにコンセンサスアルゴリズムも使用されます。使用されるコンセンサスアルゴリズムは異なりますが、これは従来の分散台帳ではビザンチン問題を考慮する必要がないためです。
- 従来の台帳構造はすべての台帳データをシステム上で管理する組織があったため、この分散台帳は本当の意味での分散型システムとは言えないようです。
ブロックチェーンで私たちが達成したいのは、各ノードが独自のローカル台帳データを管理する、完全な 100% 分散型の分散台帳です。
- このシステムでは、単一の組織がほとんどのノード台帳を管理できません。
- 各台帳は、ハッシュ関数とタイムスタンプ技術を通じて相互に接続されています。
- ビットコインの分岐現象は、ビットコインコミュニティ内のさまざまなマイナー間の競争によって引き起こされます。
これは健全な競争であり、ビットコイン システム内のどの機関もブロックチェーン上のすべてのノードを制御できないことを示しています。
コンセンサスアルゴリズム
POW および POS アルゴリズムは、現在パブリック チェーンで最も広く使用されているコンセンサス アルゴリズムです。現在、ビットコインやイーサリアムなどのよく知られたアプリケーションはすべて POW アルゴリズムまたは POS アルゴリズムを使用しています。ビットコインとイーサリアムのデータを調べた後、POW アルゴリズムと POS アルゴリズムのパフォーマンスについて次の結論を導き出すことができます。
現在、ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムは、高スループット、低エネルギー消費、システムのダイナミクスなどの観点から、ブロックチェーンの使用シナリオに応じて改善できることが認識されています。
研究の方向性:
ブロックチェーン研究は主にブロックチェーンに分けられます。
- サイドチェーンとクロスチェーンの研究、
- ブロックチェーンの応用研究、
- ブロックチェーンにおけるスマートコントラクトの研究、
- ブロックチェーンにおけるコンセンサスアルゴリズムの改善と拡張性に関する研究、
- ブロックチェーンにおけるノードのデータ伝送性能に関する研究、
- ブロックチェーン技術等のセキュリティ研究
その中で、サイドチェーンとクロスチェーンは主に、現在のシングルチェーン状況におけるパフォーマンス、容量、プライバシー、およびチェーン間でデータを転送できない問題を解決することを目的としています。ブロックチェーンの応用研究は、国内外でブロックチェーン研究の最も人気のある方向性です。現在、ブロックチェーン技術とさまざまな分野のさまざまな産業を組み合わせることで、さまざまな産業の効率を大幅に向上させることができ、多くの人々の注目を集めています。
ブロックチェーン技術の出現により、スマートコントラクト技術が再び人々の目の前に現れましたが、現在のスマートコントラクト技術の不安定性とセキュリティの問題は、実際に実用化するにはさらなる研究が必要です。ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズム、セキュリティ、スケーラビリティ、ノードデータ送信パフォーマンスはすべて、ブロックチェーン自体を改善し、クロスチェーンがより良いサービスを提供できるようにすることを目的としています。