履歴の証明とは何か、そしてそれはどのように機能するのか？

履歴の証明が必要な理由の説明

ブロックチェーンのような分散型ネットワークでは、取引の共通タイムラインを同期させることが大きな課題です。ほとんどのブロックチェーンは、ネットワーク全体の通信を通じてブロックを調整することによってこれを達成しますが、このアプローチは遅延を生じさせ、特にノードがネットワークに参加するにつれて取引の確定が遅くなる可能性があります。

Solanaの創設者であるアナトリー・ヤコヴェンコは、取引の歴史的記録を提供する暗号的解決策を導入することで「時計の問題」を解決する方法を見出しました。すべての取引に検証可能なタイムスタンプを付与することによって、Solanaは時間や順序についての常時のネットワークコンセンサスを必要とせずに暗号的な出来事の順序を作成できます。この解決策は履歴の証明として知られ、Solanaを際立たせる中心的な機能となり、高速を実現しながらも分散化を損なうことがありませんでした。

Solanaは、前例のない取引速度と低手数料により、最も話題にされているレイヤー1ブロックチェーンの1つとなりました。この高性能プラットフォームの中心には、革新的な概念である履歴の証明（PoH）があります。

ビットコインやイーサリアムのように、コンセンサスメカニズムとしてそれぞれプルーフ・オブ・ワーク（PoW）やプルーフ・オブ・ステーク（PoS）のみに依存しているブロックチェーンとは異なり、SolanaはPoHとPoSを組み合わせて高スループットで低遅延のシステムを実現しています。

このユニークな組み合わせにより、Solanaは1秒あたり数千の取引を処理でき、他のチェーンが直面している重大なボトルネックを解決します。

履歴の証明（PoH）の仕組み

履歴の証明は、各取引にタイムスタンプを付与する暗号時計を確立することによって機能し、各取引がいつ発生したかを証明できる記録を作成します。

このプロセスでは、Solanaの場合SHA-256ハッシュに基づいた検証可能な遅延関数（VDF）を使用して、連続的で順次のハッシュのチェーンを作成します。各ハッシュは前のハッシュを参照し、ユニークなタイムラインを形成します。

PoHのユニークさは、各ハッシュが検証可能であり、前のハッシュに依存しているという事実にあります。このハッシュの連鎖は、本質的にネットワーク内のすべてのノードが従うことができる「時計」を作成し、直接コミュニケーションすることなく取引の順序に合意できるようにします。ノードは、事前に順序付けられたシーケンスでブロックと取引を検証できるため、全体的なプロセスが加速されます。

PoHがSolanaのコンセンサスを加速する方法

PoHは、取引を事前に順序付けることによってSolanaがより迅速で効率的なコンセンサスを達成することを可能にし、迅速なブロックタイムを実現し、1秒あたり数千の取引を処理できるようにします。

従来のPoSまたはPoWシステムでは、ブロックはネットワーク全体の投票プロセスを通じて作成され、各ブロックのタイムスタンプと順序についての合意が必要です。

PoHは、取引を事前に順序付けることによってこのステップを省略できるため、バリデーターはネットワーク全体の合意を待たずに取引を処理できます。これにより、必要な通信量が減少し、検証プロセスが迅速かつ効率的になります。

PoHを使うことで、すべてのノードが同じ検証可能なタイムラインにアクセスするため、Solanaははるかに迅速にコンセンサスを達成できます。これにより、予測可能で迅速なブロックタイムが可能になり、Solanaは定期的に400ミリ秒のブロックタイムを達成します。これは、多くの中央集権的システムよりも速いです。同期の問題を解決することで、PoHはSolanaが高い一貫性で1秒あたり数千の取引を処理できるようにします。

履歴の証明とステークの間の相互作用

PoHが取引のタイムラインと順序を提供する一方で、PoSはバリデーターの選択とネットワークのセキュリティを扱います。

SolanaのPoSシステムでは、バリデーターはネットワークへのステークに基づいて選ばれます。ステークが大きいほど、新しいブロックを追加するために選ばれる可能性が高くなります。このステーク重視の選択プロセスは、バリデーターのインセンティブをネットワークの健全性と整合させることによって、ネットワークを安全に保ちます。

PoHとPoSはシームレスに連携しています。その仕組みは次のとおりです：

• PoHはイベントの順序付けられたリストを提供し、PoSはそれらをブロックチェーンに追加する権限を決定します。

• 選ばれたバリデーター、別名「リーダー」は、PoHのタイムスタンプに従って取引を収集し、順序付けます。PoHとPoSのこの相乗効果により、Solanaは速度とセキュリティの両方を維持できるバランスを実現していますが、これは多くの他のブロックチェーンが達成するのが難しいものです。

Solanaにおけるブロック作成のリードバリデーターの役割

Solanaでは、リードバリデーター（または「リーダー」）が特定のスロットでブロックを作成するために選ばれます。このバリデーターは、PoHのタイムラインに従って取引を整理し、タイムスタンプを付与する責任があります。

PoHを利用することで、リーダーは各取引を特定の順序に配置でき、他のバリデーターが取引のシーケンスを積極的に検証する必要がなくなります。

リードバリデーターがブロックを作成した後、他のノードによって検証されます。

ブロックがすでにPoHのタイムラインに従っているため、検証は迅速かつ効率的です。このリードバリデーターの役割は、ブロックが迅速に生成され確認されることを保証するため、Solanaのスケーラビリティにおいて重要です。

ここに、PoHとPoSを結びつけるコンセンサスのテーマ的な流れがあり、高スループットで低遅延のブロックチェーンを実現しています。

• ステップ1：Solanaのバリデーターリーダーは、より大きなSolana（SOL）ステークを持つバリデーターがリーダーとして選ばれる確率が高くなるステーク重視のシステムに基づいて選ばれます。これは、ネットワークに多く投資するエンティティがブロック生成の責任を持つ可能性が高くなり、ネットワークセキュリティとのインセンティブの整合を促進します。

• ステップ2：PoHコンセンサスメカニズムは、リーダーのためのローテーションスケジュールを設定します。このスケジュールは事前に知られており、各リーダーには「スロット」が割り当てられます。これは、取引を集めてブロックを生成する短い期間（約400ミリ秒）です。この予測可能なローテーションにより、バリデーターは次にリーダーとして行動する時期を予測でき、今後の責任に備えやすくなります。

• ステップ3：割り当てられたスロットの間、リーダーはネットワークから取引を集めます。PoHメカニズムにより、リーダーは各取引に独自の暗号署名でタイムスタンプを付与し、取引の順序付けられたシーケンスを作成します。この順序付けはPoHに不可欠であり、取引が正しい順番で他のノードによって検証および確認されることを可能にします。

• ステップ4：リーダーは、順序付けられた取引をブロックに整理し、PoHシーケンスに合致するタイムスタンプを埋め込みます。このシーケンスは、各取引ごとにすべてのバリデーターが合意に達することを必要とせずに、取引の順序を確認する履歴的記録として機能します。PoHのタイムスタンプは、取引がリアルタイムで処理されたことの証明としても機能し、検証可能な台帳を提供します。

• ステップ5：ブロックが作成されると、リーダーはSolanaのタービンプロトコルを使用してネットワークの残りの部分にブロックをブロードキャストします。タービンはデータを小さなパケットに分割し、バリデーター全体に配布することで、高い取引量でも効率的な伝播を確保します。

• ステップ6：他のバリデーターはブロックを受信し、PoHシーケンスに対して検証します。タイムスタンプ付きの順序が期待される履歴的記録と一致していることを確認します。取引はすでにリーダーによって事前に順序付けられているため、バリデーターは順序を確認するための追加の通信を必要とせずにシーケンスを迅速にチェックでき、検証プロセスが加速されます。

• ステップ7：ブロックが検証されると、それはブロックチェーンに追加され、取引記録が確定します。リーダーの役割は次に予定されているバリデーターにローテーションし、次のスロットのために取引を収集し始めます。このサイクルは続き、Solanaが継続的なブロック生成を実現し、高スループットを維持することを可能にします。

Solanaにおける追加の革新：タービンとパイプライニング

PoHに加えて、Solanaは性能をさらに最適化するために、タービンやパイプライニングなどの他の技術革新を導入しています。

大規模ネットワークにおけるデータの伝播は遅くなり混雑する可能性があり、ボトルネックを引き起こすことがあります。タービンは、データを小さな部分に分解し、ノード間で並行して送信することでこれを解決します。これは、BitTorrentがファイルを分割するのと似ています。これにより、特にグローバルネットワークにおいて低遅延と高スループットを維持するのに役立ちます。

Solanaのパイプライニングアーキテクチャは、取引処理の異なる段階を同時に実行できるようにします。この処理タスクをリソース全体に分割することで、取引は待つことなく継続的に流れ、スループットが増加し、システムの効率が向上します。

タービンとパイプライニングをPoHと組み合わせることにより、Solanaは従来のブロックチェーンが直面する一般的なボトルネックを回避しながら迅速に取引を処理できます。

なぜSolanaにはメモリプールがないのか

メモリプールは、未確認の取引のための保管エリアであり、ほとんどのブロックチェーンが保留中の取引を管理するために使用します。しかし、SolanaにはPoHのおかげで従来のメモリプールがありません。Solanaのシステムでは、取引がネットワークに入るとすぐにタイムスタンプが付与され、リアルタイムで処理されます。

このリアルタイム処理により、取引は行列で待つことなく、すぐに受け入れられて順序付けされるか、捨てられるため、メモリプールが不要になります。メモリプールを排除することで、Solanaは遅延を減少させ、取引が最小限の遅延で処理されることを保証し、高速パフォーマンスを維持するための重要な要素となります。

PoHはSolanaがメモリプールなしで機能することを可能にしますか？

PoHのユニークなタイムスタンプ機能が、Solanaがメモリプールなしで運営できる理由です。

PoHが取引の組み込み順序を提供するため、バリデーターは取引が到着するとすぐに処理でき、仮に一時的に保存する必要がありません。この即時の順序付けにより、取引の流れが簡素化され、ネットワークは高いボリュームを処理できるようになります。メモリプールの管理という追加の複雑さもなくなります。

このアプローチは印象的な速度の利点をもたらしますが、混雑を防ぐためにバリデーターの業務とネットワークセキュリティの慎重な管理も必要です。Solanaの設計はこれらの要素のバランスをとり、実運用において最も高速なブロックチェーンの1つにしています。

ブロックリーダー — SolanaのPoHコンセンサスモデルにおける集中化ベクター？

PoHメカニズムにおいて同じバリデーターが頻繁にリーダーとして選ばれると、ブロック生成が集中化され、バリデーターの多様性が減少し、MEV抽出に関連するリスクが増加する可能性があります。

リーダーは取引の整理と順序付けを担当しているため、ネットワークにおいて重要な役割を果たしています。頻繁に同じ少数のバリデーターがリーダーとして選ばれると、資源の豊富な小グループのバリデーターがブロック生成において大きな影響力を持つ状況が生まれる可能性があります。これにより、ブロック作成プロセスに積極的に参加しているバリデーターの多様性が減少する可能性があります。

ブロックリーダーが取引を順序付ける唯一の責任を持っているため、最大抽出可能価値（MEV）を使用して追加の収益を管理することも可能です。しかし、チェーンの速度はすでにMEVの可能性を減少させており、遅いチェーンとは異なります。しかし、これはPoHメカニズムのリスクの1つです。