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【プライベートブロックチェーンとパブリックブロックチェーンもについて】

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今、Fintech(フィンテック)はじめ色々な業界で注目されているブロックチェーン技術。

ブロックチェーンのルーツを辿ると必ずビットコインに到達します。

それは、なぜか?

世界で一番最初にブロックチェーン技術が組み込まれ他のがビットコインだからです。

そして、ビットコインが世の中で認知されるにすれブロックチェーン技術の素晴らしさから色んな分野に応用されるようになってきました。

そして今現在、ブロックチェーンは『プライベートブロックチェーン』と『パブリックブロックチェーン』という技術に区分されて使われています。

【プライベートブロックチェーン】

一言でいえば「情報システムとして運用されるブロックチェーン」です。その大きな特徴の一つは、耐故障性や耐改ざん性というブロックチェーン技術の特徴を保ちながら性能を追求できることです。

「性能を追求すること」は普通のITではわざわざ説明するまでもないことで、すべてのIT関連技術はその価格帯でのベストな性能を追求した成果が世に出たものと考えていいでしょう。

✨ところがブロックチェーン技術では事情が違います。あえて性能が低くなることを承知の上で仕様を決定している側面があるのです✨

え?むすがしい?

たとえばビットコインでよく聞く問題は?
「遅い」

ビットコインが遅いのは「仕様」

よく、ビットコインの処理性能は7取引/秒
と言われます。

情報システムの水準で見ると決して高い数字ではありませんが、この数字はビットコインの仕様です(正確にいうと仕様上の処理性能上限です)。

そのような仕様になっていることには背景があります。

 

【パブリックブロックチェーン】

ブロックチェーンの元祖といえるビットコインは、誰でも参加できる開かれたブロックチェーンで、不特定多数のノードが参加する特徴を持っています。このように誰でも参加できるブロックチェーン技術のことです。

もう一つ重要なこととして、ビットコインのブロックチェーンは仮想通貨という「お金」と一体化しています。ビットコイン以外のパブリックブロックチェーンでも、仮想通貨と一体になった設計が主流です。

ビットコインを筆頭とするパブリックブロックチェーンは、不特定多数の参加を前提としていること、そして仮想通貨の資産価値を載せるプラットフォームとしての性格があることを背景として、地理的に広い地域に分散したネットワーク上で、特定の中心や管理主体を持たないPure P2Pネットワークとして機能するように設計されています。

これは、例えば中央銀行の金融政策により発行量が左右されず、政府の命令のより取引停止にもならないという点で評価されています。その一方で、これらの設計は性能追求とは相反します。

パブリックブロックチェーンとは別に、プライベートブロックチェーン技術が登場しています。プライベートブロックチェーンは、情報システムとして管理運用されるブロックチェーンなので管理主体が存在し、ノードを管理する運用者が存在します。

このようなプライベートブロックチェーンの(パブリックブロックチェーンと比べた)大きな特徴は「技術面で冒険ができること」です。その冒険の一つとして、不特定多数のノードが参加する前提のパブリックブロックチェーンとは異なり、ギリギリまで性能を追求することができます。

 

【ブロックチェーンの処理性能の算出式】✨

ブロックチェーンの仕様上のスループット(一定時間あたり処理できる取引数)は

●ブロックサイズ
●ブロック承認時間
●トランザクションの平均メッセージサイズ

により決まります。その計算式は次のようになります。義務教育を受けた人なら簡単に計算できる内容です。

処理性能の上限(取引/秒)= 最大ブロックサイズ/(トランザクションの平均メッセージサイズ×ブロック承認時間)

【ビットコインの場合】
●最大ブロックサイズが1Mバイト

●トランザクションの平均メッセージサイズが250バイト
●ブロック承認時間が10分間(=600秒)

という数字です。これを当てはめると、次のようになります(計算を簡単にするため1M=100万としています)。

1,000,000(バイト)÷(250(バイト)× 600(秒))≒ 6.67(取引/秒)

前述のように、よくビットコインの処理性能は7取引/秒といわれますが、その根拠となるのが上記の計算です。

上の式を見れば分かるように、処理性能の上限を高めるための仕様変更として次の3通りが考えられます。

(1)ブロックサイズを増やす
(2)平均メッセージサイズを削減する
(3)ブロック承認時間を短くする

ビットコインの場合、

(1)のブロックサイズを増やす計画がいったん提案されたものの、ビットコインの開発者コミュニティとマイナー(採掘業者)たちの間で大論争になり、結果としてブロックサイズは凍結されたままです。

(2)の平均メッセージサイズを小さくする手法としては複数の電子署名をまとめて記録するSegwitと呼ぶ新技術がリリース済みです。これにより2倍以上の性能向上が見込めます。

(3)のブロック承認時間を短くすることは、ビットコインの仕様を大幅に変更することになるため難しいと考えられます。しかし、ビットコイン以外のブロックチェーン技術ではブロック承認時間が「15秒」とビットコインの1/40の承認時間の技術もあります。

ここで仮に、ビットコインに比べてブロックサイズを6倍、平均メッセージサイズを1/2、ブロック承認時間を1/40(15秒)に設定して機能させることができれば、
6×2×40=480
で、現行のビットコインに比べて480倍高速にできます。およそ秒間3200取引できるブロックチェーンになる訳です。この数字は現実的なのでしょうか?

480倍の性能向上と聞くと、従来のITの常識ではなかなか難しそうに聞こえます。ですが、ここでブロックチェーンの性能は「仕様上の制約」による部分が大きいという背景を思い出してください。そして最近の新技術の評価により、この水準の性能は実現可能であることが、だんだんと分かってきたのです。

パラメータをチューニングできるmijin

mijinは、パブリックブロックチェーンのNEMと共通のAPIと設計思想を持つプライベートブロックチェーン技術です。プライベートブロックチェーンであることの特徴として、各種パラメータを操作可能です。つまり、各種パラメータを操作することで性能を追求することができます。

さらに、現在開発が進められているmijinの次世代コアCatapultでは、
(1)ブロックチェーンの核心部分を担う「チェーンサーバー」とAPI呼び出しを受け付ける「APIサーバー」を分離、
(2)開発言語とJavaからC++に変更、
(3)通信プロトコルもsocket上に実装するなど、処理性能のネックになる要素を取り除くことで高速化を達成しています。

このCatapultの最新の性能を試した実験の結果が先日報告されました。さくらインターネット、テックビューロ、アララが協力して実証実験を行った結果、「平均3000件/秒、最高4142件/秒」の性能が確認されました。実験環境は「さくらのクラウド」の1リージョン内で4ノードを使っています

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