JP2023515369A - 分散型データベース - Google Patents

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Abstract

階層化ネットワークにおいて実行される方法。階層化ネットワークは、１つまたは複数のコアノードを含むコア層と、各々が１つまたは複数の中間層ノードを含む１つまたは複数の中間層と、各々が１つまたは複数の外層ノードを含む１つまたは複数の外層とを含む。各コアノードは、ブロックチェーンネットワークのノードである。少なくともいくつかの中間層ノードはデータベースノードである。少なくともいくつかの外層ノードはクライアントノードである。各データベースノードは、分散型データベースの少なくとも一部を記憶する。方法は、データベースノードにおいて、データベースエントリを更新することを要求する１つまたは複数の更新要求を１つまたは複数のクライアントノードから受信すること、各更新要求について、ローカルに更新を適用すること、および／または別のデータベースノードにフォワードすることを含む。１つまたは複数の更新要求の指示を含む少なくとも１つのトランザクションも、ブロックチェーンネットワークのブロックチェーン上に記録される。

Description

本開示は、データベースに対する状態の変化を記録するためのブロックチェーンと共に実装される分散型データベースに関する。
ブロックチェーンは、分散型データ構造の形態を指し、ブロックチェーンの複製コピーが、ピアツーピア（Ｐ２Ｐ）ネットワーク内の複数のノードの各々において維持される。ブロックチェーンは、データブロックのチェーンを含み、各ブロックは１つまたは複数のトランザクションを含む。各トランザクションは、１つまたは複数のブロックにまたがり得るシーケンス内の先行トランザクションを指し示し得る。トランザクションは、新しいブロックに含まれるためにネットワークにサブミットされ得る。新しいブロックは、「マイニング」として知られるプロセスによって作成され、このプロセスは、複数のマイニングノードがそれぞれ、「プルーフオブワーク」を実行しようと競うこと、すなわち、ブロックに含まれるのを待っている保留中のトランザクションのプールに基づいて暗号パズルを解くことを伴う。
ネットワーク内の各ノードは、フォワード、マイニング、および記憶という３つの役割のうちのいずれか１つ、２つ、またはすべてを担うことができる。フォワーディングノードは、ネットワークのノード全体にトランザクションを伝搬する。マイニングノードは、ブロックへのトランザクションのマイニングを実行する。ストレージノードは各々が、ブロックチェーンのマイニングされたブロックのそれら自体のコピーを記憶する。ブロックチェーンにトランザクションを記録させるために、当事者は、伝搬されるべきネットワークのノードのうちの１つにトランザクションを送信する。トランザクションを受信するマイニングノードは、トランザクションを新しいブロックにマイニングしようと競い合い得る。各ノードは、同じノードプロトコルを尊重するように構成され、そのノードプロトコルには、トランザクションが有効であるための１つまたは複数の条件が含まれる。無効なトランザクションは、伝搬もブロックへのマイニングもされない。トランザクションが妥当性確認（validate）され、それによってブロックチェーン上に受け入れられたと仮定すると、トランザクション（任意のユーザデータを含む）は、不変の公開記録としてＰ２Ｐネットワーク内のノードの各々に記憶されたままになる。
プルーフオブワークパズルを解くのに成功して最新のブロックを作成したマイナーは、典型的に、新しい額のデジタル資産を生成する「生成トランザクション」と呼ばれる新しいトランザクションで報酬が与えられる。ブロックをマイニングするためには大量の計算リソースを必要とし、二重支出の試みを含むブロックは他のノードによって受け入れられない可能性が高いので、プルーフオブワークは、それらのブロックに二重支出トランザクションを含めることによって、マイナーがシステムで不正を行わないためのインセンティブを与える。
「出力ベース」のモデル（ＵＴＸＯベースモデルと呼ばれることもある）では、所与のトランザクションのデータ構造は、１つまたは複数の入力と１つまたは複数の出力とを含む。任意の使用可能な出力は、デジタル資産の額を指定する要素を含み、これはＵＴＸＯ（「未使用トランザクション出力」）と呼ばれることもある。出力は、出力を償還するための条件を指定するロックスクリプトをさらに含み得る。各入力は、先行トランザクションにおけるそのような出力へのポインタを含み、指し示された出力のロックスクリプトをロック解除するためのロック解除スクリプトをさらに含み得る。そのため、トランザクションのペアを考慮して、それらを第１のトランザクションおよび第２のトランザクション（または「ターゲット」トランザクション）と呼ぶ。第１のトランザクションは、デジタル資産の額を指定するとともに、出力をロック解除する１つまたは複数の条件を定義するロックスクリプトを含む少なくとも１つの出力を含む。第２のターゲットトランザクションは、第１のトランザクションの出力へのポインタを含むとともに、第１のトランザクションの出力をロック解除するためのロック解除スクリプトを含む少なくとも１つの入力を含む。
そのようなモデルでは、第２のターゲットトランザクションがＰ２Ｐネットワークに送られて伝搬されブロックチェーンに記録されるとき、各ノードで適用される有効性の基準のうちの１つは、ロック解除スクリプトが第１のトランザクションのロックスクリプトで定義された１つまたは複数の条件のすべてを満たすことである。もう１つは、第１のトランザクションの出力が別の先の有効なトランザクションによってまだ償還されていないということである。これらの条件のいずれかにしたがってターゲットトランザクションが無効であることを発見したノードは、それを伝搬することも、ブロックチェーンに記録されるブロックへとマイニングするために含めることもしない。
別のタイプのトランザクションモデルは、アカウントベースのモデルである。この場合、各トランザクションは、過去のトランザクションのシーケンスにおける先行トランザクションのＵＴＸＯを参照することによってではなく、絶対アカウント残高を参照することによって、転送されるべき額を定義する。すべてのアカウントの現在の状態は、ブロックチェーンとは別個のマイナーによって記憶され、絶えず更新される。
従来、ブロックチェーンにおけるトランザクションは、デジタル資産、すなわちいくつかのデジタルトークンを通信するために使用される。しかしながら、ブロックチェーンは、ブロックチェーンの上に追加の機能を重ねるために活用することもできる。例えば、ブロックチェーンプロトコルは、トランザクションの出力における追加のユーザデータの記憶を可能にし得る。最新のブロックチェーンでは、単一のトランザクション内に記憶可能な最大データ容量が増えており、より複雑なデータを組み込むことが可能である。例えば、これを使用して、ブロックチェーンに電子文書を記憶したり、さらにはオーディオまたはビデオデータを記憶したりすることができる。
本開示は、分散型データベースが、コアにブロックチェーンネットワークのノードを有する階層化ネットワークの複数のノードにわたって実装され、データベースに対する状態の変化がブロックチェーンネットワークのブロックチェーン上に記録される方式を提供する。
本明細書で開示される一態様によれば、階層化ネットワークにおいて実装される分散型データベースを動作させる方法が提供される。階層化ネットワークは、１つまたは複数のコアノードを含むコア層と、各々が１つまたは複数の中間層ノードを含む１つまたは複数の中間層と、各々が１つまたは複数の外層ノードを含む１つまたは複数の外層とを含む。コアノードの各々は、ブロックチェーンネットワークのノードであり、中間層ノードのうちの少なくともいくつかは、分散型データベースのデータベースノードであり、外層ノードのうちの少なくともいくつかは、分散型データベースのクライアントノードであり、各データベースノードは、分散型データベースの少なくとも一部を記憶する。方法は、データベースノードの第１のデータベースノードにおいて、各々が分散型データベース内のそれぞれのターゲットエントリを更新する要求である１つまたは複数の更新要求を、クライアントノードのうちの１つまたは複数から受信することと、受信された更新要求の各々について、上記第１のデータベースノードに記憶されたデータベースの一部においてそれぞれのターゲットエントリが見つかるかどうかを決定し、見つかった場合には、第１のデータベースノードに記憶されたデータベースの一部におけるそれぞれのターゲットエントリへの更新要求の更新を行い、見つからなかった場合には、それぞれのターゲットエントリを含むデータベースの一部を記憶するデータベースノードのうちの別のデータベースノードに要求をフォワードすることとを含む。加えて、１つまたは複数の更新要求の指示を含む少なくとも１つのトランザクションも、ブロックチェーンネットワークのブロックチェーン上に記録される。
本開示の実施形態の理解を助け、そのような実施形態がどのように実施され得るかを示すために、単なる例として添付の図面を参照する。
ブロックチェーンを実装するためのシステムの概略ブロック図である。 ブロックチェーンに記録され得るトランザクションのいくつかの例を概略的に示す。 階層化ネットワークの例の概略図である。 階層化ネットワークの例の別の概略図である。 階層化の例の別の概略図である。 階層化ネットワークの例の別の概略図である。 階層化ネットワークにおいて実装される例示的な証明サービスを概略的に示す。 ブロックチェーン上にデータ項目の順序を記録するための例示的なトランザクションの概略的なトランザクション図である。 トランザクション内のデータ項目のセットの順序を記録するための例示的なインデックス付きリストを概略的に示す。 トランザクション内のデータ項目のセットの順序を記録するためのインデックス付きリストの別の例を概略的に示す。 トランザクション内のデータ項目のセットの順序を記録するためのインデックス付きリストの別の例を概略的に示す。 階層化ネットワークにおいて実装された分散型データベースの例を概略的に示す。 比較としてカサンドラ（Cassandra）データベースクラスタのアーキテクチャの例を概略的に示す。 カサンドラクラスタグラフの異なる通信経路を概略的に示す。 書き込み要求中の単一のカサンドラノードの大まかな（high-level）アーキテクチャの概略ブロック図である。 完全なネットワークのクラスタ（左側）からブロックチェーン階層化ネットワーク（右側）への遷移を概略的に示す。 分散型データベースノードのクラスタと、データベースによって支えられるシステムのユーザとを含むブロックチェーン階層化ネットワーク（ＢＬＮ）を概略的に示す。 ＰＫＩが少なくとも層ｉ＝２，３に実装されているＢＬＮ実装分散型データベースの例を概略的に示す。 ブロックチェーン上にデータベース更新の指示を記録するための読み取り／書き込みトランザクションの例を概略的に示す。 ＢＬＮ実装分散型データベース（ＢＬＮｉＤＤ）の例示的アーキテクチャにおける読み取り／書き込みパスを概略的に示す。 ヒンテッドハンドオフトランザクションの例を概略的に示す。
例示的なシステムの概要
図１は、ブロックチェーン１５０を実装するための例示的なシステム１００を示す。システム１００は、典型的にはインターネットなどの広域インターネットワークであるパケット交換ネットワーク１０１を含む。パケット交換ネットワーク１０１は、パケット交換ネットワーク１０１内にピアツーピア（Ｐ２Ｐ）オーバーレイネットワーク１０６を形成するように構成された複数のノード１０４を含む。ブロックチェーンネットワーク１０６の各ノード１０４は、ピアのコンピュータ機器を含み、ノード１０４のうちの異なるノードは異なるピアに属する。各ノード１０４は、１つまたは複数のプロセッサ、例えば１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）、アクセラレータプロセッサ、特定用途向けプロセッサおよび／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む処理装置を備える。各ノードはまた、メモリ、すなわち、１つまたは複数の非一時的コンピュータ可読媒体の形態のコンピュータ可読ストレージを備える。メモリは、１つまたは複数のメモリ媒体、例えば、ハードディスクなどの磁気媒体、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、フラッシュメモリもしくはＥＥＰＲＯＭなどの電子媒体、および／または光ディスクドライブなどの光学媒体を使用する１つまたは複数のメモリユニットを含み得る。
ブロックチェーン１５０は、データブロック１５１のチェーンを含み、ブロックチェーン１５０のそれぞれのコピーは、Ｐ２Ｐネットワーク１６０内の複数のノードの各々において維持される。チェーン内の各ブロック１５１は、１つまたは複数のトランザクション１５２を含み、この文脈におけるトランザクションは、データ構造の一種を指す。データ構造の性質は、トランザクションモデルまたは方式の一部として使用されるトランザクションプロトコルのタイプに依存する。所与のブロックチェーンは、典型的には、全体を通して１つの特定のトランザクションプロトコルを使用する。１つの一般的なタイプのトランザクションプロトコルでは、各トランザクション１５２のデータ構造は、少なくとも１つの入力と少なくとも１つの出力とを含む。各出力は、出力が暗号的にロックされている（ロック解除され、それによって償還または使用されるためにはそのユーザの署名を必要とする）ユーザ１０３に属するデジタル資産の量を表す額を指定する。各入力は、先行トランザクション１５２の出力を指し示し、それによってトランザクションをリンクする。
ノード１０４のうちの少なくともいくつかは、トランザクション１５２をフォワードし、それによって伝搬するフォワーディングノード１０４Ｆの役割を引き受ける。ノード１０４のうちの少なくともいくつかは、ブロック１５１をマイニングするマイナー１０４Ｍの役割を引き受ける。ノード１０４のうちの少なくともいくつかは、ストレージノード１０４Ｓ（「フルコピー」ノードと呼ばれることもある）の役割を引き受け、その各々が、同じブロックチェーン１５０のそれぞれのコピーをそれぞれのメモリに記憶する。各マイナーノード１０４Ｍはまた、ブロック１５１にマイニングされるのを待っているトランザクション１５２のプール１５４を維持する。所与のノード１０４は、フォワーディングノード１０４、マイナー１０４Ｍ、ストレージノード１０４Ｓ、またはこれらのうちの２つもしくはすべての任意の組合せであり得る。
所与の現在のトランザクション１５２ｊにおいて、入力（または各入力）は、トランザクションのシーケンスにおける先行トランザクション１５２ｉの出力を参照するポインタを含み、この出力が現在のトランザクション１５２ｊにおいて償還または「使用」されるべきであることを指定する。一般に、先行トランザクションは、プール１５４または任意のブロック１５１内の任意のトランザクションであり得る。先行トランザクション１５２ｉは、現在のトランザクションが有効となるために存在および妥当性確認される必要があるが、先行トランザクション１５２ｉは、現在のトランザクション１５２ｊが作成されるときまたはネットワーク１０６に送信されるときに必ずしも存在する必要はない。したがって、本明細書における「先行する（preceding）」は、ポインタによってリンクされた論理シーケンスにおける先行するものを指し、必ずしも時間シーケンスにおける作成または送信の時間を指すものではなく、したがって、トランザクション１５２ｉ、１５２ｊが順不同に作成または送信されることを必ずしも除外するものではない（オーファントランザクションに関する以下の説明を参照）。先行トランザクション１５２ｉは、先のトランザクション（antecedent transaction）または先行したトランザクション（predecessor transaction）とも呼ばれる。
現在のトランザクション１５２ｊの入力はまた、先行トランザクション１５２ｉの出力がロックされるユーザ１０３ａの署名を含む。次に、現在のトランザクション１５２ｊの出力は、新しいユーザ１０３ｂに暗号的にロックされ得る。したがって、現在のトランザクション１５２ｊは、先行トランザクション１５２ｉの入力において定義された額を、現在のトランザクション１５２ｊの出力において定義されたように、新しいユーザ１０３ｂに転送することができる。場合によっては、トランザクション１５２は、複数のユーザ（残り（change）を与えるためにそのうちの１人が元のユーザ１０３ａであり得る）間で入力額を分割するために複数の出力を有し得る。場合によっては、トランザクションはまた、１つまたは複数の先行トランザクションの複数の出力からの額をまとめ、現在のトランザクションの１つまたは複数の出力に再分配するために複数の入力を有することができる。
上記は、「出力ベース」トランザクションプロトコルと呼ばれ得、未使用トランザクション出力（ＵＴＸＯ）タイププロトコルと呼ばれることもある（ここでは出力はＵＴＸＯと呼ばれる）。ユーザの総残高は、ブロックチェーンに記憶された任意の１つの数字で定義されるのではなく、代わりに、ユーザは、ブロックチェーン１５１内の多くの異なるトランザクション１５２全体に散在しているそのユーザのすべてのＵＴＸＯの値を照合するための特別な「ウォレット」アプリケーション１０５を必要とする。
別のタイプのトランザクションプロトコルは、アカウントベースのトランザクションモデルの一部として、「アカウントベース」プロトコルと呼ばれ得る。アカウントベースの場合、各トランザクションは、過去のトランザクションのシーケンスにおける先行トランザクションのＵＴＸＯを参照することによってではなく、絶対アカウント残高を参照することによって、転送されるべき額を定義する。すべてのアカウントの現在の状態は、ブロックチェーンとは別個のマイナーによって記憶され、絶えず更新される。このようなシステムでは、トランザクションは、アカウントの実行中のトランザクションタリー（「ポジション」とも呼ばれる）を使用して順序付けられる。この値は、送信者によってその暗号署名の一部として署名され、トランザクション参照計算の一部としてハッシュされる。加えて、任意選択のデータフィールドもトランザクションにおいて署名され得る。このデータフィールドは、例えば、前のトランザクションＩＤがデータフィールドに含まれている場合、前のトランザクションを指し示し得る。
いずれのタイプのモデルにおいても、ユーザ１０３が新しいトランザクション１５２ｊを成立させることを望む場合、ユーザは、新しいトランザクションをユーザのコンピュータ端末１０２からＰ２Ｐ妥当性確認ネットワーク１０６のノード１０４（これは、今日では典型的にはサーバまたはデータセンタであるが、原則として他のユーザ端末であってもよい）のうちの１つに送信する。このノード１０４は、ノード１０４の各々において適用されるノードプロトコルにしたがってトランザクションが有効であるかどうかをチェックする。ノードプロトコルの詳細は、当該ブロックチェーン１５０において使用されているトランザクションプロトコルのタイプに対応し、全体としてトランザクションモデルを形成する。ノードプロトコルは、典型的には、新しいトランザクション１５２ｊ内の暗号署名が、トランザクション１５２の順序付けられたシーケンス内で前のトランザクション１５２ｉに依存する予想される署名と一致することをチェックするようにノード１０４に求める。出力ベースの場合、これは、新しいトランザクション１５２ｊの入力に含まれるユーザの暗号署名が、新しいトランザクションが使用する先行トランザクション１５２ｉの出力において定義される条件と一致することをチェックすることを含み得、この条件は、典型的には、新しいトランザクション１５２ｊの入力における暗号署名が、新しいトランザクションの入力が指し示す前のトランザクション１５２ｉの出力をロック解除することをチェックすることを少なくとも含む。いくつかのトランザクションプロトコルでは、条件は、入力および／または出力に含まれるカスタムスクリプトによって少なくとも部分的に定義され得る。代替的に、単にノードプロトコルのみによって固定されてもよく、またはこれらの組合せによるものであってもよい。いずれにしても、新しいトランザクション１５２ｊが有効である場合、現在のノードは、それをＰ２Ｐネットワーク１０６内のノード１０４のうちの１つまたは複数の他のノードにフォワードする。これらのノード１０４のうちの少なくともいくつかは、フォワーディングノード１０４Ｆとしても機能し、同じノードプロトコルにしたがって同じテストを適用し、そして、新しいトランザクション１５２ｊを１つまたは複数のさらなるノード１０４にフォワードし、以下同様である。このようにして、新しいトランザクションはノード１０４のネットワーク全体に伝搬される。
出力ベースのモデルでは、所与の出力（例えば、ＵＴＸＯ）が使用されたかどうかの定義は、それがノードプロトコルにしたがって別の前方のトランザクション１５２ｊの入力によって有効に償還されたかどうかかである。トランザクションが有効であるための別の条件は、それが使用または償還しようとする先行トランザクション１５２ｉの出力が、別の有効なトランザクションによってまだ使用／償還されていないことである。この場合も同様に、有効でない場合、トランザクション１５２ｊは、ブロックチェーンに伝搬も記録もされない。これは、使用者が同じトランザクションの出力を複数回使用しようとする二重支出を防止する。
妥当性確認に加えて、ノード１０４Ｍのうちの少なくともいくつかはまた、「プルーフオブワーク」に支えられるマイニングとして知られるプロセスにおいてトランザクションのブロックを最初に作成しようと競い合う。マイニングノード１０４Ｍにおいて、ブロック内にまだ現れていない有効なトランザクションのプールに新しいトランザクションが追加される。次いで、マイナーは、暗号パズルを解くことを試みることによって、トランザクションのプール１５４からトランザクション１５２の新しい有効ブロック１５１を組み立てようと競い合う。典型的には、これは、ノンスがトランザクションのプール１５４と連結されハッシュされたときにハッシュの出力が所定の条件を満たすような「ノンス」値を探索することを含む。例えば、所定の条件とは、ハッシュの出力が特定の所定の数の先行ゼロを有することであり得る。ハッシュ関数の特性は、その入力に対して予測不可能な出力を持つことである。したがって、この探索は、総当たりでしか実行することができないので、パズルを解こうとしている各ノード１０４Ｍでかなりの量の処理リソースを消費する。
最初にパズルを解いたマイナーノード１０４Ｍは、これをネットワーク１０６に公表し、後にネットワーク内の他のノード１０４によって容易にチェックすることができるその解をプルーフとして提供する（ハッシュに対する解が与えられると、ハッシュの出力が条件を満たすことをチェックすることは簡単である）。勝者がパズルを解いたトランザクションのプール１５４は、次いで、ストレージノード１０４Ｓとして機能するノード１０４のうちの少なくともいくつかによって、そのような各ノードにおいて勝者が公表した解をチェックしたことに基づいて、ブロックチェーン１５０内に新しいブロック１５１として記録されるようになる。ブロックポインタ１５５はまた、チェーン内の前に作成されたブロック１５１ｎ－１を指し示す新しいブロック１５１ｎに割り当てられる。プルーフオブワークは、新たなブロック１５１を作成するのに多大な労力を要するので、二重支出のリスクを低減するのに役立ち、二重支出を含むブロックは他のノード１０４によって拒絶される可能性が高いので、マイニングノード１０４Ｍは、二重支出がそれらのブロックに含まれないようにするインセンティブが与えられる。ブロック１５１は、一旦作成されると、同じプロトコルにしたがってＰ２Ｐネットワーク１０６内の記憶ノード１０４Ｓの各々で認識および維持されるので、修正することができない。ブロックポインタ１５５はまた、ブロック１５１にシーケンシャル順序を付与する。トランザクション１５２は、Ｐ２Ｐネットワーク１０６内の各ストレージノード１０４Ｓにおいて順序付けられたブロックに記録されるので、これは、トランザクションの不変の公開台帳を提供する。
プール１５４は、「メムプール（mempool）」と呼ばれることがある。本明細書においてこの用語は、任意の特定のブロックチェーン、プロトコル、またはモデルに限定することを意図していない。これは、マイナーがマイニングのために受け入れ、かつ、同じ出力を使用しようとする他のトランザクションをマイナーが受け入れないことにコミットしたトランザクションのプールを指す。
任意の所与の時間にパズルを解こうと競い合う異なるマイナー１０４Ｍは、それらがいつ解を探索し始めたかに応じて、任意の所与の時間におけるマイニングされていないトランザクションプール１５４の異なるスナップショットに基づいてそうしている可能性があることに留意されたい。誰がそれぞれのパズルを最初に解いても、どのトランザクション１５２が次の新しいブロック１５１ｎに含まれるかを定義し、マイニングされていないトランザクションの現在のプール１５４が更新される。次いで、マイナー１０４Ｍは、新しく定義された未処理プール１５４からブロックを作成しようと競い合い続け、以下同様である。２人のマイナー１０４Ｍが互いに非常に短い時間内にパズルを解いて、ブロックチェーンの相反する見解が伝搬される場合に発生し得る任意の「フォーク」を解決するためのプロトコルも存在する。要するに、フォークのどちらのプロングが最も長く成長しても、確定的なブロックチェーン１５０となる。
ほとんどのブロックチェーンでは、勝利マイナー１０４Ｍには、（あるユーザから別のユーザにある額のデジタル資産を転送する通常のトランザクションとは対照的に）突如新しい量のデジタル資産を作成する特別なタイプの新しいトランザクションで自動的に報酬が与えられる。したがって、勝者ノードは、ある量のデジタル資産を「マイニング」したといわれる。この特別なタイプのトランザクションは、「生成」トランザクションと呼ばれることがある。それは自動的に新しいブロック１５１ｎの一部を形成する。この報酬は、マイナー１０４Ｍがプルーフオブワーク競争に参加するためのインセンティブを与える。多くの場合、通常の（非生成）トランザクション１５２はまた、そのトランザクションが含まれたブロック１５１ｎを作成した勝利マイナー１０４Ｍにさらに報酬を与えるために、その出力の１つにおいて追加のトランザクション手数料を指定する。
マイニングに関与する計算リソースに起因して、典型的には、マイナーノード１０４Ｍの少なくとも各々は、１つまたは複数の物理サーバユニットを含むサーバの形態をとるか、またはデータセンタ全体の形態をとる。各フォワーディングノード１０４Ｍおよび／またはストレージノード１０４Ｓもまた、サーバまたはデータセンタの形態をとり得る。しかしながら、原則として、任意の所与のノード１０４は、一緒にネットワーク化されたユーザ端末またはユーザ端末のグループの形態をとることができる。
各ノード１０４のメモリは、そのそれぞれの１つまたは複数の役割を実行し、ノードプロトコルにしたがってトランザクション１５２を処理するために、ノード１０４の処理装置上で実行ように構成されたソフトウェアを記憶する。本明細書においてノード１０４に帰する任意のアクションは、それぞれのコンピュータ機器の処理装置上で実行されるソフトウェアによって実行され得ることが理解されよう。ノードソフトウェアは、アプリケーション層、またはオペレーティングシステム層もしくはプロトコル層などの下位層、またはこれらの任意の組合せにおける１つまたは複数のアプリケーションにおいて実装され得る。また、本明細書で使用される「ブロックチェーン」という用語は、一般に、この種類の技術を指す総称であり、任意の特定の専有のブロックチェーン、プロトコルまたはサービスに限定されない。
消費ユーザの役割を果たす複数の当事者１０３の各々のコンピュータ機器１０２もネットワーク１０１に接続されている。これらは、トランザクションにおいて支払人および受取人として機能するが、他の当事者に代わってトランザクションのマイニングまたは伝搬に必ずしも参加するわけではない。それらは、マイニングプロトコルを必ずしも実行するわけではない。２つの当事者１０３およびそれらのそれぞれの機器１０２、すなわち、第１の当事者１０３ａおよびそのそれぞれのコンピュータ機器１０２ａ、ならびに第２の当事者１０３ｂおよびそのそれぞれのコンピュータ機器１０２ｂは、例示の目的で示されている。はるかに多くのそのような当事者１０３およびそれらのそれぞれのコンピュータ機器１０２が存在し、システムに参加し得るが、便宜上、それらは図示されていないことが理解されよう。各当事者１０３は、個人または組織であり得る。純粋に例示として、第１の当事者１０３ａは、本明細書ではアリスと呼ばれ、第２の当事者１０３ｂはボブと呼ばれるが、これは限定的なものではなく、本明細書におけるアリスまたはボブへのいかなる参照も、それぞれ「第１の当事者」および「第２の当事者」と置き換えられ得ることが理解されよう。
各当事者１０３のコンピュータ機器１０２は、１つまたは複数のプロセッサ、例えば、１つまたは複数のＣＰＵ、ＧＰＵ、他のアクセラレータプロセッサ、特定用途向けプロセッサ、および／またはＦＰＧＡを含むそれぞれの処理装置を含む。各当事者１０３のコンピュータ機器１０２は、メモリ、すなわち、１つまたは複数の非一時的コンピュータ可読媒体の形態のコンピュータ可読ストレージを備える。このメモリは、１つまたは複数のメモリ媒体、例えば、ハードディスクなどの磁気媒体、ＳＳＤ、フラッシュメモリもしくはＥＥＰＲＯＭなどの電子媒体、および／または光ディスクドライブなどの光学媒体を使用する１つまたは複数のメモリユニットを含み得る。各当事者１０３のコンピュータ機器１０２上のメモリは、処理装置上で実行するように構成された少なくとも１つのクライアントアプリケーション１０５のそれぞれのインスタンスを含むソフトウェアを記憶する。本明細書において所与の当事者１０３に帰する任意のアクションは、それぞれのコンピュータ機器１０２の処理装置上で実行されるソフトウェアを使用して実行され得ることが理解されよう。各当事者１０３のコンピュータ機器１０２は、少なくとも１つのユーザ端末、例えば、デスクトップもしくはラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、またはスマートウォッチなどのウェアラブルデバイスを含む。所与の当事者１０３のコンピュータ機器１０２はまた、ユーザ端末を介してアクセスされるクラウドコンピューティングリソースなどの１つまたは複数の他のネットワーク化されたリソースを含み得る。
クライアントアプリケーション１０５は、最初に、適切な１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体上で任意の所与の当事者１０３のコンピュータ機器１０２に提供され得、例えば、サーバからダウンロードされ得るか、またはリムーバブルＳＳＤ、フラッシュメモリキー、リムーバブルＥＥＰＲＯＭ、リムーバブル磁気ディスクドライブ、磁気フロッピーディスクもしくはテープ、ＣＤもしくはＤＶＤ ＲＯＭなどの光ディスク、またはリムーバブル光学ドライブなどのリムーバブル記憶デバイス上で提供され得る。
クライアントアプリケーション１０５は、少なくとも「ウォレット」機能を含む。これは２つの主要な機能を有する。これらのうちの１つは、それぞれのユーザ当事者１０３が、ノード１０４のネットワーク全体に伝搬され、それによってブロックチェーン１５０に含まれることとなるトランザクション１５２を作成し、署名し、送信することを可能にすることである。もう１つは、それぞれの当事者に、その当事者が現在所有しているデジタル資産の額を報告することである。出力ベースのシステムでは、この第２の機能は、当該当事者に属するブロックチェーン１５０全体に散在している様々なトランザクション１５２の出力において定義された額を照合することを含む。
様々なクライアント機能が、所与のクライアントアプリケーション１０５に統合されるものとして説明され得るが、必ずしもこれに限定されず、代わりに、本明細書で説明される任意のクライアント機能は、代わりに、例えば、ＡＰＩを介してインターフェースする、または一方が他方へのプラグインである２つ以上の別個のアプリケーション一式において実装され得ることに留意されたい。より一般的には、クライアント機能は、アプリケーション層もしくはオペレーティングシステムなどの下位層、またはこれらの任意の組合せにおいて実装され得る。以下では、クライアントアプリケーション１０５に関して説明するが、これに限定されないことが理解されよう。
各コンピュータ機器１０２上のクライアントアプリケーションまたはソフトウェア１０５のインスタンスは、Ｐ２Ｐネットワーク１０６のフォワーディングノード１０４Ｆのうちの少なくとも１つに動作可能に結合される。これにより、クライアント１０５のウォレット機能はトランザクション１５２をネットワーク１０６に送信することができる。クライアント１０５はまた、それぞれの当事者１０３が受信者である任意のトランザクションについてブロックチェーン１５０にクエリを行うために、ストレージノード１０４のうちの１つ、いくつか、またはすべてにコンタクトすることができる（または、実施形態では、ブロックチェーン１５０は、部分的にその公開可視性を通じてトランザクションにおける信頼を提供する公開施設であるので、実際にブロックチェーン１５０における他の当事者のトランザクションを検査する）。各コンピュータ機器１０２上のウォレット機能は、トランザクションプロトコルにしたがってトランザクション１５２を定式化し、送信するように構成される。各ノード１０４は、ノードプロトコルにしたがってトランザクション１５２を妥当性確認するように構成されたソフトウェアを実行し、フォワーディングノード１０４Ｆの場合には、トランザクション１５２をネットワーク１０６全体に伝搬させるためにそれらをフォワードするように構成される。トランザクションプロトコルおよびノードプロトコルは互いに対応し、所与のトランザクションプロトコルは所与のノードプロトコルと共に進行し、一緒に所与のトランザクションモデルを実装する。ブロックチェーン１５０内のすべてのトランザクション１５２に対して同じトランザクションプロトコルが使用される（ただし、トランザクションプロトコルは、その中のトランザクションの異なるサブタイプを可能にし得る）。ネットワーク１０６内のすべてのノード１０４によって同じノードプロトコルが使用される（ただし、これは、トランザクションの異なるサブタイプを、そのサブタイプに対して定義された規則にしたがって異なって処理し、また、異なるノードが異なる役割を担い、したがってプロトコルの異なる対応する態様を実装することができる）。
述べたように、ブロックチェーン１５０は、ブロック１５１のチェーンを含み、各ブロック１５１は、前述したようなプルーフオブワークプロセスによって作成された１つまたは複数のトランザクション１５２のセットを含む。各ブロック１５１はまた、ブロック１５１へのシーケンシャル順序を定義するために、チェーン内の前に作成されたブロック１５１を指し示すブロックポインタ１５５を含む。ブロックチェーン１５０は、プルーフオブワークプロセスによって新しいブロックに含まれるのを待っている有効なトランザクションのプール１５４も含む。各トランザクション１５２（生成トランザクション以外）は、トランザクションのシーケンスへの順序を定義するように、前のトランザクションへ戻るポインタを含む（注意：トランザクション１５２のシーケンスは分岐することが可能である）。ブロック１５１のチェーンは、チェーン内の最初のブロックであった発生ブロック（Ｇｂ）１５３までずっと戻る。チェーン１５０内の早期にある１つまたは複数の元のトランザクション１５２は、先行トランザクションではなく発生ブロック１５３を指し示していた。
所与の当事者１０３、例えばアリスが、ブロックチェーン１５０に含まれるべき新しいトランザクション１５２ｊを送信することを望むとき、アリスは、関連のあるトランザクションプロトコルにしたがって（アリスのクライアントアプリケーション１０５内のウォレット機能を使用して）新しいトランザクションを定式化する。次いで、アリスは、クライアントアプリケーション１０５から、アリスが接続されている１つまたは複数のフォワーディングノード１０４Ｆのうちの１つにトランザクション１５２を送信する。例えば、これは、アリスのコンピュータ１０２に最も近いまたは最良に接続されたフォワーディングノード１０４Ｆであり得る。任意の所与のノード１０４が新しいトランザクション１５２ｊを受信すると、それはノードプロトコルおよびそのそれぞれの役割にしたがってそれを処理する。これは、新たに受信されたトランザクション１５２ｊが「有効」であるための特定の条件を満たすか否かを最初にチェックすることを含み、その例については、以下でより詳細に説明する。いくつかのトランザクションプロトコルでは、妥当性確認のための条件は、トランザクション１５２に含まれるスクリプトによってトランザクションごとに構成可能であり得る。代替的に、条件は、単にノードプロトコルの組込み特徴であってもよく、またはスクリプトとノードプロトコルとの組合せによって定義されてもよい。
新たに受信されたトランザクション１５２ｊが有効であるとみなされるためのテストにパスすることを条件として（すなわち、それが「妥当性確認される」ことを条件として）、トランザクション１５２ｊを受信する任意のストレージノード１０４Ｓは、そのノード１０４Ｓにおいて維持されるブロックチェーン１５０のコピー内のプール１５４に新たな妥当性確認済みトランザクション１５２を追加する。さらに、トランザクション１５２ｊを受信する任意のフォワーディングノード１０４Ｆは、妥当性確認済みトランザクション１５２をＰ２Ｐネットワーク１０６内の１つまたは複数の他のノード１０４へと前方に伝搬する。各フォワーディングノード１０４Ｆは同じプロトコルを適用するので、トランザクション１５２ｊが有効であると仮定すると、これは、それがすぐにＰ２Ｐネットワーク１０６全体にわたって伝搬されることを意味する。
１つまたは複数のストレージノード１０４において維持されるブロックチェーン１５０のコピー内のプール１５４に認められると、マイナーノード１０４Ｍは、新しいトランザクション１５２を含むプール１５４の最新バージョンに対してプルーフオブワークパズルを解こうと競い始める（他のマイナー１０４Ｍは、プール１５４の古いビューに基づいてパズルを解こうと試みている可能性があるが、誰が最初に到達しても、次の新しいブロック１５１がどこで終わり新しいプール１５４がどこで開始するかを定義することとなり、最終的には、誰かが、アリスのトランザクション１５２ｊを含むプール１５４の一部についてパズルを解く）。新しいトランザクション１５２ｊを含むプール１５４に対してプルーフオブワークが行われると、それは不変的にブロックチェーン１５０内のブロック１５１のうちの１つの一部となる。各トランザクション１５２は、前のトランザクションへ戻るポインタを含むので、トランザクションの順序も不変的に記録される。
マイニングノードおよびストレージノードは両方とも、機能として妥当性確認を実行し得る。マイニングノードの場合、その機能はハッシングの補助であってもよく、ストレージノードの場合、その機能は記憶の補助であってもよい。
異なるノード１０４は、まず、所与のトランザクションの異なるインスタンスを受信し得るので、１つのインスタンスがブロック１５１にマイニングされる前に、どのインスタンスが「有効」であるかの矛盾する見解を有する可能性があり、この時点で、すべてのノード１０４は、マイニングされたインスタンスが唯一の有効なインスタンスであることに同意する。ノード１０４が１つのインスタンスを有効として受け入れ、次いで第２のインスタンスがブロックチェーン１５０に記録されていることを発見した場合、そのノード１０４はこれを受け入れなければならず、最初に受け入れたマイニングされていないインスタンスを破棄する（すなわち、無効として扱う）。
ＵＴＸＯベースのモデル
図２は、例示的なトランザクションプロトコルを示す。これは、ＵＴＸＯベースのプロトコルの一例である。トランザクション１５２（「Ｔｘ」と略記される）は、ブロックチェーン１５０の基本的なデータ構造である（各ブロック１５１は１つまたは複数のトランザクション１５２を含む）。以下では、出力ベースまたは「ＵＴＸＯ」ベースのプロトコルを参照して説明する。しかしながら、これはすべての可能な実施形態に限定されない。
ＵＴＸＯベースのモデルでは、各トランザクション（「Ｔｘ」）１５２は、１つまたは複数の入力２０２および１つまたは複数の出力２０３を含むデータ構造を含む。各出力２０３は、未使用トランザクション出力（ＵＴＸＯ）を含み得、これは、（ＵＴＸＯがまだ償還されていない場合）別の新しいトランザクションの入力２０２のソースとして使用され得る。ＵＴＸＯは、デジタル資産の額を指定する値を含む。これは、（分散型）台帳上のトークンの設定数を表す。ＵＴＸＯはまた、他の情報の中でも、元となるトランザクションのトランザクションＩＤを含み得る。トランザクションデータ構造は、入力フィールド（複数可）２０２および出力フィールド（複数可）２０３のサイズを示すインジケータを含み得るヘッダ２０１も含み得る。ヘッダ２０１はまた、トランザクションのＩＤを含み得る。実施形態では、トランザクションＩＤは、（トランザクションＩＤ自体を除く）トランザクションデータのハッシュであり、マイナー１０４Ｍにサブミットされる生のトランザクション１５２のヘッダ２０１に記憶される。
アリス１０３ａが、当該デジタル資産の額をボブ１０３ｂに転送するトランザクション１５２ｊを作成することを望むとする。図２では、アリスの新しいトランザクション１５２ｊは「Ｔｘ1」とラベル付けされている。これは、シーケンス内の先行トランザクション１５２ｉの出力２０３においてアリスにロックされたデジタル資産の額を取り、これのうちの少なくとも一部をボブに転送する。先行トランザクション１５２ｉは、図２では「Ｔｘ0」とラベル付けされている。Ｔｘ0およびＴｘ1は、単なる任意のラベルである。それらは、Ｔｘ0がブロックチェーン１５１内の最初のトランザクションであることも、Ｔｘ1がプール１５４内のすぐ次のトランザクションであることも必ずしも意味するものではない。Ｔｘ1は、アリスにロックされた未使用の出力２０３を依然として有する任意の先行する（すなわち先の）トランザクションを指し示すことができる。
先行トランザクションＴｘ0は、アリスが新しいトランザクションＴｘ1を作成した時点では、または少なくともアリスがそれをネットワーク１０６に送信する時点までには、すでに妥当性確認されブロックチェーン１５０に含まれている可能性がある。それは、その時点でブロック１５１のうちの１つにすでに含まれていてもよいし、プール１５４で依然として待機していてもよく、この場合、すぐに新しいブロック１５１に含まれることになる。代替的に、Ｔｘ0およびＴｘ1を作成してネットワーク１０２に一緒に送信することができるか、またはノードプロトコルが「オーファン」トランザクションのバッファリングを可能にする場合には、Ｔｘ0をＴｘ1の後に送信することさえもできる。トランザクションのシーケンスの文脈において本明細書で使用される「先行する（preceding）」および「後の（subsequent）」という用語は、トランザクション内で指定されているトランザクションポインタ（どのトランザクションがどの他のトランザクションを指し示すかなど）によって定義されるシーケンス内のトランザクションの順序を指す。それらは、同様に、「先行するもの」および「後続するもの」、または「先の」および「後の」、「親」および「子」などと置き換えられ得る。これは、それらの作成、ネットワーク１０６への送信、または任意の所与のノード１０４への到着の順序を必ずしも意味するものではない。それにもかかわらず、先行トランザクション（先のトランザクションまたは「親」）を指し示す後のトランザクション（後のトランザクションまたは「子」）は、親トランザクションが妥当性確認されるまでおよび妥当性確認されない限り、妥当性確認されない。その親より前にノード１０４に到着する子は、オーファンとみなされる。それは、ノードプロトコルおよび／またはマイナー挙動に応じて、親を待つために特定の時間バッファされるかまたは破棄され得る。
先行トランザクションＴｘ0の１つまたは複数の出力２０３のうちの１つは、本明細書ではＵＴＸＯ0とラベル付けされた特定のＵＴＸＯを含む。各ＵＴＸＯは、ＵＴＸＯによって表されるデジタル資産の額を指定する値と、ロックスクリプトとを含み、ロックスクリプトは、後のトランザクションが妥当性確認され、したがってＵＴＸＯが正常に償還されるために、後のトランザクションの入力２０２内のロック解除スクリプトが満たさなければならない条件を定義する。典型的には、ロックスクリプトは、その額を特定の当事者（それが含まれるトランザクションの受益者）にロックする。すなわち、ロックスクリプトは、典型的には、後のトランザクションの入力内のロック解除スクリプトに、先行トランザクションがロックされる当事者の暗号署名が含まれるという条件を含むロック解除条件を定義する。
ロックスクリプト（通称scriptPubKey）は、ノードプロトコルによって認識されるドメイン固有言語で書かれたコードの一部分である。そのような言語の特定の例は、「スクリプト（Script）」（大文字Ｓ）と呼ばれる。ロックスクリプトは、トランザクション出力２０３を使用するためにどの情報が必要とされるか、例えばアリスの署名の要件を指定する。ロック解除スクリプトはトランザクションの出力に現れる。ロック解除スクリプト（通称scriptSig）は、ロックスクリプト基準を満たすのに必要な情報を提供するドメイン固有言語で書かれたコードの一部分である。例えば、ボブの署名を含み得る。ロック解除スクリプトは、トランザクションの入力２０２に現れる。
つまり、図示の例では、Ｔｘ0の出力２０３内のＵＴＸＯ0は、ＵＴＸＯ0が償還されるために（厳密には、ＵＴＸＯ0を償還しようとする後のトランザクションが有効となるために）アリスの署名Ｓｉｇ ＰAを必要とするロックスクリプト[Checksig PA]を含む。[Checksig PA]は、アリスの公開鍵－秘密鍵ペアからの公開鍵ＰAを含む。Ｔｘ1の入力２０２は、（例えば、実施形態ではトランザクションＴｘ0全体のハッシュであるそのトランザクションＩＤ、ＴｘＩＤ0によって）Ｔｘ1を指し示すポインタを含む。Ｔｘ1の入力２０２は、Ｔｘ0の任意の他の可能な出力の中から、ＵＴＸＯ0を識別するために、Ｔｘ0内のそれを識別するインデックスを含む。Ｔｘ1の入力２０２は、アリスが鍵ペアからのアリスの秘密鍵をデータの所定の部分（暗号では「メッセージ」と呼ばれることもある）に適用することによって作成された、アリスの暗号署名を含むロック解除スクリプト<Sig PA>をさらに含む。有効な署名を提供するためにどのデータ（または「メッセージ」）がアリスによって署名される必要があるかは、ロックスクリプトによって、またはノードプロトコルによって、またはこれらの組合せによって定義され得る。
実装形態に応じて、必要とされる署名は、例えば、従来のＥＣＤＳＡ（楕円曲線デジタル署名アルゴリズム）署名、ＤＳＡ（Digital Signature Algorithm）署名、もしくはＲＳＡ（Rivest-Shamir-Adleman）署名、または任意の他の適切な形態の暗号署名であり得る。署名のためのチャレンジは、例えば、標準のpay-to-public key（Ｐ２ＰＫ）パズルまたはＰ２ＰＫハッシュ（Ｐ２ＰＫＨ）パズルとして実装され得るか、またはＲパズルなどの代替手段が、署名のための手段として代わりに実装され得る。本例は、例示としてＰ２ＰＫを使用する。
新しいトランザクションＴｘ1がノード１０４に到着すると、ノードはノードプロトコルを適用する。これは、ロックスクリプトおよびロック解除スクリプトを一緒に実行して、ロック解除スクリプトがロックスクリプトで定義されている条件（この条件は１つまたは複数の基準を含み得る）を満たすかどうかをチェックすることを含む。実施形態では、これは２つのスクリプトを連結することを含む。
<Sig PA> <PA> || [Checksig PA]
ここで、「||」は連結を表し、「<…>」はデータをスタックに置くことを意味し、「[…]」はロック解除スクリプト（この例ではスタックベースの言語）で構成される関数である。同等に、スクリプトは、スクリプトを連結するのではなく、共通スタックを用いて次々に実行され得る。いずれにしても、一緒に実行されるとき、スクリプトは、Ｔｘ0の出力内のロックスクリプトに含まれるようなアリスの公開鍵ＰAを使用して、Ｔｘ1の入力内のロックスクリプトが、データの予想される部分に署名したアリスの署名を含むことを認証する。データの予想される部分自体（「メッセージ」）はまた、この認証を実行するためにＴｘ0命令に含まれる必要がある。実施形態では、署名されたデータは、Ｔｘ0の全体を含む（つまり、平文のデータの署名された部分を指定する別個の要素は、すでに本質的に存在するので、含まれる必要はない）。
公開－秘密暗号法による認証の詳細は、当業者によく知られている。基本的に、アリスが自身の秘密鍵でメッセージを暗号化することによってメッセージに署名した場合、アリスの公開鍵および平文のメッセージ（暗号化されていないメッセージ）が与えられると、ノード１０４などの別のエンティティは、メッセージの暗号化バージョンがアリスによって署名されたものに違いないことを認証することができる。署名は、典型的には、メッセージをハッシュし、ハッシュに署名し、これを署名としてメッセージの平文バージョンにタグ付けすることを含み、これにより、公開鍵の任意の保持者が署名を認証することができる。したがって、データの特定の部分またはトランザクションの一部などに署名することへの本明細書におけるいかなる参照も、実施形態では、データのその部分またはトランザクションの一部のハッシュに署名することを意味し得ることに留意されたい。
本明細書のどこかで参照されるハッシュは、例えば、ＳＨＡ（Secure Hash Algorithm）ハッシュ関数もしくはＨＭＡＣ（hash-based message authentication code）ハッシュ関数、または当技術分野で知られている任意の他の適切な形態の暗号学的ハッシュ関数によって実装されることを指し得る。
Ｔｘ1内のロック解除スクリプトが、Ｔｘ0のロックスクリプト内で指定されている１つまたは複数の条件を満たす場合（つまり、図示の例では、アリスの署名がＴｘ1内で提供され、認証された場合）、ノード１０４は、Ｔｘ1が有効であるとみなす。それがマイニングノード１０４Ｍである場合、これは、ワークオブプルーフを待つトランザクションのプール１５４にそれを追加することを意味する。それがフォワーディングノード１０４Ｆである場合、トランザクションＴｘ1をネットワーク１０６内の１つまたは複数の他のノード１０４にフォワードして、トランザクションＴｘ1がネットワーク全体に伝搬されるようにする。Ｔｘ1が妥当性確認されてブロックチェーン１５０に含まれると、これは、Ｔｘ0からのＵＴＸＯ0を使用済みとして定義する。Ｔｘ1は、未使用のトランザクション出力２０３を使用する場合にのみ有効であり得ることに留意されたい。別のトランザクション１５２によってすでに使用された出力を使用しようとする場合、Ｔｘ1は、他のすべての条件が満たされたとしても無効になる。したがって、ノード１０４はまた、先行トランザクションＴｘ0内の参照されたＵＴＸＯがすでに使用済みである（別の有効なトランザクションへの有効な入力をすでに形成している）かどうかをチェックする必要がある。これは、ブロックチェーン１５０がトランザクション１５２に定義された順序を課すことが重要である１つの理由である。実際には、所与のノード１０４は、どのトランザクション１５２内のどのＵＴＸＯ２０３が使用されたかをマーキングする別個のデータベースを維持し得るが、最終的には、ＵＴＸＯが使用されたかどうかを定義するものは、ブロックチェーン１５０内の別の有効なトランザクションへの有効な入力をすでに形成しているかどうかである。
所与のトランザクション１５２のすべての出力２０３において指定された総額が、そのすべての入力２０２によって指し示された総額よりも大きい場合、これは、ほとんどのトランザクションモデルにおいて無効性の別の根拠となる。したがって、そのようなトランザクションは、ブロック１５１に伝搬もマイニングもされない。
ＵＴＸＯベースのトランザクションモデルでは、所与のＵＴＸＯが全体として使用される必要があることに留意されたい。ＵＴＸＯにおいて使用済みとして定義された額の一部を「後に残す」ことはできず、別の一部が使用される。しかしながら、次のトランザクションの複数の出力間でＵＴＸＯからの額を分割することはできる。例えば、Ｔｘ0内のＵＴＸＯ0において定義された額は、Ｔｘ1内の複数のＵＴＸＯ間で分割され得る。したがって、アリスが、ＵＴＸＯ0において定義された額のすべてをボブに与えたくない場合、アリスは、リマインダを使用して、Ｔｘ1の第２の出力において自分自身に残りを与えるか、または別の当事者に支払うことができる。
実際には、今日、生成トランザクションの報酬だけでは、典型的には、マイニングを動機付けるのに十分ではないので、アリスは通常、勝利マイナーに対する手数料を含む必要もある。アリスがマイナーに対する手数料を含めない場合、Ｔｘ0は、マイナーノード１０４Ｍによって拒否される可能性が高く、したがって、技術的に有効であっても、それは依然として伝搬されず、ブロックチェーン１５０に含まれない（マイナープロトコルは、マイナー１０４Ｍが望まない場合にトランザクション１５２を受け入れることを強制しない）。いくつかのプロトコルでは、マイニング手数料は、それ自体の別個の出力２０３を必要としない（すなわち、別個のＵＴＸＯを必要としない）。代わりに、所与のトランザクション１５２の入力（複数可）２０２によって指し示される総額と出力（複数可）２０３で指定されている総額との間の差が自動的に勝利マイナー１０４に与えられる。例えば、ＵＴＸＯ0へのポインタがＴｘ1への唯一の入力であり、Ｔｘ1は１つの出力ＵＴＸＯ1のみを有するとする。ＵＴＸＯ0で指定されているデジタル資産の額がＵＴＸＯ1で指定されている額より大きい場合、その差が自動的に勝利マイナー１０４Ｍに贈られる。しかしながら、代替的にまたは追加的に、マイナー手数料がトランザクション１５２のＵＴＸＯ２０３のうちのそれ自体の１つにおいて明示的に指定され得ることが必ずしも除外されるものではなない。
アリスおよびボブのデジタル資産は、ブロックチェーン１５０内のどこにでもある任意のトランザクション１５２においてそれらにロックされた未使用ＵＴＸＯから構成される。したがって、典型的には、所与の当事者１０３の資産は、ブロックチェーン１５０全体にわたる様々なトランザクション１５２のＵＴＸＯ全体に散在している。ブロックチェーン１５０内のどこにも、所与の当事者１０３の総残高を定義する数字は記憶されない。クライアントアプリケーション１０５におけるウォレット機能の役割は、それぞれの当事者にロックされ、別の前方のトランザクションでまだ使用されていない様々なＵＴＸＯすべての値を一緒に照合することである。これは、ストレージノード１０４Ｓのいずれか、例えば、それぞれの当事者のコンピュータ機器１０２に最も近いまたは最良に接続されたストレージノード１０４Ｓに記憶されたブロックチェーン１５０のコピーにクエリを行うことによって行うことができる。
スクリプトコードは、しばしば、概略的に表される（すなわち、正確な言語ではない）ことに留意されたい。例えば、[Checksig PA]と書いて[Checksig PA] = OP_DUP OP_HASH160 <H(PA)> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIGを意味し得る。「OP_...」は、スクリプト言語の特定のオペコードを指す。OP_CHECKSIG（「Checksig」とも呼ばれる）は、２つの入力（署名および公開鍵）を取り、楕円曲線デジタル署名アルゴリズム（ＥＣＤＳＡ）を使用して署名の有効性を検証するスクリプトオペコードである。実行時に、署名（「sig」）の存在（occurrence）はスクリプトから除去されるが、ハッシュパズルなどの追加要件は、「ｓｉｇ」入力によって検証されたトランザクションに残る。別の例として、ＯＰ＿ＲＥＴＵＲＮは、トランザクション内にメタデータを記憶することができ、それによってメタデータをブロックチェーン１５０に不変に記録することができる、トランザクションの使用不可能な出力を作成するためのスクリプト言語のオペコードである。例えば、メタデータは、ブロックチェーンに記憶することが望まれる文書を含み得る。
署名ＰAはデジタル署名である。実施形態では、これは、楕円曲線ｓｅｃｐ２５６ｋ１を使用するＥＣＤＳＡに基づく。デジタル署名は、特定のデータの一部分に署名する。実施形態では、所与のトランザクションについて、署名は、トランザクション入力の一部、およびトランザクション出力の全部または一部に署名する。署名された出力の特定の部分は、ＳＩＧＨＡＳＨフラグに依存する。ＳＩＧＨＡＳＨフラグは、どの出力が署名されるかを選択するために署名の最後に含まれる４バイトコードである（したがって、署名時に固定される）。
ロックスクリプトは、それぞれのトランザクションがロックされる当事者の公開鍵を含むという事実を指して、「scriptPubKey」と呼ばれることがある。ロック解除スクリプトは、それが対応する署名を供給するという事実を指して「scriptSig」と呼ばれることがある。しかしながら、より一般的には、ＵＴＸＯが償還されるための条件が署名を認証することを含むことは、ブロックチェーン１５０のすべてのアプリケーションにおいて必須ではない。より一般的には、スクリプト言語を使用して、任意の１つまたは複数の条件を定義することができる。したがって、「ロックスクリプト」および「ロック解除スクリプト」というより一般的な用語が好まれ得る。
階層化ネットワーク
階層化ネットワーク構造：階層化ネットワークは、通信チャネルの上に階層化されたオーバーレイネットワークである。例えば、通信チャネルは、パーソナルエリアネットワーク、ローカルエリアネットワーク（例えば、企業間Ｐ２Ｐネットワーク）、またはインターネットなどの広域ネットワークなどの基礎となるインフラストラクチャネットワークであり得る。他の例では、階層化ネットワークは、ワイヤード接続を介して接続されたノードのネットワークであり得る。さらに他の例では、接続は、ワイヤレス接続、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷｉ－Ｆｉ接続であり得る。いくつかの例では、階層化ネットワークを形成ために、上記の例示的な接続のうちのいくつかまたはすべてが使用され得る。
ノードのうちのいくつかまたはすべては、ネットワークであり、接続プロトコルにしたがって階層化ネットワークに接続する（すなわち、参加または再参加する）ように構成される。接続プロトコルは、接続ノードが接続している（すなわち、参加または再参加しようとしている）先のネットワークの特定の層に応じて変化し得る。接続プロトコルを詳細に説明する前に、接続プロトコルによって作成、すなわち強制され得る一連の例示的な階層化ネットワークについて説明する。しかしながら、これらは例示的な例にすぎず、一般に、接続プロトコルに従う任意の階層化ネットワークが作成され得ることが理解されよう。
図３は、階層化ネットワーク（ＬＮ）３００の例の概略図を示す。一般に、ＬＮは、コアノード３０１から構成されるコアネットワーク（またはコア層）と、一連の層（またはシェル）とを含む。コア層は、ＬＮの第１の層とも呼ばれる。一連の層は、コア層の外側に向かって、第２のノード３０２から構成される第２の層から１つまたは複数の外層へと順に延在する。各外層は、外部ノード３０３のセットから構成される。図３には１つの外層のみが示されているが、ＬＮは任意の数の外層を含み得ることが理解されよう。特定の例として、５つの層を含むＬＮ５００の例を図５に示し、４つの層を含むＬＮ６００の例を図６に示す。
図３の例示的なＬＮ３００は、５つのコアノード３０１と、６つの第２のノード３０２と、８つの外部ノード３０３とを含む。いくつかのＬＮ３００では、ノードの数は層ごとに増加し得、すなわち、コア層は最小数のノードから構成され、最外層は最大数のノードから構成される。他の例では、コア層と最外層との間の層のうちの１つまたは複数が最大数のノードから構成されてもよい。この例では、コア層はＬＮ３００の最内層であり、第２の層は中間層であり、唯一の外層である外層は最外層である。
この例におけるコア層（ＬＮ内のネットワーク）は、完全グラフを形成し、すなわち、各コアノード３０１は、他の各コアノード３０１に接続されている。５つのコアノード３０１のコア層の場合、所与の例では、コア層は、１０個の別個のコア接続（すなわち、２つのコアノード間に１つの接続）を必要とする。他の例（例えば、図４）では、コア層は、完全グラフでないであろう。コア層は、「ほぼ完全グラフ」を形成し得る。ほぼ完全グラフでは、少なくとも１つのコアノード３０１が少なくとも１つの他のコアノード３０１に接続されていない。１つのコア接続のみが欠落しているかもしれない。ほぼ完全グラフの特定の例では、各コアノード３０１は、他のコアノード３０１のすべてではないが１つまたは複数に接続され得る。
第２の層は、第２のノード３０２を含む。「第２のノード」という用語は、構造上、ＬＮ３００の第２の層内に位置するノード３０２のラベルとしてのみ使用されることに留意されたい。各第２のノード３０２は、少なくとも１つのコアノード３０１に接続されている。いくつかの例では、各第２のノード３０２は、１つのコアノード３０１のみに接続され得る。代替的に、第２のノード３０２のうちのいくつかまたはすべては、２つ以上のコアノード３０１に接続されてもよい。例えば、第２のノード３０２のうちのいくつかまたはすべては、コアノード３０１の１つ１つに接続し得る。図３の例示的なＬＮ３００では、各コアノード３０１は、２つの第２のノード３０２に接続されている。しかしながら、この例では、いくつかの第２のノード３０２（縞模様の円で示されるもの）は１つのコアノード３０１に接続され、いくつかの第２のノード３０２（白い円で示されるもの、および影付きの円で示されるもの）は２つのコアノード３０１に接続されている。同じコアノード３０１に接続された第２のノード３０２（および外層の外部ノード３０３）は、「コミュニティ」と呼ばれる。例えば、それぞれの白いノードが共に１つのコミュニティを形成し、それぞれの縞模様のノードが共に１つのコミュニティを形成し、それぞれ影付きのノードが共にさらに別のコミュニティを形成する。第２のノード３０２とコアノード３０１との間の接続は、「祖先接続（ancestor connection）」と呼ばれ、太い破線で示されている。
図３の例では、各第２のノード３０２は、２つの他の第２のノード３０２に接続されている。いくつかの例では、第２のノード３０２のうちのいくつかまたはすべては、他の第２のノードとの接続を形成しなくてもよく、例えば、いくつかの第２のノード３０２は他の第２のノード３０２に接続され得るが、いくつかの第２のノードは他の第２のノード３０２に接続され得る。これらの「層内」接続は、図３においてノード間の実線として示されている。
図３の外層は、外部ノード３０３を含む。ここでの「外層（outer layer）」の「外（outer）」という用語は、それ自体、必ずしもＬＮネットワーク全体の最外層に限定されるものではないが、それも１つの可能性であることに留意されたい。各外部ノード３０３は、少なくとも１つの第２のノード３０２に接続されている。いくつかの例では、各外部ノード３０３は、１つの第２のノード３０２のみに接続され得る。代替的に、外部ノード３０３のうちのいくつかまたはすべては、２つ以上の第２のノード３０２に接続されてもよい。例えば、外部ノード３０３のうちのいくつかまたはすべては、第２のノード３０１の１つ１つに接続し得る。図３の例示的なＬＮ３００では、各外部ノード３０３は、２つの第２のノード３０２に接続されている。いくつかの第２のノード３０２（すなわち、縞模様のノード）は、２つの外部ノード３０３に接続され、いくつかの第２のノード３０２（すなわち、白色のノードおよび影付きのノード）は、３つの外部ノード３０３に接続されている。
図３の例では、各外部ノード３０３は、同層の２つの他の外部ノード３０３に接続されている。いくつかの例では、外部ノード３０３のうちのいくつかまたはすべては、同層の他の外部ノード３０３との接続を形成しなくてもよい。外部ノード３０３のうちのいくつかまたはすべては、同層の別の外部ノード３０３と少なくとも１つの接続を形成し得る。
少なくとも１つの第２のノード３０２に接続されているとともに、各外部ノード３０３は、少なくとも１つのコアノード３０１にも接続されている。外部ノード３０３とコアノード３０１との間の接続は、「コア祖先接続（core ancestor connection）」と呼ばれ、細い破線で示されている。各外部ノード３０３は、それらの祖先の第２のノード（複数可）３０２が接続されているコアノード３０１の各々に接続され得る。図３に示されるように、各外部ノード３０３は、それらの祖先の第２のノード（複数可）３０２が接続されているコアノード３０１の各々に接続され得、他のコアノード３０１には接続されないであろう。この場合、各外部ノード３０３は、単一のコミュニティに属する。
図４は、ＬＮ４００の別の例の概略図を示す。図３のＬＮ３００と同様に、例示的なＬＮ４００は、コア層と、第２の層と、外層とを含む。これらの例示的なＬＮ３００、４００は、同じ数のノード（すなわち、５つのコアノード３０１、６つの第２のノード３０２、および８つの外部ノード３０３）を共有するが、異なる数の接続を含む。例えば、この例では、コアノード３０１間のいくつかの接続が存在しないので、コア層は完全グラフではない。別の違いは、２つのコミュニティ（白いノードおよび影付きのノード）が単一のコアノード３０１を含むのに対して、別のコミュニティ（影付きのノード）は３つのコアノード３０１を含むことである。さらに別の違いは、ＬＮ３００の外シェル内のノードの次数が２であるのとは異なり、ＬＮ４００の外シェル内のノードの次数がここでは１であることである。すなわち、この例示的なＬＮ４００では、各外部ノード３０３は、単一の他の外部ノード３０３に接続されている。したがって、異なる層のノードは異なる次数を有する。
図５は、ＬＮ５００の別の例の概略図を示す。この例では、いくつかのコアノード３０１のみが第２のノードおよび外部ノード３０３に接続されている。すなわち、この例では、いくつかのコアノード３０１は、他のコアノード３０１との接続のみを形成する。したがって、この例では、ＬＮ５００は、単一のコミュニティ（影付きノード）を含む。この例のＬＮ５００は、コア層、第２の層、および３つの外層という５つの層を含む。コア層は、ほぼ完全グラフを形成する５つのコアノード３０１から構成される。ほぼ完全グラフのこの例では、単一のコア接続のみが欠落している。第２の層は、２つのコアノード３０１に接続された単一の第２のノード３０２から構成される。第２の層は、２つのコアノード３０１に接続された単一の第２のノード３０２から構成される。第３の層は、祖先接続を介して第２のノード３０２に接続されている単一の外部ノード３０３から構成される。第３の層の外部ノード３０３はまた、第２のノード３０２が接続されている２つのコアノード３０１に接続されている。外部ノード３０３は、それぞれのコア祖先接続を介して２つのコアノード３０１に接続されている。第４の層も、単一の外部ノード３０４から構成される。第４の層の外部ノード３０４は、祖先接続を介して第３の層の外部ノード３０３に、そして祖先接続を介して第２のノード３０２に接続されている。第４の層の外部ノード３０４も、第２のノード３０２および第３の層の外部ノード３０３が接続されている２つのコアノード３０１に接続されている。外部ノード３０４は、それぞれのコア祖先接続を介して２つのコアノード３０１に接続されている。最後に、第５の層は、２つの外部ノード３０５から構成される。第５の層の２つの外部ノード３０５は、第４の層の外部ノード３０４に、第３の層の外部ノード３０３に、そして第２のノード３０２に接続され、それぞれの接続が祖先接続である。２つの外部ノード３０５もまた、コア祖先接続を介して２つのコアノード３０１に接続されている。この例示的なＬＮ５００では、第２の層のノードおよび外層のノードは、同層の他のどのノードにも接続されない。
図６は、ＬＮ６００の別の例の概略図を示す。このＬＮは、白いノードおよび黒いノードによって示されるように、ノードの２つのコミュニティを含む。この例では、コア層は完全グラフ（すなわち、ノードのネットワーク）を形成する。各コミュニティは、３つのコアノード３０１の別個のセットを含む。この例示的なＬＮ６００は、４つの層（コア層、第２の層、および２つの外層）を含む。外層の各ノードは、先行する層の１つのノードに接続されている。図５の例示的なＬＮ５００と同様に、第２の層のノードおよび外層のノードは、同層の他のどのノードにも接続されない。
いくつかの実施形態では、ＬＮ３００、４００、５００、６００（以降、簡潔して「３００」で示す）は、「ブロックチェーン階層化ネットワーク（ＢＬＮ）」であり得る。ＢＬＮという用語は、本明細書では、ブロックチェーンネットワーク、またはブロックチェーンネットワークの少なくとも一部、例えば、図１を参照して説明されたブロックチェーンネットワーク１０６、を含む階層化ネットワークとして定義される。
ＢＬＮは、Ｍａｎｄａｌａネットワークから着想を得たものであり、いくつかの同様の特徴を共有するが、例えば、ブロックチェーンネットワーク１０６を利用するサービスおよびユーザネットワークのための、より柔軟で望ましい接続構造を可能にするように設計される。
ＢＬＮ３００は、そのコアにブロックチェーンネットワーク１０６の少なくとも一部を含み得る。一般に、階層化ネットワークのノードは、インターネット１０１などの基礎となるインフラストラクチャネットワーク上にオーバーレイされる。コアノードのうちのいくつかまたはすべては、ブロックチェーンネットワーク１０６のノード１０４である。それらは、マイニングノード１０４Ｍ、ストレージノード１０４Ｓ、またはそれらの組合せを含み得る。実施形態では、コアノードの各々は、マイニングノード１０４Ｍおよび／またはストレージノード１０４Ｓ（例えば、フルコピーノード）である。
外部ノード３０３の各々（または最外層の外部ノードの各々）は、ユーザのコンピュータ機器を含むエンドユーザノードであり得る。これは、個々のユーザ、または会社、学術機関、もしくは政府機関などの組織などであり得る。したがって、各外部ノード３０３は、１つまたは複数のユーザ端末、および／または１つまたは複数のサイトに１つまたは複数のサーバユニットを含むサーバを含み得る。各外部ノード３０３は、１つまたは複数のメモリユニットを含むメモリと、１つまたは複数の処理ユニットを含む処理装置とを備える。これらは、例えば、他のネットワーク要素またはユーザ機器に関連して前述したようなメモリ媒体および／またはプロセッサの形態のいずれかをとり得る。メモリは、処理装置上で実行されるように構成されたクライアントソフトウェアを記憶し、クライアントソフトウェアは、実行されるときに、以下の実施形態または類似のもののいずれかによる接続プロトコルに従うプロトコルのクライアントとしてノードを動作させるように構成される。任意選択で、エンドユーザノードのうちの１つまたは複数は、ブロックチェーンネットワーク１０６のユーザ１０２のユーザ機器１０３を含み得、クライアントソフトウェアは、ブロックチェーンウォレットアプリケーション１０５などを含み得る。
各第２のノード３０２は、１つまたは複数の物理サーバユニットを含むサーバの形態をとり得る。そのような各ノードは、１つまたは複数のメモリユニットを含むメモリと、１つまたは複数の処理ユニットを含む処理装置とを備える。これらは、例えば、他のネットワーク要素に関連して前述したようなメモリ媒体および／またはプロセッサの形態のいずれかをとり得る。メモリは、第２のノード３０２の処理装置上で動作されるように構成されたソフトウェアを記憶する。ソフトウェアは、実行されるとき、以下の実施形態または類似のもののいずれかによる接続プロトコルに従うように構成される。いくつかの実施形態では、ソフトウェアは、実行されるとき、以下で説明される実施形態または類似のもののいずれかにしたがって動作するサービスを提供するように構成される。
いくつかの例では、第２のノード３０２のうちのいくつかまたはすべては、スマートコントラクトサービスを動作し得る。スマートコントラクトサービスは、ＬＮ３００の他のノードのうちの１つによって、例えば、外部ノード３０３によって、スマートコントラクトサービスに送信されたブロックチェーントランザクションに応答して、およびそれに基づいて、所定の動作を実行するように構成される。例えば、スマートコントラクトは、外部ノード３０３から特定のブロックチェーントランザクションを受信したことに応答して、ブロックチェーントランザクションをコアノード３０１に送信し得る。
他の例では、第２のノード３０２のうちのいくつかまたはすべては、それらの間で、分散型データベースを動作し得る。すなわち、分散型データベースを動作させる各第２のノード３０２は、ＬＮ３００の別のノード、例えば外部ノード３０３から受信されたデータを記憶するように構成される。データを受信して記憶する第２のノード３０２は、同じく分散型データベースを動作している他の第２のノード３０２にデータを伝搬するように構成され得る。
ノード３０１、３０２、３０３は、オーバーレイネットワークレベルで互いの間に接続を形成するように構成される。すなわち、階層化ネットワークのノード３０１、３０２、３０３は、それらが階層化ネットワークの他のノード３０１、３０２、３０３とどのような接続は形成することができてどのような接続は形成することができないかを指定するオーバーレイネットワークプロトコルに従うように構成される。したがって、すべてのノードは、基礎となるインフラストラクチャ（例えば、インターネット）を介して互いに物理的に接続することが可能であるが（必ずしもそうではないが）、それらが、階層化ネットワーク３００の関連のあるオーバーレイネットワークプロトコルにしたがって動作する階層化ネットワークのノード３０１、３０２、３０３として参加しているとき、そのようなノード３０１、３０２、３０３間の接続は、より制限される可能性がある。階層化ネットワーク３００の２つのノード３０１、３０２、３０３間の接続は、これらのノードが直接通信可能であることを意味し、これは、この文脈では、階層化ネットワーク３００の別のノード３０１、３０２、３０３を介してホップを実行する必要がないことを意味する。階層化ネットワークなどのオーバーレイネットワークの文脈では、「接続」は、階層化ネットワーク３００のレベル（すなわち、階層化ネットワークのオーバーレイネットワークプロトコルのレベル）における接続（すなわち、エッジ）を意味する。
ＬＮ３００がＢＬＮである実施形態では、第２のノード３０２のうちのいくつかまたはすべては、それらの第２のノード３０２が接続されているコアノード３０１にブロックチェーントランザクションを送信するように構成され得る。いくつかの例では、第２のノード３０２は、ブロックチェーントランザクションを生成してから、ブロックチェーントランザクションをコアノード（複数可）３０１に送信し得る。他の例では、第２のノード３０２は、ブロックチェーントランザクションをコアノード（複数可）３０１にフォワードし得る。例えば、第２のノード３０２は、外部ノード３０３からブロックチェーントランザクションを受信し、次に、受信したブロックチェーントランザクションをコアノード（複数可）３０１に送信し得る。同様に、所与の第２のノード３０２（すなわち、第２のノードのうちのいくつかまたはすべて）は、所与の第２のノード３０２に接続されたコアノード（複数可）３０１および／または外部ノード３０３からブロックチェーントランザクションを取得するように構成され得る。
追加的または代替的に、外部ノード３０３のうちのいくつかまたはすべては、それらが接続されているコアノード（複数可）３０１にブロックチェーントランザクションを送信するように構成され得る。外部ノード３０３はまた、それらが接続されている第２のノード（複数可）３０２にブロックチェーントランザクションを送信するように構成され得る。いくつかの例では、外部ノード３０３は、ブロックチェーントランザクションを第２のノード３０２に、そしてコアノード３０１に送信し得る。
外部ノード３０３のうちのいくつかまたはすべては、他の外部ノード３０３、例えば、同層内の外部ノード、または順序付けられた層のセット内の前の層もしくは次の層の外部ノードにブロックチェーントランザクションを送信するように構成され得る。
ＢＬＮ３００のコアノード３０１がそれぞれブロックチェーンノード１０４の役割を果たす実施形態では、第２のノード３０２および／または外部ノード３０３のうちのいくつかまたはすべては、所与の第２のノード３０２または外部ノード３０３が接続されているマイニングノード１０４Ｍのトランザクションのプールにおいて所与のトランザクションが受け入れられたことの確認を要求するように構成され得る。プール１５４（メムプールと呼ばれることがある）は、ブロックチェーンネットワーク１０６のコンセンサスルールのセットにしたがって妥当性確認されたトランザクションを含む。トランザクション（例えば、「第１のトランザクション」）がプール１５４に含まれる場合、マイニングノード１０４Ｍは、第１のトランザクションの入力によって参照される出力を二重支出しようとする別のトランザクション（例えば、「第２のトランザクション」）を受け入れない。したがって、第２のノード３０２および／または外部ノード３０３は、トランザクション（例えば、ノード３０２、３０３によってブロックチェーンネットワーク１０６にサブミットされたトランザクション）が受け入れられたことをチェックするために、またはトランザクション（例えば、ＢＬＮ３００の別のノードから受信されたトランザクション）が二重支出試行であるかどうかをチェックするために、コアノード３０１にクエリを行うことができる。コアノード３０１は、要求に対する応答を要求側ノード３０２、３０３に送信するように構成される。
追加的または代替的に、第２のノード３０２および／または第３のノード３０３は、ブロックチェーン１５０のブロック１５１においてマイニングされたトランザクションのマークルプルーフに対する要求をコアノード３０１に送信するように構成され得る。マークルプルーフは、当業者によく知られている。マークルプルーフは、マークルルートまで遡るハッシュのシーケンスである。ブロック１５１においてトランザクションがマイニングされたかどうかを検証するために、ノード３０２、３０３は、トランザクションのハッシュを取り、それをマークルプルーフのハッシュのシーケンス内の最初のハッシュ（すなわち、トランザクションのハッシュと同じレベルのマークルツリーのハッシュパートナー）と連結し、結果をハッシングする。この連結およびハッシングのプロセスは、マークルプルーフ内のハッシュのすべてが利用されるまで繰り返される。得られたハッシュがマークルルートと同一である場合、トランザクションはマークルツリーに含まれなければならず、したがってブロック１５１に含まれなければならない。コアノード３０１は、マークルプルーフを要求側ノード３０２、３０３に送信するように構成される。
追加的または代替的に、第２のノード３０２および／または第３のノード３０３は、所与のブロック１５１のブロックヘッダに対する要求をコアノード３０１に送信するように構成され得る。他のデータの中でも、ブロックヘッダは、そのブロック１５１にマイニングされたトランザクションのマークルルートを含む。コアノード３０１は、マークルプルーフを要求側ノード３０２、３０３に送信するように構成される。
いくつかの実施形態では、コアノード３０１のうちのいくつかまたはすべては、トランザクションのセットを第２のノード（複数可）３０２のうちのいくつかまたはすべておよび／またはコアノード３０１に接続された外部ノード（複数可）のうちのいくつかまたはすべてに送信するように構成され得る。セット内のトランザクションは、共通の属性を共有し得る。例えば、コアノード３０１は、特定のプロトコルフラグを含むすべてのトランザクションを送信し得る。フラグは、トランザクションの出力、例えば、使用不可能な出力に含まれ得る。別の例として、トランザクションは、特定の（および同じ）ブロックチェーンアドレスを含み得、例えば、トランザクションは、同じブロックチェーンアドレスに対して支払い可能であり得る。外部ノード３０３は、コアノード３０１が、外部ノード３０３に関連付けられたアドレスに支払い可能な任意のトランザクションを送信することになることを、コアノード３０１と合意しているであろう。さらに別の例として、トランザクションは、二次的なコンセンサスルールセットを含み得る。すなわち、トランザクションは、出力において、２つ以上の制御分岐を含み得、各制御分岐は、それぞれのコンセンサスルールセットに固有である。出力は、第１のルールセットに固有の第１の制御分岐と、第２のルールセットに固有の第２の制御分岐とを含み得る（２つの制御分岐は、ｉｆ－ｅｌｓｅ条件に含まれ得る）。ノード３０２、３０３が第２のルールセットを実装するように構成される場合、コアノード３０１は、トランザクションをノード３０２、３０３に送信し得る。ノード３０２、３０３が第１のルールセットを実装するようにも第２のルールセットを実装するようにも構成されていない場合、コアノードは、トランザクションをノード３０２、３０３に送信しない。
マイニングノード１０４Ｍであるコアノード３０１は、そのマイニングノード１０４Ｍによってブロック１５１にマイニングされた生成トランザクション（「コインベース」トランザクションとも呼ばれる）において、そのマイニングノード１０４Ｍに固有の識別子（例えば、「Ｍｉｎｅｒ ＩＤ」）を含み得る。ＢＬＮ３００の他のノードは、識別子を使用して、ネットワーク上のマイニングノード１０４Ｍを識別し得る。
ＬＮ３００のノード３０１、３０２、３０３を識別する別の方法は、デジタル証明書によるものである。ノード３０１、３０２、３０３のうちのいくつかまたはすべては、デジタル証明書に関連付けられ得る。デジタル証明書は、それぞれのノードの識別子、例えば、そのノードに関連付けられた公開鍵、ノードのネットワークアドレス（例えば、ＩＰアドレス）などを含み、それらを証明する。ＬＮ３００のノードは、異なるノードのデジタル証明書を使用して、そのノードに接続し得る。例えば、外部ノード３０３は、第２のノード３０２からデジタル証明書を取得し、デジタル証明書に含まれる第２のノードの識別情報を使用して第２のノード３０２に接続し得る。
所与の層のノードは、順序付けられた層のセット内の次の層のノードにデジタル証明書を発行し得、すなわち、コアノード３０１が第２のノード３０２にデジタル証明書を発行し得、第２のノード３０２が第１の外層の外部ノード３０３にデジタル証明書を発行し得、以下同様である。いくつかの例では、所与の層のノードは、同層のノードにデジタル証明書を発行し得、例えば、第２のノード３０２が、それぞれのデジタル証明書を１つまたは複数の他の第２のノード３０２に発行し得る。
接続プロトコル：上述したように、階層化ネットワーク３００に接続している各ノードは、接続プロトコルにしたがって接続し得る。すなわち、接続ノードは、接続プロトコルのルールに従わなければならない。接続ノードは、接続プロトコルによって許可される接続のみを形成し得る。他の接続は形成されないであろう。例では、接続ノードは、コアノード３０１、第２のノード３０２、または外部ノード３０３であり得る。いくつかの例では、ＬＮ３００の各ノードは、接続プロトコルに従わなければならない。他の例では、ＬＮ３００に初めて接続するノード、またはＬＮ３００に再参加するノードのみが、接続プロトコルに従わなければならない。図３～図６は、接続プロトコルにしたがって確立される例示的なＬＮ３００、４００、５００、６００を示す。
物理的にいえば、ＬＮ３００のノードの各々は、いくつかの例では、例えばインターネットを介して、何らかの他のレベルで互いに接続され得るか、または接続することが可能であり得ることに留意されたい。接続プロトコルは、オーバーレイネットワークのレベルで、すなわち、階層化ネットワークのレベルで、どの接続を形成することができるかについて制限を課し、いくつかの接続は存在しないか、または許可されない。ＬＮ３００の各接続ノードは、ＬＮ３００のオーバーレイレベルプロトコル（接続プロトコルを含む）にしたがって動作するように構成され、オーバーレイレベルプロトコルは、ノードがどの接続をオーバーレイレベルで形成することができてどの接続を形成することができないかを決定する。言い換えれば、接続は、２つのノードがそれらのプロトコルによって形成することができるように構成された許可された通信チャネルである。あるノードが別のノードとの接続を有する場合、そのノードは、階層化ネットワークの別のノードを介してホップすることなくそのノードと通信することができるが、そうでない場合、通信することができず、それらの間に接続を有する１つまたは複数の他のノードを介してホップすることによってのみ通信し得る。
接続プロトコルは、いくつかの例ではコアノードが最内層であり得るので先行する層に接続することができない場合を除いて、接続ノードが、先行する（より内側の）層の少なくとも１つのノードと、少なくとも１つのコアノードとに接続することを要求する。接続ノードが第２のノードである例では、これら２つの要件は同等である。接続ノードが第１の外層の外部ノードである場合、接続ノードは、少なくとも第２のノード３０２およびコアノード３０１に接続する。
接続プロトコルは、接続ノードが２つ以上のコアノードに接続することを要求し得る。接続プロトコルは、接続ノードが、コアノードのすべてではないが２つ以上のコアノード、例えば１つを除くすべてのコアノードに接続することをさらに要求し得る。接続ノードは、２つ以上のコアノードに接続しなければならない第２のノードであり得る。すなわち、第２のノードのうちのいくつかまたはすべては、２つ以上のコアノード（いくつかの例では、すべてのコアノードではない）に接続しなければならない。
接続プロトコルは、接続ノードが１つまたは複数の第２のノードに接続することを要求し得る。接続ノードが第２のノードである場合、これは、接続（第２の）ノードが１つまたは複数の異なる第２のノードに接続しなければならないことを意味する。接続ノードが外部ノードである場合、接続（外部）ノードは、１つまたは複数の第２のノードに接続しなければならない。接続外部ノードは、第１の外層の外部ノード、または第２の層の外部ノードなどであり得る。
接続プロトコルは、先行する層のノードに接続された外部ノードが、先行する層のノードが接続されているコアノード（複数可）（上記では「コア祖先」と呼ばれる）のうちのいくつかまたはすべてに接続しなければならないことを要求し得る。例えば、外部ノードは第２のノードに接続され得る。その場合、外部ノードは、第２のノードが接続されているコアノード（複数可）にも接続しなければならない。外部ノードが２つ以上の第２のノードに接続されている場合、接続プロトコルは、外部ノードが、第２のノードの各々が接続されているコアノード（複数可）に接続しなければならないことを要求し得る。別の例として、第２の外層の外部ノードは、第１の外層の外部ノードに接続され得る。その例では、接続プロトコルは、第２の外層の外部ノードが、第１の外層の外部ノードが接続されているコアノード（複数可）に接続しなければならないことを要求する。
接続プロトコルは、外部ノードが同じ外層の１つまたは複数の（例えば、２つの）外部ノードに接続することを要求し得る。接続プロトコルは、各外部ノードが同層の１つまたは複数の外部ノードに接続することを要求し得る。代替的に、いくつかの外層は、１つまたは複数の同層接続を形成する外部ノードを含み得、いくつかの外層は、１つまたは複数の同層接続を形成しない外部ノードを含み得る。接続プロトコルは、同じ外層の各外部ノードが、その層の同じ数の異なる外部ノードに接続しなければならないことを要求し得る。例えば、第１の外層の各外部ノードは、２つの外部ノードに接続するように要求され得る。第２の外層の各外部ノードは、３つの外部ノードに接続するように要求され得る。すなわち、外部ノードが接続される同層の外部ノードの数は、外層間で変化し得る。
いくつかの実施形態では、第ｉの外層（例えば、第３の外層）の外部ノードは、先行する第（ｉ－１）の層（例えば、第２の外層）の外部ノードに接続され得る。接続プロトコルは、後続の第（ｉ＋１）の外層の外部ノード（例えば、すべての外部ノード）が、第ｉの外層の外部ノードが接続されている第（ｉ－１）の層の各ノードに接続しなければならないことを要求し得る。例えば、図５のＬＮ５００内の第５の層の外部ノード３０５は、第４の層の外部ノード３０４に、そして第３の層の外部ノード３０３に接続されている。いくつかの例では、接続プロトコルは、第（ｉ＋１）の外部ノードが、第ｉの外層の外部ノードが接続されている各先行する層の各外部ノードに接続しなければならないことを要求し得る。
ＬＮ３００のノードのうちのいくつかまたはすべてがデジタル証明書に関連付けられている実施形態では、接続プロトコルは、接続ノードが、それぞれのデジタル証明書に関連付けられているノードに関連付けられているノードのみに接続しなければならないことを要求し得る。いくつかの実施形態では、接続プロトコルは、それぞれのノードに関連付けられたデジタル証明書が、それぞれのノードに先行する層のノード（例えば、コアノード）によって、またはいくつかの例では、それぞれのノードの同層のノード（例えば、異なる第２のノード）によって発行された場合にのみ、接続ノード（例えば、外部ノード）がそれぞれのノード（例えば、第２のノード）に接続しなければならないことを要求し得る。
いくつかの実施形態では、接続プロトコルは、接続ノードが、接続ノードにデジタル証明書を発行したノードのみに接続できることを要求し得る。すなわち、ノードに接続することは、そのノードからデジタル証明書を受信することを含む。
接続プロトコルは、ＢＬＮの構築を可能にする。Ｍａｎｄａｌａネットワークと同様に、ＢＬＮは層状に構築される。Ｍａｎｄａｌａネットワークとは異なり、第１の層は、不完全グラフ（例えば、ほぼ完全グラフ）を形成し得る。ＢＬＮとＭａｎｄａｌａネットワークとの間の他の違いは、ＢＬＮでは、各後続層のノードが異なる次数を有し得ること、ノードが中央層の２つ以上のノードに接続され得ること、および／またはノードの次数が層間で異なり得ることである。
好ましくは、中心コアの外側のすべてのノードについて：
（ｉ）各ノードは、中心コア内のｎ1個のノードのうちのｍ個に接続されている。
（ｉｉ）各ノードはすべての層のノードに接続され、ここでｇは層の総数である。
（ｉｉｉ）各ノードは、厳密に１つのコミュニティのメンバである。最大でｎ2個のコミュニティが存在し、ここでｎ2は第２の層のノードの数である。
（ｉｖ）各ノードは、最大３つのホップで他のすべてのノードに接続されている。これはグラフの直径と呼ばれる。
ＢＬＮでは、「コミュニティ」は、全く同じコア祖先のセットを共有するノードのセットとして定義される。図６は、ネットワークｎ1＝６、ｍ＝３、およびｇ＝４のＢＬＮを示しており、黒色のノードコミュニティおよび白色のノードコミュニティのノードという２つの別個のコミュニティが描かれている。白色のノードコミュニティは、中心コアのＬＨＳ上の３つのノードにすべて接続されているノードを含み、黒色のノードコミュニティは、中心コアのＲＨＳ上の３つのノードにすべて接続されているノードを含む。
Ｍａｎｄａｌａネットワークの特徴は、コア層（ｉ＝１）の外側のすべてのノードが厳密に１つのコア祖先に接続されていることである（すなわち、どこでもｃi＝１である）。これは、Ｍａｎｄａｌａネットワークの創発特性に大きく寄与する。
・ ネットワークサイズ（Ｎ＝Σiｎi）が大きくなるにつれて定数に漸近する平均最短パス長を有する。
・ ネットワークサイズ（Ｎ＝Σiｎi）が大きくなるにつれて非常に疎になる。
・ ランダムなノードの故障に対してロバストである。
ＢＬＮの特徴は、すべての非コアノードが少なくとも１つの祖先に接続することである。しかしながら、ＢＬＮの定義は、コア祖先への最大ｍ個の接続を有する非コアノードに対応する（すなわち、どこでも１≦ｃi≦ｍである）。ＢＬＮ全体にわたるｃi＝１から１≦ｃi≦ｍへの一般化の理由は、ブロックチェーンプロトコルのアーチファクトとして理解することができる。ブロックチェーンシステムを定義するプロトコルは、確率的セキュリティモデルに依存する。本質的に、これは、イベントがブロックチェーン１５０上に記録されることの既得権を有するＢＬＮ内の任意の参加者（ノード）が、ネットワークハッシュパワーの最小割合ｆに接続することによって確率的セキュリティモデルを考慮に入れなければならないことを意味し、ここで、総ハッシュパワーの１００％は、ＢＬＮのコア層内のノード間に分散される。
コア層がそのｎ1個のコアノードの間でハッシュパワーの均一な平衡分布を示すと仮定すると、ノードの最小割合は以下の通りである：
ｆ＝ｍ／ｎ1
ブロックチェーンプロトコルは、最小割合の下限がｆ＝０．５１であることを示すが、規模の大きいＢＬＮのネットワーク参加者は、（例えば、二重支出への）耐性を高めるために、これよりも高い割合（例えば、ｆ＝０．６７）を要求し得る。ＢＬＮは、パラメータｍの選択によって特徴付けられ得るが、これは、ＢＬＮ内の参加者のための動作の確率的セキュリティを規定するものであり、当該ＢＬＮのニーズの特定のユースケースに依存する。
コアに最も近い第２の層Ｌ2内のノードは、ブロックチェーンプロトコルの確率的セキュリティモデルに最も強く依存しており、この依存性は、層がＬgに近づくほど減少し得る。接続プロトコルは、厳密にｃ2＝ｍ個のコア祖先に接続することをＬ2内のノードに求め得、一方、すべての後続の層ｉ＞２内のノードは、コア祖先の範囲１＜＜ｃi≦ｍ内のどこにでも接続することができる。いくつかの例では、すべての後続の層のノードは、ｍ個のコア祖先に接続しなければならない。
ＢＬＮの中心コアの外側のノードは、コアへの「ＳＰＶのような」接続を有し得る。これは、それらが以下を行うことができることを意味する。
ａ）トランザクションをコアノードに送信する。
ｂ）トランザクションがそのメムプール／候補ブロックにおいて受け入れられたかどうかをコアノードに尋ねる。
ｃ）ブロックにおいてマイニングされたトランザクションのマークルプルーフを求める。
ｄ）ブロックヘッダの最新リストを求める。
これらの単純なターゲット化された要求は、ＢＬＮを使用して最も広い可能な範囲のスケーラブルなソリューションが上に構築されることを可能にしながら、コアノード３０１にできるだけ負担をかけないように設計される。多くのユースケースは、上述したタイプの接続しか必要としない。いくつかの例では、第２のノード３０２および／または外部ノード３０３は、上記のアクションａ）～ｄ）のみを実行することができるように構成される。しかしながら、他のソリューション、典型的には企業レベルでは、特定の基準を満たすトランザクションなど、より多くのデータを積極的に提出するようにコアに求め得る。したがって、アクションａ）～ｄ）は、ＢＬＮに対する最小要件であるが、いくつかの例では、それらのノードとコアとの間の追加のデータ転送も可能である。
スマートコントラクトを動作させるノードについては、ＳＰＶのようなアクションａ）～ｄ）のみを必要とするものもあれば、コアノードからより多くのデータを受信するための合意を必要とするものもある。
いくつかのＢＬＮでは、ユーザは、層３以上のノードを動作させることができ、スマートコントラクトは、層２以上のノードによって動作され得る。特定のアドレスを含むトランザクションについてブロックチェーン１５０を絶えず監視する必要があるので」、ユーザは、現実的には、特定の出力アドレスを有するトランザクションについてブロックチェーンを継続的に「リッスン」することができない。期間ごとにブロックチェーンに送信可能なトランザクションの数が増え続けていることを考慮すると、そのような絶え間ない監視は、エンドユーザにとって現実的ではない。ブロックチェーンを絶えず監視することは、いくつかのブロックチェーンのウォレットアーキテクチャの間で一般的であるが、期間ごとにブロックチェーンにサブミットされるトランザクションの数、およびブロックチェーンのユーザの数の両方が将来劇的に増加すると予想されることを考慮すると、スケーラブルなソリューションではない。以下の例を考慮する：アリスはボブに支払いたい。アリスは、ボブに属することをアリスが知っている出力アドレスで、所望の額のトランザクションを作成する。次いで、アリスは、このトランザクションを、ボブに直接サブミットするのではなく、マイニングネットワークにサブミットする。トランザクションが受け入れられたことをボブが知るために、ボブは、ブロックチェーンを「リッスン」して、自身の出力アドレスを有するトランザクションがネットワーク上に現れたかどうか、およびいつ現れたかを確認しなければならない。ボブは、自身の代わりにこれを行うようマイニングノードに求めなければならない。これは、マイニングノードがボブのアドレスの記録を保持し、それが受信するすべてのトランザクションがこのアドレスに一致するかどうかをチェックしなければならないことを意味する。これをマイナーが行うための経済的インセンティブはないことに留意されたい。マイナーが毎秒１００万回のトランザクションを処理しなければならず、それらが１００万個のアドレスと一致するかどうかをチェックしなければならないと仮定すると、これはすぐに非現実的になることがわかる。
代わりに、ＢＬＮでは、アリスはボブに直接接続され得、トランザクションをボブに直接送信することができる。次いで、ボブは、トランザクションをコア内のマイナーに送信することができると同時に、それらがトランザクションを有効なものとして受け入れるかどうか尋ねることができる。トランザクションがマイナーの手数料を含むので、マイナーは、トランザクションを受け入れるためのインセンティブが与えられ、放棄されることとなるブロックを構築するリスクを下げるために、トランザクションを受け入れたかどうかを確認するためのインセンティブが与えられる。システムをより一層セキュアにするために、アリスは、アリスのトランザクションへの入力のマークルプルーフをボブに送信し得る。ボブは、ブロックヘッダのコピーを有するので、これらのマークルプルーフをチェックし得る。これは、アリスの入力がある時点でブロックチェーン１５０の一部であったことをボブに保証し、アリスがすでにそれらを使用していた場合、ボブは、アリスがボブに与えたトランザクションにおいてアリスから署名を受信しているので、二重支出のプルーフを有することとなる。ボブは、スマートコントラクト（第２のノード）であり得、Ａｌｉｃｅは、そのスマートコントラクトと対話したいユーザ（外部ノード）であり得ることに留意されたい。スマートコントラクトオペレータがスマートコントラクトの処理を容易にするためにマイニングノードといかなる特定の合意も行っていないという意味でスマートコントラクトが「ライト」である場合、それは、状態の変化をトリガするトランザクションを受信するためにブロックチェーン１５０をリッスンすることに依存することもできない。アリスは、そのようなトランザクションをスマートコントラクトに直接送信しなければならない。
サービスプロバイダは、層２以上のノードを動作し得る。サービスプロバイダの場合は、ユーザまたは軽いスマートコントラクトの場合とは異なる。サービスプロバイダは、コアマイニングノードまたはコアノードの集合と商業的な合意を有し得、次いで、それらは、トランザクションの特定のサブセットをサービスプロバイダノードに伝搬する。そのようなトランザクションは、容易に識別可能であり、例えば以下の特定の基準を満たすべきである：
・ 特定のプロトコルフラグを有するＯＰ＿ＲＥＴＵＲＮデータ。例えば、メタネットプロトコル、トークン化プロトコル、またはデジタル証明書プロトコル。
・ 出力アドレスは、小さい特定のセットに一致する。例えば、企業レベルのスマートコントラクトまたはアドレスホワイトリスト／ブラックリスト。
・ ＯＰ＿ＶＥＲ制御分岐によって示される二次的なコンセンサスルールセット。
加えて、これらのルールに従うか、または他の方法でサービスレベル合意に関与するコミュニティの一部として識別される、コアに送信されるトランザクションは、トランザクション手数料が低くなり得る（または０ですらある）。不足分は、より高いトランザクション量によって、またはサービスレベル合意からの不換の収益によって埋め合わせられ得る。
ＢＬＮ３００のすべてのノードは、それらのアイデンティティに関連付けられた半永久的な公開鍵に関連付けられ得る。この公開鍵は、セキュアな通信を可能にし、ＩＤ鍵（identity key）の決定論的導出を通して、またはＩＤ鍵を使用してトランザクション鍵に署名もしくは暗号化することによって、ブロックチェーントランザクションで使用される公開鍵へのリンクを提供することができる。
マイニングコアノードを識別する２つの方法は、以下の通りである：
１）Ｍｉｎｅｒ ＩＤ。マイナーは、マイナーがマイニングする各ブロック内のコインベーストランザクションの入力に自身のＩＤ鍵を追加することによって自身を明らかにすることを選択し得る。
２）ネットワーク分析。一部のマイナーは、匿名のままであることを選択する。しかしながら、ネットワークの分析によって、例えば、新しいブロックがどこから来たかを見ることによって、どのノードがブロックを構成しているかを識別することは依然として可能である。
ＢＬＮのノードが、両方のタイプのマイナーを識別することができ、その結果、それらのトランザクションが受け入れられたかどうかに関して、できるだけ多くのマイナーをポーリングすることができることは重要である。
Ｍｉｎｅｒ ＩＤを有するコアノードは、デジタル証明書を層２ノードに発行することができる。これは、それらがこれらのノードとのサービスレベルの合意を有するからであり得るか、またはこれらのノードが有償で証明書を要求したからであり得る。この意味で、コアノードは、認証局（ＣＡ）として機能することができる。
コアノードからの証明書の有無にかかわらず、層２ノードは、外部ＣＡにデジタル証明書を発行するように求め得る。したがって、各層２ノードは、それらのアイデンティティを証明する少なくとも１つのデジタル証明書を有し得る。それらは、層２内の他のノードに証明書を発行し、それによって、それらの間に信用の輪（web of trust）を作成し得る。層２内のノードは、層３内のノードに証明書を発行し得、層３内のノードは、層４内のノードに証明書を発行し得、以下同様であり、公開鍵暗号基盤（ＰＫＩ）と呼ばれる証明書の階層を作成する。
実際に、そのようなＰＫＩは、ＢＬＮ内のノードの識別のためだけでなく、正しいＢＬＮ構造が守られることを保証するためにも使用され得る。例えば、層３ノードがあまりにも多くの層４ノードに証明書を発行する場合、またはシステム内の他のノードへの適切な接続を有することを保証しない場合、層３ノードの証明書は無効にされ得る。
これらの証明書自体は、ブロックチェーン１５０上に記憶され得る。これにより、ＰＫＩが透明化され、容易に監査可能になる。
順序付けおよびタイムスタンプ付与
アプリケーションデータの順序が重要であるブロックチェーンを使用して実装可能なアプリケーションはいくつか存在し得る。これに対処するために、本開示の実施形態によれば、ネットワークの１つまたは複数のノードは、データ項目の確定的な順序を決定するために、サービスにサブミットされた異なるデータ項目間を仲裁し、次いでその順序をブロックチェーン上に不変に記録させる証明サービスとして機能するように構成され得る。
証明サービスは、１つまたは複数の証明ノードにおいて実装される。実施形態では、これらは、インターネットなどの基礎となるインフラストラクチャネットワーク上にオーバーレイされたオーバーレイネットワークのノードである。しかしながら、代替的に、それらが、それ自体のネットワーク、例えば組織内のプライベートネットワークのインフラストラクチャノードとなる可能性があることは除外されない。いずれにしても、１つまたは複数の証明ノードは、１つまたは複数のクライアントノードからデータ項目を受信し、受信されたデータ項目の順序を記録するトランザクションを形成し、これらのトランザクションをブロックチェーン１５０に記録するために１つまたは複数のコアノードにフォワードするように構成される。コアノードは、ブロックチェーンネットワーク１０６のノード１０４である。それらは、マイニングノード１０４Ｍ、ストレージノード１０４Ｓ、またはそれらの組合せを含み得る。実施形態では、コアノードの各々は、マイニングノード１０４Ｍおよび／またはストレージノード１０４Ｓ（例えば、フルコピーノード）である。
クライアントノードの各々は、サービスのユーザのコンピュータ機器を含むエンドユーザノードであり得る。これは、個々のユーザ、または会社、学術機関、もしくは政府機関などの組織などであり得る。したがって、各クライアントノードは、１つまたは複数のユーザ端末、および／または１つまたは複数のサイトに１つまたは複数のサーバユニットを含むサーバを含み得る。各クライアントノードは、１つまたは複数のメモリユニットを含むメモリと、１つまたは複数の処理ユニットを含む処理装置とを備える。これらは、例えば、他のネットワーク要素またはユーザ機器に関連して前述したようなメモリ媒体および／またはプロセッサの形態のいずれかをとり得る。メモリは、処理装置上で実行されるように構成されたクライアントソフトウェアを記憶し、クライアントソフトウェアは、実行されるときに、以下の実施形態または類似のもののいずれかによる証明ノード（複数可）によって提供される証明サービスのクライアントとしてノードを動作させるように構成される。任意選択で、送信側エンドユーザノードのうちの１つまたは複数は、ブロックチェーンネットワーク１０６のユーザ１０２のユーザ機器１０３を含み得、クライアントソフトウェアは、ブロックチェーンウォレットアプリケーション１０５などを含み得る。しかしながら、証明サービスは、そのようなエンドユーザに代わって少なくともいくつかのトランザクションを定式化するように構成され得、そのようなトランザクションのすべてが必ずユーザのウォレット１０５において定式化されるのではない。
証明ノードは、クライアントノードとコアノードとの間を仲介する証明サービスを提供するように構成される。各証明ノードは、１つまたは複数の物理サーバユニットを含むサーバの形態をとり得る。そのような各ノードは、１つまたは複数のメモリユニットを含むメモリと、１つまたは複数の処理ユニットを含む処理装置とを備える。これらは、例えば、他のネットワーク要素に関連して前述したようなメモリ媒体および／またはプロセッサの形態のいずれかをとり得る。メモリは、証明ノードの処理装置上で実行されるように構成された証明サービスソフトウェアを記憶する。このソフトウェアは、実行されたときに、以下で説明される実施形態のいずれかまたは類似のものにしたがって動作する証明サービスを提供するように構成される。実施形態では、クライアントノード、コアノード、および／または他の証明サービスノードが証明ノードのアイデンティティを検証することができるように、各証明ノードのアイデンティティが認証局によって証明され得る。証明サービスノード、コアノード、および／または他のクライアントノードがクライアントノードのアイデンティティを検証することができるように、各クライアントノードのアイデンティティが認証局によって証明され得る。証明サービスを提供または使用するためのそのようなノード間の対話は、検証を条件とし得る。代替的または追加的に、オーバーレイネットワークにおけるノード識別のための代替的な機構として、ノードバージョニングが使用され得る。
実施形態では、上記の構成は、図３～図６に関連して説明され、例として図７にも示されるタイプなどの階層化ネットワーク７００の形態で実装され得る。すなわち、階層化ネットワークは、コアノード７０１を含むコアネットワークと、コアの周りの少なくとも１つの中間層であって、各中間層が１つまたは複数の中間層ノード７０２を含む少なくとも１つの中間層と、中間層の最も外側の周りの少なくとも１つの外層であって、各外層が１つまたは複数の外層ノード７０３を含む少なくとも１つの外層とを含む。ここでの「外層（outer layer）」の「外（outer）」という用語は、それ自体、必ずしも階層化ネットワーク７００全体の最外層に限定されるものではないが、それも１つの可能性であることに留意されたい。実施形態では、図７の階層化ネットワーク７００は、図３の階層化ネットワーク３００であり得、この場合、図７の外層ノードは、図３または図４の第３の層ノードであり、図７の中間層ノード７０２は、図３または図４の第２の層ノード３０２であり、図７のコアノード７０１は、図３または図４のコアノード３０１であり得る。
図３～図６に関連して述べたように、階層化ネットワーク７００は、インターネットなどの基礎となる物理またはインフラストラクチャネットワーク上にオーバーレイされたオーバーレイネットワークであり得る。そのような実施形態では、ノード７０１、７０２、７０３は、オーバーレイネットワークレベルで互いの間に接続を形成するように構成される。すなわち、階層化ネットワークのノード７０１、７０２、７０３は、それらが階層化ネットワークの他のノード７０１、７０２、７０３とどのような接続は形成することができてどのような接続は形成することができないかを指定するオーバーレイネットワークプロトコルに従うように構成される。したがって、すべてのノードは、基礎となるインフラストラクチャ（例えば、インターネット）を介して互いに物理的に接続することが可能であり得るが、それらが、階層化ネットワーク７００の関連のあるオーバーレイネットワークプロトコルにしたがって動作する階層化ネットワークのノード７０１、７０２、７０３として参加しているとき、そのようなノード７０１、７０２、７０３間の接続は、より制限される可能性がある。階層化ネットワーク７００の２つのノード７０１／７０２／７０３間の接続は、これらのノードが直接通信可能であることを意味し、これは、この文脈では、階層化ネットワーク７００の別のノード７０１／７０２／７０３を介してホップを実行する必要がないことを意味する。オーバーレイネットワークの文脈では、「接続」は、オーバーレイネットワークのレベル（すなわち、階層化ネットワークのオーバーレイネットワークプロトコルのレベル）における接続（すなわち、エッジ）を意味する。
各中間層ノード７０２は、コアネットワーク内の少なくとも１つのコアノード７０１（ブロックチェーンネットワークノード１０４）に接続されている。コアネットワークは、ブロックチェーンネットワーク１０６の少なくとも一部を含む。実施形態では、コアネットワークは、それ自体、完全なネットワークであり得る。
場合によっては、中間層ノード７０２および／または外層ノード７０３のうちのいくつかは、ブロックチェーンネットワーク１０６の周辺ノード１０４、例えば、フォワーディングノード１０４Ｆなどの、マイニングノード１０４Ｍおよび／またはストレージノード１０４Ｓ以外のノードを含み得る。代替的に、それらは、ブロックチェーンネットワーク１０６のクライアントとして以外、ブロックチェーンネットワーク１０６においていかなる役割（マイニング、記憶、またはフォワード）も有さないノードを含み得る。
各外層ノード７０３は、少なくとも１つの中間層内の中間層ノードのうちの少なくとも１つに接続されている。実施形態では、各外層ノード７０３はまた、少なくとも１つのコアノード７０１への（すなわち、ブロックチェーンネットワーク１０６への）少なくとも１つの接続を有する。いくつかのそのような実施形態では、外層ノード７０３のうちの１つまたは複数はそれぞれ、コアノード７０１のすべてではないが２つ以上への接続を有する。実施形態では、階層化ネットワーク７００は、全体として、非完全なネットワークであり得、すなわち、すべてのノード７０１、７０２、７０３が、オーバーレイネットワークレベルで、他のすべてとの接続を有するわけではない。実施形態では、所与の層内の各ノードは、同層内の少なくとも１つの他のノードに接続され得る。例えば、中間層内の各ノード７０２は、同じ中間層内の１つまたは複数の他のノードに接続され得、および／または、外層内の各ノード７０３は、同じ外層内の１つまたは複数の他のノードに接続され得る。実施形態では、接続はまた、異なる中間層内の異なる中間層ノード７０２間、および／または異なる外層内の異なる外層ノード７０３間に形成され得る。
実施形態では、階層化ネットワーク７００は、図３～図６に関連して説明したプロトコルルールまたは構造的特徴のいずれかにしたがって構成され得、中間ノード７０２の各中間層は、コアと最外層との間の層であり、外部ノード７０３の各外層は、第２の層の外側の層である（ここで、中間層（複数可）がコアと外層（複数可）との間にある）。
以下の実施形態は、階層化ネットワークの文脈で例示されるが、これは限定ではなく、より一般的には、証明ノード（複数可）は、ブロックチェーンネットワーク１０６の１つまたは複数のクライアントノードと１つまたは複数のコアノード１０４との間を仲介する任意のタイプのオーバーレイネットワークの任意のノードであり得ることが理解されよう。
階層化ネットワーク７００での実装では、少なくとも１つの中間層内の中間ノード７０２のうちの少なくとも１つが、証明サービスを提供する証明ノード７０２Ａの役割を果たす。少なくとも１つの外層内の外層における外部ノード７０３のうちの少なくとも１つは、証明ノード（複数可）７０２Ａによって提供される証明サービスのクライアントノード７０３Ｃである。各コアノード７０１は、ブロックチェーンネットワーク１０６のノード１０４のうちの１つ、好ましくはマイナー１０４Ｍおよび／またはストレージノード１０４Ｓ（例えば、フルコピーノード）である。説明を簡単にするために、２つのクライアントノード７０３Ｃおよび２つの証明ノード７０２Ａのみが図７に示されているが、もっと多くてもよいことが理解されよう。実施形態では、クライアントノード７０３Ｃおよび証明ノード７０２Ａは、互いに同じコミュニティの一部であり得る。
クライアントノード７０３Ｃは、少なくともそれらが証明サービスのクライアントであるという点でクライアントである。実施形態では、クライアントノード７０３Ｃのうちの１つまたは複数の上で実行されるクライアントソフトウェアは、そのノード７０３Ｃを、１つまたは複数の第２の層ノード７０２によって提供される１つまたは複数の追加サービス、例えば、データベースサービスまたはスマートコントラクトサービスのクライアントとして動作させるようにさらに構成され得る。および／または、ブロックチェーン１５０にクエリを行うことができるように、そのノード７０３Ｃを、ブロックチェーンネットワーク１０６の１つまたは複数のコアノード７０１（例えば、１０４Ｍ、１０４Ｓ）のクライアントとして動作させるように構成され得る。
また、クライアントノード７０３Ｃが証明サービス（および任意選択で１つまたは複数の他のサービス）のクライアントとして説明されるという事実は、これらのノード自体が１つまたは複数のさらなるエンティティ（図示せず）に対する１つまたは複数のさらなるサービスのサーバでもあり得る可能性を除外するものではない。例えば、クライアントノード７０３Ｃは、顧客にオンラインサービスを提供する会社のコンピュータ機器を含み得る。「エンドユーザ」は、本明細書では、当該の特定のサービスのエンドユーザを意味し、商業的サプライチェーンの終端にいる個々の消費者に必ずしも限定されない（ただし、それは確かに１つの可能性でもある）。
以下は、順序付けサービスエンティティ７０２Ａがブロックチェーン１５０を使用して、データ要素が１つまたは複数のクライアントノード７０３Ｃから受信された時間および順序付けを記録し得る方法を説明する。任意選択で、順序付けサービスは、タイムスタンプ付与も実行し得る。
最初に、単一の信頼できる順序証明ノード７０２Ａについて方法を説明する。これは、ブロックチェーンネットワークノード１０４／７０１のコアを有する階層化ネットワーク７００内の単一の中間層（例えば、第２の層）ノードとしてモデル化され得る。この場合、このサービスのユーザは、サービス７０２Ａに直接接続され、任意選択で（コア内の少なくとも１つのコアノード７０１への接続によって）ブロックチェーン１５０にも接続されている外層（例えば、第３の層）ノード７０３Ｃのユーザであり得る。
データ要素が外層のクライアントノード７０３Ｃから受信されると、中間層タイムスタンプ付与サービス７０２Ａは、順序が確立されるようにそれらを集める。特定の期間、例えば０．１秒が経過すると、データ要素のこの順序付きリストは、トランザクションにカプセル化され、コア７０１を介してブロックチェーン１５０に送信され、したがって不変に記録される。タイムスタンプが記録に追加される場合、これはまた、順序だけでなく時間も記録する。
例示的なアプリケーションは、データベースなど内のエントリに対する更新の間で確定的な順序を定義することである。この場合、クライアントノード７０３Ｃから受信された各データ項目は、データベース内のエントリに対するそれぞれの状態の変化（すなわち更新）を表し得る。しかしながら、そのような更新は、必ずしも交換可能であるとは限らず、すなわち順序が重要である。例えば、データ要素の非可換演算、例えば左からの行列乗算を実行するよう求める２つの要求がある場合、順序は重要である。別の例では、一方の要求がファイルを削除することであり、他方がファイルを読み取ることであり得る。この場合も同様に、これらの要求が適用される順序によって結果が異なる。
別の例示的なアプリケーションは、出力ベースの（例えば、ＵＴＸＯベースの）ブロックチェーンモデルにおいてスマートコントラクトを実装することである。ＵＴＸＯベースのトランザクションなどは、本質的に、アカウントベースのモデルのトランザクションがサポートするのと同じ方法ではスマートコントラクトをサポートせず、したがって、スマートコントラクトがＵＴＸＯベースのモデルなどの出力ベースのモデルにおいて実装される場合、スマートコントラクトの機能は、基本のトランザクションモデルの上に階層化される必要がある。この場合、ブロックチェーン１５０上に記録されるべきデータ項目は、ここでも、状態の変化、例えば、所有権の変化などを表し得る。この場合も同様に、順序は、例えば、所有権の割当て試みが有効であるかどうかに影響を与える可能性があるので、重要である。
別の例示的なアプリケーションは、認証局（ＣＡ）からのデジタル証明書の順序付けおよびタイムスタンプ付与である。デジタル証明書は、アクセス権または他の電子許可を承認するために使用され、例えば、インターネットを支えるＳＳＬ／ＴＬＳおよびＨＴＴＰＳセキュリティにおいて使用される。２０１１年、オランダのＣＡは、イランからと思われる攻撃者により不正アクセスされた。偽の証明書が有名なドメインに対して発行され、ＣＡのサーバ上でログファイルが改ざんされた。これらのログファイルが、以下で説明されるような順序付けおよびタイムスタンプ付与サービスを使用してブロックチェーン上に記憶されていたら、プルーフオブワークによって提供されるセキュリティのためにログファイルを変更することは不可能であったであろう。企業のＨＳＭ内の秘密鍵がこの攻撃で不正アクセスされたことは注目に値する。このことは、古典的な暗号プロトコルのみで常に情報セキュリティを確保することができるわけではなく、プルーフオブワークなどの他の機構にも頼ることでそのような攻撃を極めて面倒にすることも有益であり得るという事実を浮き彫りにする。
動作中、証明ノード７０２Ａは、中間層と外層との間のオーバーレイネットワーク接続上で、１つまたは複数のクライアントノード７０３Ｃから複数のデータ項目を受信するように構成される。データ項目は、本明細書では、任意の用語によってＤとラベル付けされ得る。当該の複数のデータ項目は、同じクライアントノード７０３Ｃもしくは異なるクライアントノード７０３Ｃから受信され得るか、または一部が同じクライアントノード７０３Ｃから受信され、一部が異なるクライアントノード７０３Ｃから受信され得る。それらは、クライアントノード７０３Ｃと証明ノード７０２Ａとの間の接続を介して直接受信され得るか、またはそれらの間の階層化ネットワークの１つまたは複数の他のノードを介してフォワードされ得る（すなわち、送信側クライアントノード７０３Ｃと証明ノード７０２Ａとの間の２つ以上のホップを介して受信され得る）。
証明ノード７０２Ａは、複数のデータ項目Ｄの順序を決定し、したがって、複数のデータ項目のシーケンスを決定するように構成される。実施形態では、決定された順序は、証明ノード７０２Ａにおけるデータ項目の受信の順序である。しかしながら、いくつかの他のアービトレーションルールが適用され得ることは除外されない。例えば、データ項目が、それらを送信したクライアントノード（複数可）７０３Ｃによる送信または作成の時間でスタンプされ、証明ノード７０２Ａがこれらのクライアントノードを信頼する場合、順序は、受信時間ではなく、報告された送信または作成の時間であり得る。別の例として、順序は、異なるデータ項目に異なる重み付けを与える優先順位方式に依存し得る。
決定された順序が何であれ、証明ノード７０２Ａは、ブロックチェーン１５０に記録するための一連のブロックチェーントランザクション１５２を作成することによって、この順序を証明する。証明ノード７０２Ａは、一連の２つ以上のそのようなトランザクションを生成し、それらは、本明細書では、任意の用語によってＴｘ0、Ｔｘ1、Ｔｘ2…とラベル付けされ得る。証明ノード７０２Ａは、一連のトランザクションにおけるトランザクションＴｘのうちの各後続トランザクションのペイロードに、データ項目Ｄのうちの１つまたは複数のデータ項目の異なるセットの指示を含める。ペイロードは、それぞれのトランザクションの使用不可能な出力に含まれ得る。そのような出力は、その出力のロックスクリプトを終了させるオペコード、例えば、ＯＰ＿ＲＥＴＵＲＮによって使用不可能にされ得る。しかしながら、他のトランザクションプロトコルでは、ペイロードは他の方法で含まれてもよい。各後続トランザクションにおいて示される１つまたは複数のデータ項目のセットは、証明ノード７０２Ａによって決定されたデータ項目の順序にしたがって、一連のトランザクションにおいてそのトランザクションの直前にあるトランザクションにおいて示されるセットの後に来る。すなわち、一連のトランザクションにおけるトランザクションの順序は、決定されたデータ項目のシーケンスにおけるセットの順序と一致する。
証明ノード７０２Ａは、以下の、一連のトランザクションのための対応する一連の公開鍵／秘密鍵ペアを作成するか、または他の方法で決定する：
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，…
証明ノード７０２Ａは、各鍵ペアの秘密鍵を使用して、以下の、一連のトランザクション内の対応するトランザクションに署名する：
Ｔｘ0→Ｔｘ1→Ｔｘ2→Ｔｘ3→…
トランザクションＴｘ1は、その入力中のロック解除スクリプトにＰ1の署名を含み、トランザクションＴｘ2は、Ｐ2の署名を含み、以下同様である。各トランザクションはまた、それぞれのトランザクションによって証明された１つまたは複数のデータ項目Ｄのセットの指示を含むペイロードを、例えば、ＯＰ＿ＲＥＴＵＲＮフィールド内に含む。このペイロードは、各署名によって署名される（スクリプト言語を使用する実施形態では、適切なＳＩＧＨＡＳＨフラグが使用され得る）。初期ファンディングトランザクションＴｘ0は、Ｐ1の署名によってロック解除可能なように構築される。それは、ダスト値を有するアウトポイント０を有し得る。例として、Ｔｘ1は、図８に示されるように構築され得る。後のトランザクションはすべて同じ構造を有する。すなわち、Ｔｘ2は、Ｔｘ1をロック解除するためにＴｘ1を指し示す入力に、Ｐ2を使用した署名を含んでおり、Ｐ3の署名によってロック解除可能なロックスクリプトを出力に有する、などである。署名は、鍵ペアの対応する公開鍵に基づいて、ブロックチェーンネットワーク１０６によって検証され得る。ファンディングトランザクションＴｘ0は、データ項目の第１のセットの指示を含んでも含まなくてもよい（シーケンス内のデータ項目の第１のセットは、Ｔｘ0またはＴｘ1において示され得る）。
図８に示される形態は、簡略化のためにトランザクション手数料を無視することに留意されたい。これは、（例えば、証明サービスによって管理される）トランザクションに別の入力および出力を追加することによって説明され得る。
ＯＰ＿ＲＥＴＵＲＮステートメントは、ｄａｔａ1と呼ばれるペイロードを含む。これは、Ｔｘ1によって証明されたセットの中で証明サービスによって証明された順序でユーザによってサブミットされたデータ要素Ｄ、またはその指示を含む（Ｔｘ2内のｄａｔａ2などについても同様である）。各トランザクションは前のトランザクションのハッシュに署名するので、これは、ペイロードｄａｔａ1、ｄａｔａ2、ｄａｔａ3などの順序付けも意味する。
ブロックチェーントランザクションは、ブロックチェーンネットワーク１０６によって受け入れられると、実行可能に二重支出することは不可能である。それはまた、証明ノード７０２Ａによって提供される証明サービスに対して証明された順序を発行する形態として機能する。これにより、クライアントノード７０３のユーザは、自身のデータ要素がこの証明機関によって証明された順序で現れる位置が遡及的に変更され得ないという確信を持つことができる。そのようなトランザクションがブロック１５１においてマイニングされると、既存のブロックを置き換えるには計算コストが高いので、順序が変更される可能性はさらに低くなる。
いくつかの実施形態では、各トランザクションＴｘ0、Ｔｘ1、Ｔｘ2…において示されるセットは、トランザクションごとにデータ項目Ｄのうちの単一のデータ項目のみで構成される（すなわち、各ｄａｔａペイロードは、単一のそれぞれのＤのみを示す）。代替的に、そのような各トランザクションにおいて示されるセットは、トランザクションごとに複数のデータ項目Ｄを含み得る（各ｄａｔａペイロードは、複数の異なるデータ項目Ｄの異なるそれぞれのセットを示す）。後者の場合、ペイロード情報は、それぞれのトランザクションのローカルセット内のデータ項目Ｄの順序も指定する。これは、例えば、ペイロード（例えば、ＯＰ＿ＲＥＴＵＲＮ出力）に含まれる順序付きリスト、および／または各Ｄの指示にマッピングされた順序を示すインデックスによって達成され得る。図９～図１１に例を示し、後でより詳細に説明する。
複数のデータ項目Ｄがトランザクションごとに示されるとき、トランザクションごとにどのデータ項目が集められるべきかを決定するために何らかの基準が必要とされる。原則として、トランザクション間でデータ項目を分割するために任意の方式を使用することができるが、実施形態では、これは、規則的な時間間隔に基づいて行われ得る。すなわち、規則的な時間間隔の第１のインスタンス内の証明ノード７０２Ａによって受信されたすべてのデータ項目Ｄが一連のトランザクションの第１のトランザクションに含まれ、次いで、規則的な時間間隔の次のインスタンスにおいて受信されたすべてのデータ項目Ｄが一連のトランザクションの次のトランザクションにおいて示され、以下同様である。
トランザクション間の間隔の正確なタイミングは、実装によって構成され得る。例えば、トランザクションは０．１秒間隔でサブミットされ得る。
データ項目のそれぞれのセットは、単に、そのセットのデータ項目（複数可）をそれぞれのトランザクションＴｘのペイロードに明示的に（「平文で」）含めることによって、トランザクションにおいて示され得る。代替的または追加的に、それらは、ハッシュ、暗号化形式、またはｒパズルなどの変換形式で示され得る。図９～図１１に関連して例をより詳細に説明する。順序付け証明サービスの文脈では、最低限、本明細書におけるデータ項目の「指示」は、トランザクションを検査するクエリノードがデータ項目の証明された順序を検証することを可能にする何らかの情報を意味する。データ項目Ｄの明示的な値がトランザクションに明示的に含まれないいくつかの場合では、クエリノードがデータ項目Ｄの値に関する所定の知識を有しており、それらの項目の予想される順序を確認するために、ブロックチェーンノード１０４のメムプール１５４内のまたはオンチェーンのトランザクションを単に検査していることが要求され得る。
実施形態では、証明ノード７０２Ａは、一連のトランザクションの各トランザクションＴｘ0、Ｔｘ1、Ｔｘ2…のペイロードに少なくとも１つのタイムスタンプを含めることもできる。タイムスタンプは、それぞれのデータ項目（複数可）が証明ノード７０２Ａにおいて受信された時間を示す。トランザクションごとに単一のデータ項目Ｄがある場合、これは、単にそのデータ項目の受信時間であり得る。トランザクションＴｘごとにデータ項目Ｄが複数ある場合、各トランザクションペイロードは、セットの到着時刻（例えば、それらが受信された時間間隔）を示す単一のタイムスタンプ、またはセット内のデータ項目Ｄごとの個々のタイムスタンプを含むことができる。
証明サービスが、ユーザのデータを含むトランザクションをブロックチェーン１５０にサブミットするとき、いくつかの実施形態では、それは、このトランザクションを、データ項目Ｄをサブミットしたクライアントノード（複数可）７０３にも送信することとなる。これは、外層（例えば、層３）内のユーザが中間（例えば、層２）内の証明ノード７０２Ａに直接接続されているので可能である。実施形態では、クライアントノード７０３は、コア内のブロックチェーンマイニングノード１０４Ｍおよび／またはストレージノード１０４Ｓにも直接接続されているので、トランザクションＴｘ0、Ｔｘ1、Ｔｘ2…がブロックチェーンネットワーク１０６によって受け入れられたことを独立してチェックし得る。したがって、クライアントノード７０３Ａは、予想される順序が証明されたことを確認するために、マイナー１０４Ｍのメムプール１５４、および／またはストレージノード１０４Ｓ上の実際のブロックチェーン１５０の記録にクエリを行うことができる。他の第三者ノードも、ブロックチェーンネットワーク１０６の任意の適切な接続を介して同様にこれを検証し得る。いくつかの実施形態では、クライアントノード７０３Ａによるクエリは、図３～図６に関連して前述したＳＰＶのような接続性のみを使用して、クライアントノード７０３Ｃとコアとの間の接続を介して実行され得る。
任意選択で、証明サービスは、データ項目をサブミットしたクライアントノード（複数可）７０３Ｃに、それらのデータを含むトランザクションに先行するトランザクションのチェーンを送信することもできる。これは、ユーザが、サービスによってブロックチェーンにサブミットされた異なる順序を有するトランザクションの２つの競合するチェーンが存在しないことを確かめることができるようにするためである。トランザクションのチェーンの長さは、ユーザによって必要とされる信頼のレベルに適切であるべきである。この信頼はアウトソーシングされてもよく、例えば、認証局が１時間ごとにトランザクションのチェーンの正確さを証明してもよい。
実施形態では、層内のクライアントノード７０３Ｃはまた、互いに接続され得、それらのおよび対応するマークルプルーフを含む（マイニングされた）トランザクションを互いに送信することができる。実施形態では、各外層（例えば、層３）ノードは、ブロックチェーン１５０に独立して接続されているので、それらは、マークルプルーフが正しいことを検証することができる。これにより、外層（例えば、層３）内のユーザは、ブロックチェーン上のプルーフオブワークに対する信頼が引き継がれる前に、タイムスタンプ付与サービスに対する最小量の一時的信頼のみを用いてデータの順序付けに同意することができる。
次に、ＯＰ＿ＲＥＴＵＲＮペイロードｄａｔａ1をより詳細に検討する。目標は、時間間隔内においてデータ要素Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、…が受信された順序をサービスが証明することである。データ要素は、各ユーザに関連するデータのハッシュコミットを表し得ることに留意されたい。ユーザが自身のデータを公開することを選択するか、またはその代わりに自身のデータのハッシュコミットを記録することを選択するかは、ユーザの裁量に委ねられ得る。
データ項目Ｄのセットおよびそれらの相対的な順序をトランザクションＴｘ内で示すことができるいくつかの異なる方法がある。最も単純なものは、単に各要素にインデックスを付けることであり、ＯＰ＿ＲＥＴＵＲＮが署名されるので、これはタイムスタンプ付与サービスによって証明される。しかしながら、順序付けの追加の証拠を提供し、分散型タイムスタンプ付与サービスへの一般化を可能にするよりスマートな方法がある。
方法１．１：ハッシュチェーン。一意のインデックスｉが各データ要素Ｄiに割り当てられ、ハッシュチェーン内のエントリＨiが作成される。Ｈiの値は、ハッシュチェーンのデータ要素および前の要素に依存する。これは、ハッシュチェーンの各要素が前の要素の後に作成されていなければならず、順序が強制されることを意味する。ハッシュチェーンの例を図９の表に示す。この表は、トランザクションのペイロード（ｄａｔａ）に含まれ、任意選択で、明示的なＤ列がトランザクションに含まれることも含まれないこともある。
Ｄの値が明示的に含まれない場合の１つの利点は、ハッシュがＤよりも小さくなり得ることであり、したがって、チェーン上に記憶されるビットはより少なくて済む。また、これは、ユーザが公開を望まない場合、Ｄの実際の値を公開する必要がないことを意味する。いずれにしても、Ｄ値が明示的に含まれるか否かにかかわらず、ハッシュチェーンの別の利点は、順序を変更しにくくすることである。例えば、例として、トランザクションあたり１０００個のデータ項目Ｄがあるとする。次いで、これらのデータ項目を再順序付けするためには、１０００個のハッシュを実行する必要があり、これは、計算上負担が大きいであろう。したがって、証明ノード７０２Ａが完全に信頼されていない場合であっても、これは、データ項目が再順序付けされていないという追加の確信をユーザに与える。
いくつかの実施形態では、各データ要素Ｄiの受信のタイムスタンプｔiの証明も含まれ得る。これを行う１つの方法は、ハッシュチェーンの各要素のプレイメージにタイムスタンプを含めることであり、例えば：
Figure 2023515369000002
この場合、時間を含む列も図９の表に追加されることとなる。
ＯＰ＿ＲＥＴＵＲＮペイロードｄａｔａ1は、図９に示されるような表から構成される。列「データ」は、スペースを節約するために、またはデータ要素をプライベートに保つために省略され得る。その場合、ハッシュチェーンの順序を証明する唯一の方法は、すべてのデータ要素を知ることであることに留意されたい。
ハッシュ関数をＨＭＡＣに置き換えることによって、追加のセキュリティが与えられ得る。ＨＭＡＣは、ＲＦＣ２１０４に記載されており、ハッシュ手順にシークレット対称鍵を導入する。これは、シークレット鍵を知っている者のみがデータの順序を証明することができることを意味する。
方法１．２：マークルツリーを用いたハッシュチェーン。この場合は、図９のハッシュチェーンと同様であるが、ハッシュチェーン全体を公開するのではなく、マークルツリーに変えてルートだけを公開する。この場合、セット内の各データ項目Ｄは、マークルツリーのリーフとしてモデル化され、マークルルートは、トランザクションにおいて指示として含まれる。データのインデックスは、それがマークルツリーのリーフに現れる順序によって暗示されることに留意されたい。ユーザがデータ項目の存在およびマークルツリーにおけるその位置をチェックすることができるように、マークルプルーフは後でユーザに提供され得る。この方法では、マークルルートのためのＯＰ＿ＲＥＴＵＲＮペイロードにおいて２５６ビットしか必要とされないので、トランザクションにおけるスペースが節約される。
追加的または代替的に、各データ項目は、そのリーフに対する対応するマークルプルーフによってトランザクションにおいて示され得る。当業者によく知られているように、マークルツリーにより、マークルルートおよびデータ項目に対するマークルプルーフ（これは、ルートとリーフとの間のハッシュのチェーンである）が与えられると、所与のデータ項目がセットのメンバであることを証明することができる。
方法２．１：署名のチェーン。この方法では、各データ要素Ｄに対して新しい公開鍵が作成され、その要素は新しい公開鍵で署名される。これは、ＲＦＣ３１６１に概説されているタイムスタンプ付与プロトコルにおける要件に準拠している。
図１０に示される公開鍵および署名のシーケンスを考慮する。そのアイディアは、各公開鍵が先行するデータに基づいて生成されるということである。ハッシュチェーンと同様に、シーケンス内の各公開鍵（したがって署名）は、シーケンスにおける前の公開鍵の知識を用いてのみ作成され得、したがって、順序が強制される。
この方法の変形形態では、表内のエントリはそれぞれ、それら自体の権利におけるトランザクションであり得る。
方法２．２：ｒパズルのチェーン。Ｒパズルは、チャレンジおよびプルーフの最近開示された形態である。これは、ＥＣＤＳＡ署名（Ｓ，Ｒ）のｒ部分に基づくものであり、シークレットを明らかにすることなくシークレットの知識を証明する方法を提供する。https://www.youtube.com/watch?v=9EHKvNuRc0A&t=978sおよびhttps://www.youtube.com/watch?v=CqqTCsLzbEAを参照されたい。
ＥＣＤＳＡ（楕円曲線デジタル署名アルゴリズム）署名は、組合せ（Ｓ，Ｒ）から構成され、ここで、Ｒは、短期鍵ペアの公開部分のｘ座標である。各署名に対して同じ公開鍵を使用することが可能であるが、短期鍵を一緒に連鎖する。これにより、図１１に示すシーケンスが得られるであろう。これは、上記の方法のいずれかの代替として、またはそれに加えて、トランザクションペイロード（ｄａｔａ）に含められ得る。
ここで、Ｒ1はランダムな短期鍵であり、＜Ｓ1，Ｒ1i＞（Ｈ（Ｄi））は、短期鍵Ｒ1iを使用してＰ1で署名されたデータＨ（Ｄi）を意味する。
一般に、方法１．１、１．２、２．２および／または２．２および／または他のいずれかは、トランザクションのペイロード（ｄａｔａ）内のデータ項目Ｄのセットの中の順序を示すために、個別にまたは併せて使用され得る。
分散ケース：上記は、順序証明サービスが個々のノード７０２Ａによって提供されるシナリオで説明されている。複数の証明ノード７０２Ａを通してそのようなサービスを提供することも可能である。
例えば、コンセンサスを得るために階層化ネットワーク７００を使用する分散型証明サービスを有する状況を考慮する。この場合、図７の中間層ノード７０２（例えば、層２のノード）のうちの２つ以上が、証明ノードの役割を果たすこととなる。
大多数の証明ノード７０２Ａが正直に動作し、証明サービスノード７０２Ａおよびユーザ７０３Ｃから構成されるコミュニティ（先に定義されたような）中に（around）伝搬されるデータの順序付けおよびタイムスタンプ付与のためのコンセンサスを得ることを望むと仮定する。ｍ個のコアマイニングノード７０１の同じサブセットに接続され、したがって階層化ネットワーク７００のコミュニティを定義するＮ個の独立した証明サービスノード７０３Ａがあると仮定する。複数の中間層（例えば、層２）証明ノード７０２Ａが存在するという事実により、外層（複数可）（例えば、層３）内の多くのユーザは、中間層ノードにとって負荷が高くなりすぎる（接続が多くなりすぎる）ことなく中間層（例えば、層２）内のノード７０２に接続することができる。
次いで、対処すべき問題は、そのような分散型の場合、例えば、２つのユーザによってサブミットされた２つのデータ項目Ｄ1、Ｄ2が、別のものと比較して１つの証明ノード７０２Ａに異なる順序で到着した場合であっても、中間層証明ノード７０２Ａ（例えば、層２ノード）が、それらの順序付けにおけるコンセンサスにどのように同意することができるかである。
これに対処するための１つの方法は、閾値署名を使用することであり、すなわち、前述のように、トランザクションＴｘをロック解除するために、１つだけではなく、少なくともＭ個の異なる署名（Ｍ＞１）が必要とされる。証明サービスノード７０２Ａに適用される、説明されるようなＭ－ｏｆ－Ｎ閾値署名システムを考慮する。これは、秘密鍵シェアａ1，ａ2，…，ａNを有するＮ個の参加ノードが存在することを意味する。Ｍ人の参加者の任意のサブグループは、組み合わせることで、一連のトランザクションにおける先行トランザクションをロック解除するメッセージの署名を与える署名シェアを生成することができる。
証明サービスノード７０２Ａのうちの１つが、選択された期間内に受信したすべてのデータ要素Ｄの順序付きリストであるＯＰ＿ＲＥＵＴＲＮペイロードｄａｔａ1を含む候補トランザクションＴｘ1を生成すると仮定する。このノードは、他のすべての証明サービスノード７０２Ａ（またはそれらのうちの少なくともいくつか）に候補トランザクションをブロードキャストし、トランザクションに署名するためにそれらの署名シェアを求め得る。それらが少なくともＭ個の署名シェア（自身のものを含む）を受信した場合、トランザクションはブロックチェーンネットワーク１０６にサブミットされ、ブロック１５１にマイニングされ得る。これは、データ要素の順序付けが、分散型ネットワークにおける少なくともＭ－ｏｆ－Ｎタイムスタンプ付与サービスによって同意されることを確実にする。
トランザクションにおいて作成するために単一の証明ノード７０２Ａはどのように選択されるのか？上記は、候補トランザクションＴｘ1を作成した証明サービスノード７０２Ａが１つのみ存在し、その他の証明ノード７０２Ａがこれに対してＯＫであると仮定している。しかし、次の候補のトランザクションはどうであるか？少なくとも２つの選択肢がある：（ｉ）候補トランザクションを作成する特権証明ノード７０２Ａが常に１つ存在するか、または（ｉｉ）各トランザクションが作成された後、証明ノード７０２Ａのうちの１つが、次のトランザクションを作成する次のノードとなるようにランダムに選択される。これは、事前に決定されたランダムシーケンスであってもよいし、サブミットされたばかりのトランザクションＴｘ1に関するシードに基づく決定論的にランダムな選択であってもよい。例えば、シードは、Ｔｘ1であると解釈され得る。分散型コンピューティングのための他の分散型アービトレーションアルゴリズムも可能であり得る。
分散型データベース
図１２は、本明細書に開示される実施形態による、階層化ネットワーク１２００において実装された分散型データベースの例を示す。
階層化ネットワーク１２００は、１つまたは複数のコアノード１２０１を含むコアネットワークと、コアの周りの少なくとも１つの中間層であって、各々が１つまたは複数の中間層ノード１２０２を含む少なくとも１つの中間層と、中間層の最も外側の周りの少なくとも１つの外層であって、各々が１つまたは複数の外層ノード１２０３を含む少なくとも１つの外層とを含む。この場合も同様に、ここでの「外層（outer layer）」の「外（outer）」という用語は、必ずしも最も外側に限定されるものではないが、それも１つの可能性である。階層化ネットワーク１２００は、インターネットなどの基礎となる物理またはインフラストラクチャネットワーク上にオーバーレイされたオーバーレイネットワークであり得るか、または代替的に、組織内の専用ネットワークおよび／または内部（例えば、プライベート）ネットワークなどのスタンドアロンネットワークであり得る。
コアノード１２０１は、ブロックチェーンネットワーク１０６のノード１０４である。それらは、マイニングノード１０４Ｍ、ストレージノード１０４Ｓ、またはそれらの組合せを含み得る。実施形態では、コアノードの各々は、マイニングノード１０４Ｍおよび／またはストレージノード１０４Ｓ（例えば、フルコピーノード）である。
場合によっては、中間層ノード１２０２および／または外層ノード１２０３のうちのいくつかは、ブロックチェーンネットワーク１０６の周辺ノード１０４、例えば、フォワーディングノード１０４Ｆなどの、マイニングノード１０４Ｍおよび／またはストレージノード１０４Ｓ以外のノードを含み得る。代替的に、それらは、ブロックチェーンネットワーク１０６のクライアントとして以外、ブロックチェーンネットワーク１０６においていかなる役割（マイニング、記憶、またはフォワード）も有さないノードを含み得る。
中間ノード１２０２は、階層化ネットワーク１２００の１つまたは複数の中間層にわたる複数のデータベースノード１２０２ＤＢを含む。これらのデータベースノード１２０２ＤＢは、各データベースノード１２０２ＤＢが、１つまたは複数のデータベースエントリを含むデータベース全体の少なくとも一部を記憶する分散型データベースを記憶するように構成される。実施形態では、エントリは、少なくともいくつかのエントリが２つ以上のデータベースノード１２０２ＤＢにわたって複製（duplicate）されるように、２つ以上のノードにわたって複製（replicate）される。場合によっては、各データベースノード１２０２ＤＢは、データベース全体のコピーを記憶することができるが、他の実施形態では、各データベースノード１２０２ＤＢは、データベースの一部のみを記憶し、各エントリは、データベースノード１２０２ＤＢのすべてではなく一部のみにわたって複製されてもよい（それらの間のデータベースノード１２０２ＤＢがデータベース全体を記憶するように分散される）。
各データベースノード１２０２ＤＢは、１つまたは複数の物理サーバユニットを含むサーバの形態をとり得る。そのような各ノードは、１つまたは複数のメモリユニットを含むメモリと、１つまたは複数の処理ユニットを含む処理装置とを備える。これらは、例えば、他のネットワーク要素に関連して前述したようなメモリ媒体および／またはプロセッサの形態のいずれかをとり得る。データベースエントリ自体と同様に、メモリは、証明ノードの処理装置上で実行されるように構成されたデータベースソフトウェアを記憶する。このソフトウェアは、実行されたときに、以下で説明される実施形態または類似のもののいずれかにしたがって動作するデータベースサービスを提供するように構成される。
実施形態では、クライアントノード（複数可）１２０３Ｃ、コアノード１２０１および／または他のデータベースノード１２０２ＤＢまたは他の中間層ノード（例えば、証明サービスノード７０２Ａまたはスマートコントラクトノード）が、データベースノード１２０２ＤＢのアイデンティティを検証することができように、各データベースノード１２０２ＤＢのアイデンティティが認証局によって証明され得る。そのようなノード間の対話は、検証を条件とし得る。例えば、クライアントノード１２０３Ｃは、証明に基づいてそのアイデンティティを検証することを条件としてのみ、データベースノード１２０２ＤＢに更新要求を送信し得る。代替的または追加的に、オーバーレイネットワークにおけるノード識別のための代替的な機構として、ノードバージョニングが使用され得る。
クライアントノード１２０３Ｃの各々は、サービスのユーザのコンピュータ機器を備えるエンドユーザノードであってもよい。この場合も同様に、これは、個々のユーザ、または会社、学術機関、もしくは政府機関などの組織などであり得る。したがって、各クライアントノードは、１つまたは複数のユーザ端末、および／または１つまたは複数のサイトに１つまたは複数のサーバユニットを含むサーバを含み得る。各クライアントノードは、１つまたは複数のメモリユニットを含むメモリと、１つまたは複数の処理ユニットを含む処理装置とを備える。これらは、例えば、他のネットワーク要素またはユーザ機器に関連して前述したようなメモリ媒体および／またはプロセッサの形態のいずれかをとり得る。メモリは、処理装置上で実行されるように構成されたクライアントソフトウェアを記憶し、クライアントソフトウェアは、実行されるときに、以下の実施形態または類似のもののいずれかによる、データベースノード１２０２ＤＢによって提供されるデータベースサービスによって提供される分散型データベースのクライアントとしてノードを動作させるように構成される。任意選択で、送信側エンドユーザノードのうちの１つまたは複数は、ブロックチェーンネットワーク１０６のユーザ１０２のユーザ機器１０３を含み得、クライアントソフトウェアは、ブロックチェーンウォレットアプリケーション１０５などを含み得る。
実施形態では、データベースノード１２０２ＤＢ、他の中間層ノード（例えば、証明サービスノード７０２Ａまたはスマートコントラクトノード）、コアノード１２０１および／または他のクライアントノード１２０３Ｃを有効にすること、またはクライアントノード１２０３Ｃのアイデンティティを検証することができるように、各クライアントノード１２０３Ｃのアイデンティティが認証局によって証明され得る。そのようなノード間の対話は、検証を条件とし得る。例えば、データベースノード１２０２ＤＢは、証明に基づいてそのアイデンティティを検証することを条件としてのみ、クライアントノード１２０３Ｃから更新要求を受信し得る。代替的または追加的に、オーバーレイネットワークにおけるノード識別のための代替的な機構として、ノードバージョニングが使用され得る。
実施形態では、階層化ネットワーク１２００は、図３～図６および／または図７に関連して説明したプロトコルルールまたは構造的特徴のいずれかにしたがって構成され得る。ノード１２０１、１２０２、１２０３は、階層化ネットワーク１２００が、インターネットなどの基礎となるインフラストラクチャネットワーク上にオーバーレイされたオーバーレイネットワークである場合、オーバーレイネットワークレベルで互いの間に接続を形成するように構成される。すなわち、階層化ネットワークのノード１２０１、１２０２、１２０３は、それらが階層化ネットワークの他のノード１２０１、１２０２、１２０３とどのような接続は形成することができてどのような接続は形成することができないかを指定するオーバーレイネットワークプロトコルに従うように構成される。
例えば、実施形態では、各中間層ノード１２０２は、コアネットワーク内の少なくとも１つのコアノード１２０１（ブロックチェーンネットワークノード１０４）に接続される。コアネットワークは、ブロックチェーンネットワーク１０６の少なくとも一部を含む。実施形態では、コアネットワークは、それ自体、完全なネットワーク（すなわち、完全グラフ）であり得る。各外層ノード１２０３は、少なくとも１つの中間層内の中間層ノードのうちの少なくとも１つに接続され得る。実施形態では、各外層ノード１２０３はまた、少なくとも１つのコアノード１２０１（すなわち、ブロックチェーンネットワーク）への少なくとも１つの接続を有する。いくつかのそのような実施形態では、外層ノード１２０３のうちの１つまたは複数はそれぞれ、コアノード１２０１のうちのすべてではないが２つ以上への接続を有する。実施形態では、階層化ネットワーク１２００は、全体として、非完全なネットワークであってもよく、すなわち、すべてのノード１２０１、１２０２、１２０３が、オーバーレイネットワークレベルにおいて、他のすべてへの接続を有するわけではない。実施形態では、所与の層内の各ノードは、同層内の少なくとも１つの他のノードに接続され得る。例えば、中間層内の各ノード１２０２は、同じ中間層内の１つまたは複数の他のノードに接続され得、および／または、外層内の各ノード１２０３は、同じ外層内の１つまたは複数の他のノードに接続され得る。実施形態では、接続はまた、異なる中間層における異なる中間層ノード１２０２間、および／または異なる外層における異なる外層ノード１２０３間に形成され得る。
階層化ネットワーク１２００の２つのノード１２０１／１２０２／１２０３間の接続は、これらのノードが直接通信可能であることを意味し、これは、この文脈において、階層化ネットワーク１２００の別のノード１２０１／１２０２／１２０３を介してホップを実行する必要がないことを意味する。オーバーレイネットワークの文脈では、「接続」は、オーバーレイネットワークのレベル（すなわち、階層化ネットワークのオーバーレイネットワークプロトコルのレベル）における接続（すなわち、エッジ）を意味する。
説明を簡単にするために、２つのクライアントノード１２０３Ｃおよび２つのデータベースノード１２０２ＤＢのみが図１２に示されているが、もっと多くてもよいことが理解されよう。実施形態では、クライアントノード１２０３Ｃおよびデータベースノード１２０２ＤＢは、互いに同じコミュニティの一部であり得る。
クライアントノード１２０３Ｃは、少なくともそれらがデータベースサービスのクライアントであるという点でクライアントである。実施形態では、クライアントノード１２０３Ｃのうちの１つまたは複数の上で実行されるクライアントソフトウェアは、そのノード１２０３Ｃを、１つまたは複数の第２の層ノード１２０２によって提供される１つまたは複数の追加のサービス、例えば、順序付け証明サービスまたはスマートコントラクトサービスのクライアントとして動作させるようにさらに構成され得る。および／または、ブロックチェーン１５０にクエリを行うことができるように、そのノード１２０３Ｃを、ブロックチェーンネットワーク１０６の１つまたは複数のコアノード１２０１（例えば、１０４Ｍ、１０４Ｓ）のクライアントとして動作させるように構成され得る。また、クライアントノード１２０３Ｃがデータベースサービス（および任意選択で１つまたは複数の他のサービス）のクライアントとして説明されるという事実は、これらのノード自体が１つまたは複数のさらなるエンティティ（図示せず）に対する１つまたは複数のさらなるサービスのサーバでもあり得る可能性を除外するものではない。例えば、クライアントノード１２０３Ｃは、ウェブ上で顧客にオンラインサービスを提供する会社のコンピュータ機器を含み得る。
いくつかの実施形態では、図１２の階層化ネットワーク１２００は、図３または図４の階層化ネットワーク３００であり得、この場合、図１２の外層ノード１２０３は、図３または図４の第３の層ノード３０３であり、図１２の中間層ノード１２０２は、図３または図４の第２の層ノード３０２であり、図１２のコアノード１２０１は、図３または図４のコアノード４０１である。
いくつかの実施形態では、図１２の階層化ネットワーク１２００は、図７の階層化ネットワーク７００であり得、この場合、図１２の外層ノード１２０３は図７の外層ノード７０３であり、図１２の中間層ノード１２０２は図７の中間層ノード７０２であり、図１２のコアノード１２０１は図７のコアノード７０１である。そのような実施形態では、証明ノード７０２Ａの証明サービスは、データベースノード１２０２ＤＢと同じ中間層ノード７０２／１２０２のうちのいくつかまたはすべてに統合され得、および／または証明ノード７０２Ａは、同じおよび／または異なるコミュニティ内の同じおよび／または異なる中間層内に別個の中間層ノード７０２／１２０２を含み得る。
動作中、データベースノード１２０２ＤＢは、クライアントノード１２０３Ｃのうちの１つまたは複数から更新要求を受信する。複数の更新要求は、同じクライアントノード１２０３Ｃおよび／または異なるクライアントノード１２０３Ｃから受信されてもよい。実施形態では、各更新要求は、要求側クライアントノード１２０３Ｃと受信側データベースノード１２０２ＤＢとの間の関連のある外層と中間層（例えば、層２と層３）との間の階層化ネットワーク接続のうちの１つ上で直接受信され得る。代替的に、更新要求は、発信元クライアントノード１２０３Ｃからの要求の対象受信者であったデータベースノード１２０２ＤＢのうちの別のデータベースノードからフォワードされることなどによって、２つ以上のホップを介して間接的に受信され得る（以下を参照）。間接的な場合、メッセージは、（同じおよび／または異なる中間層内の）中間層ノード１２０２間の階層化ネットワーク１２０２内の接続を介して伝搬され得る。
各更新要求は、データベース内の特定のそれぞれのターゲットエントリを更新する要求である。そのような要求ごとに、受信側データベースノード１２０２ＤＢは、要求が受信側データベースノード１２０２ＤＢ自体に宛てられているか、またはデータベースノード１２０２ＤＢのうちの別のデータベースノードに宛てられているか、すなわち、受信側データベースノード１２０２ＤＢまたは別のデータベースノード１２０２ＤＢにローカルに記憶されたデータベースの一部において見つかる、要求が修正しようとするそれぞれのターゲットエントリであるかを決定する。データエントリが複数のデータベースノード１２０２ＤＢにわたって複製される場合、ターゲットエントリは、受信側データベースノード１２０２ＤＢおよび１つまたは複数の他のものの両方において見つかり得ることに留意されたい。要求が、受信側データベースノード以外の複数の他のデータベースノードに宛てられることも可能である。
各更新要求は、データコンテンツ、すなわち、行われるべき実際の更新を含む。これは、絶対項、すなわち、ターゲットエントリの既存のコンテンツの一部または全部を置き換えるための置換データで表され得る。代替的に、更新のコンテンツは、デルタ（差分）、すなわち、それぞれのターゲットエントリに適用する修正として、要求において表され得る。データコンテンツは、ユーザが記憶することを望む最終的なユーザデータのフルバージョンを含み得るか、または、フルバージョン自体ではなく、代わりに、ユーザデータの指紋または圧縮バージョンの形態を明示的にとり得る。いずれにしても、更新が受信側データベースノード１２０２ＤＢに宛てられる場合には、受信側データベースノードは、要求された更新を、受信側ノード１２０２ＤＢ上にローカルに記憶された関連のあるターゲットエントリのコピーにローカルに適用してもよいし、更新がデータベースノード１２０２ＤＢのうちの１つまたは複数の他のものに宛てられる場合には、受信側データベースノード１２０２ＤＢは、更新要求を関連のあるデータベースノード（複数可）１２０２ＤＢにフォワードして、そこに記憶されたターゲットエントリのコピーに適用する。この場合も同様に、エントリがデータベースノード１２０２ＤＢにわたって複製される場合、両方が行われ得ることに留意されたい。必要に応じて、更新は、中間層内および／または異なる中間層間の接続上で、データベースノード１２０２ＤＢ間で伝搬され得る。
クライアントノード１２０３Ｃは、複数の受信側データベースノード１２０２ＤＢの各々に更新要求を送信することができ、その場合、各受信側データベースノード１２０２ＤＢは、上で説明したように挙動し得ることにも留意されたい。
１つまたは複数のデータベースノード１２０２ＤＢに記録されることに加えて、本開示によれば、各更新要求の指示は、コア１２０１への接続のうちの１つを介してブロックチェーン１５０にも記録される。これは、データベースノード１２０２ＤＢ間の一貫性を向上させるようにネットワークのノード間でコンセンサスを構築するのに役立つ。
更新の指示は、トランザクション１５２において、コアノード１２０１のうちの１つに送信されて、ブロック１５１にマイニングされ、したがってブロックチェーン上に記録される。これは、要求側クライアントノード１２０３Ｃによって送信され得る。この場合、データベースノード１２０２ＤＢのうちの１つまたは複数は、ブロックチェーン１５０（またはマイナーのメムプール１５４）にクエリを行い、要求された更新がチェーン上に記録されたこと（またはメムプール１５４に受け入れられたこと）をチェックし得る。例えば、データベースノード１２０２ＤＢは、これを確認した場合にのみ更新を適用し得る。チェックは、データベースノード１２０２ＤＢとコアノード１２０１のうちの１つまたは複数との間の階層化ネットワーク１２００内の接続上で直接実行され得るか、または代替的に２つ以上のホップを介して代理で実行され得る。
代替的なシナリオでは、更新の指示を含むトランザクションは、更新要求の受信に応答して、データベースノード１２０２ＤＢのうちの１つによってコア１２０１に送信され得る。この場合、要求側クライアントノード１２０３Ｃ（または第三者ノード）は、予想される更新がブロックチェーン上に記録されたこと（またはマイナーのメムプール１５４に受け入れられたこと）をチェックし得る。このチェックは、クライアントノード１２０３Ｃとコアノード１２０１のうちの１つまたは複数との間の階層化ネットワーク１２００内の接続上で直接実行され得るか、または代替的に２つ以上のホップを介して代理で実行され得る。
さらなる代替形態では、更新の指示を含むトランザクションは、中間層のうちの１つにおける第三者サービス、例えば、証明サービス７０２Ａなどによって、コア１２０１に送信され得る。これは、直接で送信されてもよいし、または代理で送信されてもよい。要求側クライアントノード１２０３Ｃおよび／またはデータベースノード１２０２ＤＢのうちの１つまたは複数は、予期される更新がチェーン上に記録されたこと（またはメムプール１５４に受け入れられたこと）をチェックし得る。この場合も同様に、このチェックは、直接（単一ホップ）実行されてもよいし、または代理（２つ以上のホップ）で実行されてもよい。
チェーン上に記録されるべき更新の「指示」は、更新自体の実際のコンテンツを（絶対項またはデルタのいずれかで）明示的に含むことも含まないこともある。代替として、または加えて、それは、プレイメージのハッシュなどの更新の変換を含み得、プレイメージは更新を含む。これは、「ハッシュコミット」と呼ばれ得る。ハッシュコミットなどのみが記録される場合、これは、既知の更新がチェーン上に記録されたこと（またはマイナーのメムプール１５４に受け入れられたこと）をノードがチェックすることを可能にするが、更新の知識を有さない第三者は、それを見ることができないであろう。ハッシュはまた、コンテンツ自体よりも小さく記憶され得る。
１つの有利な構成では、データベースノード１２０２ＤＢが階層化ネットワーク１２００から一時的に切断された場合、ブロックチェーン１５０上に記憶された記録を使用して任意の関連のある更新をチェックし、オンラインに戻ったときにその／それらの更新を行うことができる。この場合も同様に、このチェックは、当該データベースノード１２０２ＤＢとコアノード１２０１のうちの１つまたは複数との間の階層化ネットワーク１２００内の接続上で直接実行されてもよいし、または２つ以上のホップを介して間接的に実行されてもよい。
例えば、これは、当技術分野で知られている用語である「ゾンビレコード」の潜在的な問題に対処するために使用され得る。いくつかの分散型データベースでは、ノードが切断されると、削除の形態の更新を見落とすことがある。切断されたノードが再接続するときまでに、他のすべてのノードが、削除されたエントリを完全に消去していた場合、そのノードは、削除されたデータを、それがデータベースに追加されるべき新しいエントリであるかのように再伝搬することができる。しかしながら、削除の記録をチェーン上に記憶しておくことによって、これを回避することができる。別の有利なシナリオでは、チェーン上の記録を使用して、「ヒンテッドハンドオフ（hinted handoff）」を提供することができる。ヒンテッドハンドオフは、専門用語である。ここでの「ハンドオフ」は、データベースノードが、ある期間切断された後に再接続するときに、データベースノードに更新を提供することを意味し、ヒントは、更新の対象である（すなわち、関連のある１つまたは複数のエントリを含むデータベースの部分を記憶する）１つまたは複数のデータベースノードのＩＤを含む。それはまた、他のフィールドを含んでもよい。データベースノード１２０２ＤＢが、別のデータベースノード１２０２ＤＢに伝搬される必要がある更新要求を受信するが、その別のデータベースノード１２０２ＤＢは、現在、階層化ネットワーク１２００から切断されているとする。従来、受信側データベースノード１２０２ＤＢは、その別のデータベースノード１２０２ＤＢがオンラインに戻るまで、ヒントを含む更新を記憶しなければならないであろう。しかしながら、代わりにオンチェーンでヒントを記録することによって、受信側データベースノード１２０２ＤＢはこれを行う必要がない。
代替的または追加的に、チェーン上に記憶され得る指示の別の例は、順序付け情報である。いくつかのシナリオでは、同じターゲットエントリを更新することを要求する複数の更新要求が、そのエントリを記憶する同じデータベースノード１２０２ＤＢにおいて受信され得る。これに対応するために、データベースノード１２０２ＤＢは、指定された順序でターゲットエントリに更新を適用するように構成され得る。いくつかの実施形態では、指定された順序は、受信側データベースノード１２０２ＤＢにおける受信時間、または送信側クライアントノード１２０３Ｃもしくはフォワーディングデータベースノード１２０２ＤＢによって追加されたタイムスタンプ（例えば、送信側クライアント１２０３Ｃから直接要求を最初に受信したデータベースノード１２０２ＤＢにおける受信時間）に基づき得る。代替的に、指定された順序は、クライアントからの更新要求のうちの１つまたは複数において、またはデータベースノード１２０２ＤＢもしくは証明サービスノード７０２Ａのうちの別のものなど、別の中間層ノード１２０２Ａから、またはコア１２０１からのメッセージにおいて、アサートされ得る。例えば、順序は、複数の更新の順序付きリスト、または各更新要求にマッピングされた順序のインデックスの形態でアサートされ得る。
実施形態では、指定された順序は、例えば、前述した証明サービス７０２Ａによってブロックチェーン１５０上に記録され得る。そのような実施形態では、要求を行うクライアントノード１２０３Ｃは、証明サービス７０２Ａから順序を取得し、これをデータベースノード１２０２ＤＢにサブミットし得る。この場合、順序証明サービス７０２は、ブロックチェーン１５０上に順序を記録するとともに、指定された順序を含むメッセージを要求側クライアントノード１２０３Ｃ（証明サービス７０２Ａのクライアント７０３Ｃでもある）に返す。クライアント１２０３Ｃは、データベースノード１２０２ＤＢに対して更新要求を行うとき、データベースノード１２０２ＤＢへの更新要求のうちの少なくとも１つにおいて証明サービス７０２Ａから取得した順序もサブミットする。データベースノード１２０２ＤＢは、これを、ブロックチェーン上（またはマイナーのメムプール１５４内）に記録された順序と照らしてチェックし、次いで、クライアント１２０３Ｃによってサブミットされた順序がチェーン１５０上に記録された順序と一致することを条件として、指定された順序で更新を適用する。このチェックは、データベースノード１２０２ＤＢとコア１２０１との間の接続を介して直接行われてもよいし、または代替的に２つ以上のホップを介して行われてもよい。
代替的に、更新を行うデータベースノード１２０２ＤＢは、ブロックチェーン１５０から直接順序を読み取り、ブロックチェーン１５０（またはマイナーのメムプール１５４）から読み出された順序を適用することができる。
別の変形形態では、証明サービス７０２Ａは、データベースノード１２０２ＤＢのうちの１つまたは複数に統合され得る。この場合、データベースノード１２０２ＤＢのうちの１つが、順序を決定し（そして、任意選択でタイムスタンプを追加し）、これをブロックチェーン１５０に記録することを担う。順序を担うデータベースノード１２０２ＤＢは、指定された順序を、中間層（複数可）内のノード間の接続を巡って他のデータベースノード１２０２ＤＢに伝搬し得る。他のデータベースノード１２０２ＤＢは、これをブロックチェーンに記録された順序に照らしてチェックし得るか、または代替的に、ブロックチェーン１５０から（またはマイナーのメムプール１５４内で）直接順序を読み取り得る。これは、データベースノード１２０２ＤＢとコア１２０２との間の接続を介して直接行われてもよいし、または代替的に、２つ以上のホップを介して行われてもよい。
順序付け情報は、特に、異なる更新要求が、階層化ネットワーク１２００の中間層（複数可）全体に伝搬される際に異なる遅延を経験するシナリオにおいて有用である（だたし、排他的ではない）。例えば、第１の更新要求が、別のクライアントノード１２０３Ｃからの第２の更新要求よりも早く、そのそれぞれのクライアントノード１２０３Ｃによって発行されるが、第２の更新要求が、ターゲットエントリを記憶するデータベースノード１２０２ＤＢに、第１の更新要求よりも遅く到着するシナリオを考慮する。例えば、これは、第１の更新要求が、第２の更新要求は通過しないファイアウォールを通過する必要があるため、および／または地理的にさらに離れたロケーションから送信されるために起こり得る。本明細書の実施形態による順序付け情報の使用は、そのような状況に対処して、更新が発行された順序で、または更新が最初にサブミットされた直接の（immediate）データベースノード１２０２ＤＢによって更新が最初に受信された順序で、更新が適用されることを確実にするために使用され得る。
しかしながら、これは必須ではないことに留意されたい。より一般的には、何らかの確定的な順序に関するコンセンサスが得られる限り、順序が発行または最初の受信の順序であることは必須ではない。何らかの確定的な順序が合意されている限り、分散型データベースの任意の所与のエントリは（少なくとも最終的に）確定的な状態を有し、この順序は、データベースノード（またはクライアントノード）のいずれによっても一貫した方法で独立して再導出および検証され得る。
開示された方式の背後にある原理のいくつかを示すために、ここから、特定の実装形態を例として説明する。例として、層２に実装されているデータベースノードおよび層３内のクライアント（ユーザ）ノードを参照するが、これは、それぞれ任意の中間層および外層に一般化することができる。
階層化ネットワークを使用する１つの理由は、層２内のノードが、好ましくは一貫したデータを記憶すべきであるが、すべてが互いに直接接続されているわけではない可能性があることである。データの一貫性は、データおよびコマンドが送受信される順序に関係しており、したがって、データがデータストアでどのように変換されるかに関係している。例えば、データ要素に対して非可換演算、例えば左からの行列の乗算を実行する要求が２つある場合、順序は重要である。別の例では、一方の要求がファイルを削除することであり、他方がファイルを読み取ることであり得る。この場合も同様に、これらの要求が受信される順序が重要である。紛争を止めるために、データ挿入に対する順序付けを定義することが望ましいであろう。これは、ブロックチェーンが中央コーディネータとなることで達成され得る。
トランザクションおよびデータ伝搬に対するインセンティブは、サービスレベル合意によって提供され得る。データベースノードは、データおよびトランザクションを層２中に伝搬するようにトランザクションをコミュニティ中に伝搬させて、データベースが一貫性を有するようにするであろう。これは、それらのサービスレベル合意を尊重するための要件であり得る。データのユーザは、それを層３中に伝搬させ、トランザクションおよびマークルプルーフを真正性および不変性に対する証明として含め得る。
層２ノードは、デジタル証明書が発行され得る。層３ノード内のユーザにも、デジタル証明書が与えられ得る。層を下る全体のＰＫＩ（公開鍵暗号基盤）が存在し得、これは、ＰＫＩ概念のためにＵＴＸＯを使用するブロックチェーン上にあり得る。
比較として、ブロックチェーンを採用せず、ブロックチェーンネットワークノードのコアも有さない、非階層化ネットワークにおいて実装される分散型データベースが参照される。そのような比較データベースの例は、既存のカサンドラデータベースである。
従来のデータベース理論では、ＣＡＰ定理（またはブリュワーの定理）は、データベースシステムの３つの主要な望ましい特性のうちの２つのみを達成することが可能であると述べている：
・ 一貫性－データベースから読み取られたデータは常に最新の書き込みに対応する；
・ 可用性－要求に応じてデータベースからデータを常に読み取ることができる；および
・ 分断耐性－システムはネットワーク分断の場合でも動作し続ける。
現在開示されている方式を使用して、このトリレンマに対処することができる。
カサンドラデータベース管理システムは、ＣＡＰ定理の３つの側面のうちの２つを満たすが、データの一貫性を犠牲にする、高可用性で分断耐性のあるデータベースアーキテクチャである。
カサンドラデータベースシステムの基本アーキテクチャは、インデックス付きデータをカサンドラノードクラスタの一部として記憶するノードの分散セットである。クラスタにおいて、すべてのノードは、同等であるとみなされ、他の分散システムにあるような「スレーブ」ノードと「マスタ」ノードとの間の区別はない。結果として、クラスタ内のカサンドラノードは、完全グラフを形成し、すべてのノードは、ネットワーク内の他のすべてのノードを識別し、それらと通信することができる。このアーキテクチャは図１３（ａ）に示されている。これは、カサンドラノード１３０１のすべてのペアの間にカサンドラネットワーク接続１３９９を有するカサンドラノードクラスタ１３００を示す。
データベースに記憶されるべきデータは、ノード間でパーティションされ、図１３（ｂ）に示されるように、高可用性およびノードのネットワークの分断に対する耐性を可能にするために、一般に複数のノードによって複製される。これは、データパーティション１（１３０１）、データパーティション２（１３５２）、およびデータパーティション３（１３５３）という３つの例示的なデータパーティションを示す。
データ項目が複製されるカサンドラノードの数は、クラスタの複製係数（replication factor）として知られている。複製係数３は、各データ項目がネットワーク上の３つのノードで複製されることを意味する。
カサンドラクラスタのノード間に記憶されたデータの一貫性は、事実上、読み取り要求に応答してノードによって返されたデータが、実際に、カサンドラクラスタに直近で書き込まれた要求データのバージョンである確率である。カサンドラクラスタの一貫性レベルは、読み取り動作および書き込み動作のために設定され得、特定のユースケースの要求を満たすように構成され得る。
本開示は、カサンドラデータベースにおいてより高い一貫性を達成するために使用されるプロセスを改善するための新しい方法を導入するが、これは通常、性能の一貫性を意図的に犠牲にする。
データセンタおよびクラスタ：カサンドラアーキテクチャは、ノードの多重度に関する２つの定義を使用する。
・ データセンタ－関連するノードの集合であり、これは、物理的または仮想的な集合であり得る。単一のデータセンタは、データベースの完全なコピーを維持するために使用され得、単一の地理的ロケーションに収容され得る。
・ クラスタ－クラスタは、カサンドラデータベースに関するデータセンタの集合である。クラスタは、複数の物理的ロケーションにまたがり得る。
データセンタおよびクラスタは、ブロックチェーンネットワークノードのコアを有する階層化ネットワークのネットワーク構造を使用して複製され得ることが後でわかるであろう。
書き込みおよび読み取りパス：カサンドラデータベースシステムでは、ノード間通信と呼ばれる、ノードが通信し得る方法は、一般に、２つある。これらは以下の通りである：
・ 直接通信－一般に、カサンドラクラスタ内の各ノードは、他の各ノードと通信することが可能である。これは、カサンドラクラスタを完全グラフとみなすための根拠である。この方法で任意のペアのノード間で直接送信されるメッセージは、書き込み要求および読み取り要求に関する。
・ ゴシッププロトコル－状態メッセージを交換するためにカサンドラノードによって使用されるピアツーピア通信プロトコルである。メッセージは、ノードと、クラスタ内の最大３つの他のノードとの間で１秒に１回ゴシップされる。これは、ノード状態を通信するために使用され、その結果、危険にさらされている、または到達不可能なノードの故障検出（failure detection）を可能にする。
クライアントがカサンドラクラスタを使用してデータを読み取るまたは書き込むとき、クライアントは、クラスタ内のノードが無差別に扱われるので、どのノードとの通信を選択してもよい。クライアントによって選択されたノードは、クライアントによって行われている特定の読み取り要求または書き込み要求を実行するためのコーディネータノードになる。
これは、コーディネータが、クライアントの要求を使用して、クラスタ内のどのノードが書き込まれる／読み取られる必要があるかを識別し、それに応じて、それらのノードからデータをフェッチするか、またはそれらのノードにデータを書き込むことを伴う。
図１４は、カサンドラクラスタグラフの異なる通信経路を示す。ノードは、ゴシップ（破線１４０２）を介して状態メッセージを通信し、直接通信（太い実線１４０１）を介して書き込み／読み取り要求を通信する。図１４は、クライアント１４０３が、読み取り要求または書き込み要求１４０４をコーディネータノード１３０１ｃ（黒一色）に送信し、コーディネータ１３０１ｃから複数のレプリカノード１３０１ｒ（クロスハッチング）にゴシップメッセージを送信することを示す。
データのロギングおよび書き込み：大まかに、カサンドラノード１３０１のハードウェアコンポーネントは、以下を含む：
・ ディスク：
－ コミットログ（Commit Log）－カサンドラノードに対して行われたすべてのミューテーションのアペンド専用ログ。
－ SSTable－カサンドラノード内のディスク上のデータを永続化させるために使用される不変データファイル。
・ メモリ：
－ Memtable－カサンドラノードが書き込み要求からのデータをバッファするメモリ内構造。
カサンドラノードのこれらの構成要素は、図１５に示されるように、ノードがコーディネータノードから書き込み要求を受信したときに実行される書き込みパスの間に対話する。カサンドラノード１３０１は、コミットログ１５０３およびSSTable１５０４を含むディスク１５０１と、Memtable１５０５を含むメモリ１５０２とを備える。
ノード１３０１によってサービスされる書き込み要求を詳述する図１５のプロセスは、以下の通りである：
（Ｓ１） 書き込み要求（ミューテーション）をコミットログ１５０３に記録する。
（Ｓ２） 書き込みデータブロブおよびインデックスをメモリ１５０２に記憶する。
（Ｓ３） データおよびインデックスをメモリからディスク１５０１にフラッシュする。
この対話の重要性は、カサンドラデータベースシステムがＡＰ（可用性、分断耐性）データベースであり、ＣＡＰ定理にしたがって一貫性を犠牲にするという事実に関する。
ＡＰシステムとして、カサンドラデータベースは、最終的な一貫性のモデルに依存する。これは、データベースが、ミューテーションが行われた後のある時点で最新のミューテーションを反映することを意味する。最終的な一貫性を達成する際の仮定は、クラスタ内のノードに対して行われる各ミューテーションに対する動作の順序が記録され、維持されることである。これは、SSTableに記憶されたデータへのミューテーションが正しい順序で行われることを保証するために、ディスク上のコミットログを使用して行われる。
本開示は、ブロックチェーンノードコアを有する階層化ネットワークの使用が最終的な一貫性に到達するための機構を改善することができるプロセスを改善するための方法を導入する。例については後でより詳細に説明する。
データの削除：カサンドラデータベースノードからのデータの削除は、以下の技術を併せて使用する：
・ アップサート（upsert）－カサンドラデータベースは、削除を一種の挿入（「アップサーション（upsertion）」）として扱い、データの新しいバージョンがより最近のタイムスタンプを伴って挿入される。
・ トゥームストーン（tombstone）－削除の場合、書き込まれる新しい記録はトゥームストーンと呼ばれ、これは単にそのデータの削除マーカである。トゥームストーンマーカには、満了時間が組み込まれており、それを過ぎると、コンパクションによってデータが削除される。
・ コンパクション（compaction）－コンパクションのプロセスは、トゥームストーンでマークされたデータを削除するための機構である。これは、当該データの行のすべての既存のバージョンを取り、直近でタイムスタンプ付与されたバージョンを除くすべてを削除することを伴う。
・ 生存時間（ＴＴＬ：Time-to-live）－アップサートとしてデータに追加することができるマーカであり、データ行がトゥームストーンでマークされ、それに応じて削除されることとなる時間を示す。
ゾンビレコードとして知られる、カサンドラの分散型レプリケーションモデルに固有の既知の問題が存在する。ノードが、データの行の削除（すなわち、トゥームストーンおよびコンパクション）の間に到達不可能である場合、そのノードがクラスタに再参加するとき、その記録を新しいものとして扱い、それを他のレプリカノードにフォワードしようと試みる。記録の削除中オンラインであった他のレプリカノードはすでに記録を削除しているので、それはゾンビレコードして知られている。
本明細書で説明される実施形態は、分散型データベースシステムにおけるゾンビレコードの可能性を軽減するための方法を提供する。例については後でより詳細に説明する。
書き込み修復：書き込みパス中の修復（ヒンテッドハンドオフ）。データ書き込みが実行されるべきレプリカノードのうちの１つ（または複数）が到達不可能である場合、その書き込み要求のためのコーディネータノードは、見落とした書き込みデータのローカルコピーをヒンテッドハンドオフとして記憶し得る。ヒンテッドハンドオフは、以下を含む：
・ 到達不可能なノードのノードＩＤ；
・ データのタイムスタンプとして機能するヒントＩＤ；
・ カサンドラバージョンを識別するメッセージＩＤ；および
・ 書き込まれるべきデータのデータブロブ。
到達不可能なノード（ノードＩＤによって識別される）がオンラインに戻ると、コーディネータは、そのノードにヒントを再生し、事後に書き込み要求をそのノードに効果的にフォワードすることを担う。これは、到達不可能なノードがネットワークに再参加するときに到達不可能なノードを更新するために、ディスク空間および処理の両方の負担がコーディネータに必然的にかかることを意味する。
本明細書で開示される実施形態は、ブロックチェーンノードコアを有する階層化ネットワークを使用して、コーディネータへの負担の軽減によりこの修復プロセスを改善する。例については後でより詳細に説明する。
分散型データベースを階層化ネットワークに統合する：本開示は、分散型データベースが、コアにブロックチェーンネットワーク１２０１／１０４ノードのクラスタを有する階層化ネットワーク１２００の一部になるように、カサンドラタイプのデータベースシステムなどに対する修正を提供する。この構造は、少なくとも以下の層を含む：
・ ブロックチェーンコア層（ｉ＝１）－階層化ネットワークの最内層であり、好ましくは、完全グラフを形成するブロックチェーンネットワークピア１０４を排他的に含む。
・ データベースノード層（ｉ＝２）－完全グラフを形成しない分散型データベースクラスタのノードを含む層（例えば、これはオーバーザトップ（ＯＴＴ）コンテンツプロバイダのデータベースクラスタであり得る）。
・ ユーザ／クライアント層（ｉ＝３）－分散型データベースによって支えられるシステムまたはアプリケーションのユーザ（例えば、ＯＴＴサービスのユーザ）を含む層。
便宜上、このタイプのネットワークは、本明細書では「ブロックチェーン階層化ネットワーク」（ＢＬＮ）と呼ばれ得る。
図１６は、シェル内接続を除去し（シェル内グラフの完全性を破壊し）、データベースノードからブロックチェーンコア祖先ノードへの接続を導入することによって、他の従来のクラスタがどのように統合されてＢＬＮを形成し得るかを示す。
図には、異なるサイズの２つの別個のクラスタに対するこの変換が示されており、簡略化のために外部ユーザ層は示されていない。
図１６は、完全な（例えばカサンドラ）ノードクラスタ（左側）をＢＬＮ（右側）に統合した２つの例を示す。ＬＨＳでは、ノードは完全グラフを形成する。ＲＨＳでは、ノードは、データベースノードからそれらのＢＬＮコア祖先のセットへの接続によって、ブロックチェーンネットワーク中心コア（ｉ＝１）によって調整されるより疎なグラフ層（ｉ＞１）を形成する。
ネットワークの３つの層すべてを含む完全なＢＬＮの例が図１７に示されている。ＢＬＮ実装分散型データベース（ＢＬＮｉＤＤ）という語句は、本明細書では、一般に、分散型データベースノードのクラスタがコアの周りの中間層のうちの１つを構成するＢＬＮを指すために使用され得る。
特定の実施形態では、ＢＬＮのｉ＝２層におけるカサンドラノードの挙動について、以下の規定がなされ得る：
・ データベースノードは、状態メッセージに対して同じゴシッププロトコルまたは同様のものを使用することができる。
・ データベースノードはまた、同じゴシッププロトコルまたは同様のものを使用して、それらの間でトランザクションメッセージを伝搬し得る。
・ データベースノードは、ｉ＝２において直接接続されているノードのペアに対して書き込み要求および読み取り要求の直接通信を使用し得る。
ＢＬＮｉＤＤにおけるコミュニティ：カサンドラアーキテクチャにおけるデータセンタおよびクラスタの既存の定義がＢＬＮｉＤＤに適用され得る。データセンタは、単に、ＢＬＮｉＤＤの単一のコミュニティに属するデータベースノードのセットであり、クラスタ自体は、ＢＬＮｉＤＤ内のすべてのコミュニティからのデータベースノードの層（ｉ＝２）全体である。
公開鍵暗号基盤：信頼性を向上させるために、データベースノードクラスタ内のノード（ｉ＝２）とユーザ（また、ＢＬＮグラフ内のノード、ｉ＝３）との間の通信が信頼されるものであることを保証することが望ましいであろう。これは、ＢＬＮに対してネットワーク規模の公開鍵暗号基盤（ＰＫＩ）を実装することによって達成可能である。
データベースクラスタおよびそのユーザを含むＢＬＮに対するＰＫＩ実装は、以下を含み得る：
・ ユーザＰＫＩ（ｉ＝３）：
－ データベースの管理者（すなわち、ＤＢＡ）によって割り当てられ得る、データベースのｎ3個のユーザへのユーザ公開鍵
Figure 2023515369000003
 の割り当て。
－ データベースのための信頼できる認証局（ＣＡ）としてのデータベース管理者によるユーザ公開鍵の証明。
・ カサンドラノードＰＫＩ（ｉ＝２）：
－ データベースノードクラスタを形成するｎ2個のノードに対するデータベースノード公開鍵
Figure 2023515369000004
 の割り当てであり、これもＤＢＡによって発行され得る。
－ データベースのための信頼できるＣＡとしてのデータベース管理者によるデータベースノード公開鍵の証明。
・ ビットコインコアＰＫＩ（ｉ＝１）：
－ 分散型データ記憶および取出しシステムのためのＢＬＮは、ＭｉｎｅｒＩＤシステムなど、ブロックチェーンコアネットワークの既存の（擬似）ＰＫＩを活用し得る。
－ データベースクラスタノードおよびデータベースのユーザの両方が接続されるブロックチェーンコアネットワークノードは、企業／サービスプロバイダとして識別および登録され得るパブリックエンティティであり得る。
上記の拡張として、ユーザＰＫＩおよびデータベースノードＰＫＩの両方の態様を完全にオンチェーンで実装することも可能であり得る。ＭｉｎｅｒＩＤシステムを使用する、ブロックチェーンネットワークコアＰＫＩもまた、オンチェーンであり、これは、このＢＬＮアーキテクチャのためのＰＫＩ全体の実装がオンチェーンで実行可能に実装され得ることを意味するであろう。ＭｉｎｅｒＩＤシステムは、例えば、https://www.youtube.com/watch?v=ZSfT_WtBmyQ&feature=emb_titleに開示されている。
図１８は、ＰＫＩが少なくとも層ｉ＝２，３に実装されているＢＬＮ実装分散型データベースの例を示す。
例示的な方法：ブロックチェーンは、カサンドラデータベースなどと比較して、最終的な一貫性に到達するための、よりロバストで監査可能で検証可能な機構を容易にするために使用され得る。これは、上述したように、データベースクラスタをＢＬＮに統合することによって行われ得る。以下の方法のいずれについても、以下のものを使用することができる：
・ ＢＬＮの層のためのＰＫＩ、および／または
・ タイムスタンプ付与されたイベントを順序付けるための方法。
以下の方法では、ブロックチェーン、より具体的にはそのコアネットワーク上に構築されたＢＬＮを使用して、いくつかの別個であるが関連する問題を解決することによって分散型データベースシステムを改善するいくつかの方法が概説される。
方法１－最終的な一貫性を改善し、および／またはゾンビを軽減するためのＢＬＮの使用。カサンドラデータベースはＡＰシステムであり、これは、ＣＡＰ定理にしたがってデータの一貫性を犠牲にし、代わりに最終的な一貫性機構を使用することを意味する。これを行う際、動作の順序が重要であり、失敗（failure）すると、ゾンビレコードがデータベースを伝搬することとなる。
マルチノードクラスタでは、異なるデータベースノードが、同じデータの複製を記憶し得る。ノードがローカルに記憶しているデータに対する削除要求を受信した場合、ノードは、指定されたデータベースエントリをトゥームストーンし、同じ記録の複製を含む他のノードにトゥームストーンをフォワードしようとする。しかしながら、１つのレプリカノードがその時点で到達不可能である場合、直ぐにはトゥームストーンを受信しないので、削除動作の前のバージョンの記録を依然として含む。そのノードが回復する前にクラスタの残りから「トゥームストーンされた」記録がすでに削除されている場合、現在回復しているノード上の当該エントリは、オンラインに戻ったときに新しいデータとして扱われ得るので、それらは新しい追加としてクラスタの残りに伝播される可能性がある。これはゾンビレコードと呼ばれる。
そのような問題などに対処するために、単純なカサンドラシステムの代わりにＢＬＮｉＤＤを使用して、最終的な一貫性につながる動作の順序を決定するための中央コーディネータとして、ブロックチェーンコアネットワークを活用し得る。順序は不変になり、公に検証可能になる。層ｉ＝２内のデータベースノードは、直接通信ではなくゴシップ（または他のそのようなプロトコル）を使用して、データブロブのハッシュですべての状態ミューテーションを伝搬する。
言い換えれば、動作の順序が重要であり得、最終的な一貫性の正確な状態に到達することが望まれ得る。これに対処するために、層ｉ＝２におけるデータベースクラスタ（不完全グラフ）は、ｉ＝１におけるブロックチェーンコアネットワークを使用して、イベントを順序付けし、最終的な一貫性を保証する。最終的な一貫性の概念は、いくつかの（例えば６つの）ブロックの後に（すなわち、最終的に）ブロックチェーンが不変状態に崩壊することとうまく結びついている。
これは、一時的にネットワークから離脱したノードのための再オンボーディングプロセスにも適用可能である。他のノードは、ゴシップなどを使用して状態変化を通信し、状態変化が実際に起こった／要求されたことをそのノードに証明するためにマークルプルーフを提供することができる。ここで、データベースノードはＳＰＶのようなものであり得る。再オンボーディングに関して、これは、ＢＬＮのロバスト特性を実証する。
方法は以下のように動作し得る。
１．ユーザ／クライアントは、データベースノードに読み取り／書き込み要求を行う。ユーザ／クライアントは、読み取り／書き込み要求トランザクションを同時に作成およびブロードキャストし、ブロックチェーンコア層に直接送信する。ユーザ／クライアントはまた、このトランザクションのＴｘＩＤをコーディネータデータベースノードに送信する。
２．コーディネータは、通常通り、読み取り／書き込み要求が関係する関連のあるノードを識別することによって挙動する。要求タイプに応じて、コーディネータは以下を行う：
ａ．読み取り要求：状態ミューテーションがいずれのノードにも必要とされないので、コーディネータオペレータは、単に、ゴシップまたは直接通信（直接接続されている場合）を介して関連のあるノードに要求をフォワードする。
ｂ．書き込み要求：書き込みのために状態ミューテーションが必要とされるので、コーディネータは、要求およびデータの両方を（ゴシップ接続または直接接続を介して）関連のあるレプリカノードに伝搬しなければならない。
ｃ．いずれの場合も、コーディネータはまた、書き込み要求のＴｘＩＤを、動作の順序付けのプルーフとして関連のあるノードに伝搬する。
３．ピアから要求およびデータを受信すると、レプリカノードは、コアから、それらが受信した要求が要求トランザクション内の要求詳細と一致することを確認し、コーディネータに確認応答を返す。実施形態では、レプリカノードは、このチェックを条件として、それ自身のローカル記録に更新を適用するだけでよい。
４．コーディネータは以下を返す：
ａ．ユーザ／クライアントへの成功または失敗メッセージ。
ｂ．任意選択：マイニングのためのブロックチェーンコア層への成功または失敗トランザクション。
例示的な読み取り／書き込みトランザクションの詳細を以下の図１９に示す。<request data>パケットは、一意の要求ＩＤ、その要求のためのコーディネータノードのＩＤ、および要求されているデータの行のための鍵を含み得る。
この方法の新しい読み取り／書き込みパスが図２０に示されている。標準的なカサンドラ読み取り／書き込みパスとの主な違いは、以下の通りである：
・ ユーザ／クライアントは、それらの読み取り／書き込み要求をデータベースクラスタおよびブロックチェーンコア層に並行してサブミットする；および
・ データベースクラスタ内のノードは、コーディネータと要求に対する関連のあるレプリカノードとの間の距離に応じて、ゴシップ（またはそのようなもの、すなわち間接的に）または直接通信のいずれかを使用して要求およびデータを伝搬し得る。
１つの利点は、正しい順序の動作を繰り返すことによってレプリカノードが同じ最終的な一貫性に到達することを確実にするコーディネータの負担が低減されることである。これはビットコインネットワークにオフロードされる。別の利点は、オフライン中にノードが見落とす動作（削除を含む）の順序が記憶され、ブロックチェーンから回復可能であるので、ゾンビレコードの可能性を軽減することである。
方法２－ヒンテッドハンドオフ中のコーディネータノードの負荷を低減する。従来、カサンドラなどの分散型データベースでは、レプリカノードが書き込みパス中に到達不可能である場合、コーディネータノードにヒンテッドハンドオフが書き込まれる。これにより、ヒントをローカルに記憶し、再参加ノードにフォワードすることによって、レプリカがネットワークに再参加するのを助ける追加の負担がコーディネータにかかる。ヒンテッドハンドオフはまた、タイムアウトし、データの最終的な一貫性を破ることがある。
ＢＬＮｉＤＤを使用してこれに対処するために、ヒンテッドハンドオフは、それらを不変の順序付けのためにブロックチェーンコア層に伝搬することによって、ブロックチェーンに書き込まれ得る。ノードがネットワークに再参加するとき、ノードは、（例えば、ノードＩＤおよび／またはＰＫＩを使用して）それに関連するヒントについてブロックチェーンコア層にクエリを行うことができる。任意選択で、少なくとも１つのレプリカノードが書き込み要求のためのデータを書き込んでおり、再参加ノードは、それを使用して、（同じくブロックチェーン上にブロブを記憶するのではなく）書き込みデータブロブを取得することができる。
方法は以下のように動作し得る。
１．ユーザ／クライアントは、複製係数、例えば、複製係数３で、ノード（コーディネータ）に書き込み要求を行う。
ａ．任意選択：ユーザ／クライアントはまた、要求の記録をビットコインコア層に送信する。
２．コーディネータは、データを書き込むべき３つのノードを識別し、書き込み要求をフォワードする。
３．ノードのうちの２つは、データを書き込み、要求に肯定的に応答するが、３つ目は到達不可能である。
４．コーディネータは、肯定応答をユーザ／クライアントに返し、ヒンテッドハンドオフトランザクションを書き込み（図２１参照）、マイニングのためにそれをブロックチェーンコア層にブロードキャストする。ヒンテッドハンドオフは、以下を含む：
ａ．到達不能ノードのノードＩＤ、ＩＤ3；
ｂ．データにタイムスタンプ付与するヒントＩＤ；
ｃ．メッセージＩＤ；
ｄ．データが成功裏に書き込まれた２つの複製のノードＩＤ、ＩＤ1，ＩＤ2；
ｅ．書き込まれるべきデータブロブのハッシュ。
ｆ．任意選択：データ自体
５．到達不可能なノードは、ネットワークに再参加し、到来するヒンテッドハンドオフについて、ブロックチェーンコアネットワークにおけるその接続にクエリを行う。ヒンテッドハンドオフを取得すると、ノードは以下を行うこととなる：
ａ．ノードＩＤ1および／またはＩＤ2からデータブロブを取得する；
ｉ．任意選択：ブロブがヒンテッドハンドオフに含まれる場合、単にブロブを取得する。
ｂ．データブロブがヒンテッドハンドオフにおけるハッシュにハッシングすることを検証する；
ｃ．他の動作が見落とされなかったと仮定して（これらは、それら自身のヒンテッドハンドオフによっても識別される）、データブロブをそのローカルディスクに書き込む。
図２１は、ヒンテッドハンドオフトランザクションの例を示す。
方法３－再オンボーディングデータベースノードのセキュリティを改善する。カサンドラノードがクラスタの残りの部分から危険にさらされ／パーティションされた場合、後に再オンボードされる必要がある。これは、そのノードが到達不能であった間にそのノードに対して要求されたすべてのローカルデータベースミューテーションを取得し、実装することを伴う。
典型的には、カサンドラクラスタは、クラスタ内のすべてのノードが互いに信頼して、これらの見逃されたミューテーション要求を伝搬および通信する信頼できる環境とみなされ得る。しかしながら、データベースノードのための再参加プロセスを改善して、正しい見逃されたミューテーション要求を他のノードに送信するために他のノードを信頼する必要がないことが望ましいであろう。
これは、危険にさらされたノードから誤ったミューテーションを伝播させることを望む精巧な攻撃者によって分散型データベース内の多くのノードが危険にさらされるのを防ぐ際に有利であり得る。
信頼への依存のこの有利な低減は、ＢＬＮｉＤＤを使用すること、および、再参加ノードが、ブロックチェーンコアネットワークから取得された署名済みトランザクション（確認されたトランザクションまたは未確認のトランザクションが使用されてもよい）から、見落としたミューテーション要求を取得することを要求する再参加プロトコル（以下で説明される）を使用することによって、達成され得る。
トラストレスな再参加プロトコルは以下の通りであり得る：
１．ノードＩＤ1は、かなりの期間にわたってデータベースクラスタからパーティションされる。この時間中：
ａ．ＩＤ1によって複製されたデータに関して、いくつかの書き込み要求（アップサートを含む）が行われる。
ｂ．ノードＩＤ1は、悪意のある攻撃に起因してパーティションされたか否かを確信することができず、これは、他のノードが同様に危険にさらされている可能性があり、攻撃者の制御下にある可能性があると仮定して、ノードがネットワークに再参加しなければならないことを意味する。
２．再参加するとき、再参加ノードは、ブロックチェーンコアネットワークから取得された署名済みトランザクションから、見落としたミューテーション要求を取得する。
これは、方法１と同様であるが、ブロックチェーンコアネットワークを使用して、イベントを時間順序付けすることで、最近危険にさらされたノードは、他のデータベースノードが正しい更新を与えてくれることを当てにせずに、データベースクラスタに再オンボードされるために直接クエリを行うことができるようにする。
いくつかの実施形態では、マークルプルーフが再オンボーディングのために使用され得る。
上記の利点は、正しい順序の動作を繰り返すことによってレプリカノードが同じ最終的な一貫性に到達することを確実にするコーディネータの負担が低減されることである。これはブロックチェーンネットワークにオフロードされる。
方法４－すべてのノードのコミットログを複製するかまたはトランザクションセットで置き換える。カサンドラクラスタ内のすべてのノードの要件は、それらが実行するように要求されるすべてのデータベースミューテーションのコミットログのローカルコピーを保持しなければならないことである。これにより、カサンドラノードにハードウェア負荷がかかり、その性能が制限される可能性がある。
本明細書に開示される実施形態では、ブロックチェーンは、コミットログを記憶する負担をデータベースノードからオフロードするために不変のタイムスタンプ付与台帳として使用されることができる。コミットログは、必要に応じてブロックチェーンから取り出すことができるので、データベースノード自体に一時的に記憶するだけでよい。
これにより、ブロックチェーン上に代わりに記録することによって、データベースクラスタ内のすべてのノードが、それ自体のローカルなコミットログを維持する負担を軽減することができる。
実施形態では、前述のデータタイムスタンプ付与方法は、リンクされたトランザクションのセットとしてブロックチェーン上にコミットログ全体を記憶するために使用され得、そのデータおよび動作順序の両方が、ブロックチェーンネットワークコア層ノードのアクションによってブロックチェーン上に不変に記録される。
カサンドラコミットログは、先に詳述したように、単一のカサンドラノードに対して行われたすべてのミューテーションのアペンド専用ログである。ブロックチェーンログは、ブロックチェーンにコミットされたトランザクションのアペンド専用イベントログであり得るという点で類似し得る。
結論
上記の実施形態は、単なる例として説明されていることが理解されよう。より一般的には、以下のステートメントのうちのいずれか１つまたは複数による方法、装置、またはプログラムが提供され得る。
ステートメント１：階層化ネットワークにおいて実装される分散型データベースを動作させる方法であって、階層化ネットワークは、１つまたは複数のコアノードを含むコア層と、各々が１つまたは複数の中間層ノードを含む１つまたは複数の中間層と、各々が１つまたは複数の外層ノードを含む１つまたは複数の外層とを含み、コアノードの各々は、ブロックチェーンネットワークのノードであり、中間層ノードのうちの少なくともいくつかは、分散型データベースのデータベースノードであり、外層ノードのうちの少なくともいくつかは、分散型データベースのクライアントノードであり、各データベースノードは、分散型データベースの少なくとも一部を記憶し、方法は、データベースノードの第１のデータベースノードにおいて、各々が分散型データベース内のそれぞれのターゲットエントリを更新する要求である１つまたは複数の更新要求を、クライアントノードのうちの１つまたは複数から受信することと、受信された更新要求の各々について、上記第１のデータベースノードに記憶されたデータベースの一部においてそれぞれのターゲットエントリが見つかるかどうかを決定し、見つかった場合には、第１のデータベースノードに記憶されたデータベースの一部におけるそれぞれのターゲットエントリへの更新要求の更新を行い、見つからなかった場合には、それぞれのターゲットエントリを含むデータベースの一部を記憶するデータベースノードのうちの別のデータベースノードに要求をフォワードすることとを含み、１つまたは複数の更新要求の指示を含む少なくとも１つのトランザクションも、ブロックチェーンネットワークのブロックチェーン上に記録される、方法。
この文脈における「第１」は、データベースノードのうちの所与の１つに対する任意のラベルにすぎず、それ自体は、別のデータベースノードに対する何らかの特定のステータスを必ずしも意味しないことが理解されよう。
更新要求は、同じクライアントノードから受信されてもよいし、異なるクライアントノードから受信されてもよいし、一部が同じクライアントノードから、一部が異なるクライアントノードから受信されてもよい。
ステートメント２：各クライアントノードは、階層化ネットワーク内でデータベースノードのうちの少なくとも１つへの接続を有し、第１のデータベースノードは、クライアントノードとデータベースノードとの間の接続のうちの１つを介してクライアントノードから直接、更新要求のうちの少なくとも１つを受信する、ステートメント１に記載の方法。
ステートメント３：データベースノードの各々は、階層化ネットワーク内でデータベースノードのうちの少なくとも１つの他のデータベースノードへの接続を有し、更新要求のうちの少なくとも１つが、第１のデータベースノード以外のデータベースノードのうちの少なくとも１つの他のデータベースノードを介して、データベースノード間の接続のうちの少なくとも１つ上で間接的に受信されること、および／または更新要求のうちの少なくとも１つの更新要求のそれぞれのターゲットエントリが、他のデータベースノードのうちの１つに記憶されたデータベースの一部において見つかり、上記フォワードすることが、データベースノード間の上記接続のうちの少なくとも１つを介して他のデータベースノードにフォワードすることを含むことのうちの一方または両方である、ステートメント１または２に記載の方法。
ステートメント４：上記少なくとも１つのトランザクションは、クライアントノードのうちの少なくとも１つによって定式化され、ブロックチェーン上にマイニングされるために少なくとも１つのクライアントノードによってコア層に送信される、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
ステートメント５：各クライアントノードは、階層化ネットワーク内でコアノードのうちの少なくとも１つへの接続を有し、更新要求がブロックチェーンに記録されているかどうかをクライアントノードがチェックすることを可能にする、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
ステートメント６：各クライアントは、階層化ネットワーク内でコアノードのうちの２つ以上への接続を有する、ステートメント５に記載の方法。
ステートメント７：各クライアントは、階層化ネットワーク内でコアノードのすべてではないが２つ以上への接続を有する、ステートメント６に記載の方法。
ステートメント８：上記少なくとも１つのトランザクションは、クライアントノードのうちの少なくとも１つによって、クライアントノードとコアノードとの間の上記接続のうちの少なくとも１つを介してコア層に直接送信される、ステートメント５から７のいずれかに記載の方法。
代替的に、２つ以上のホップを介して間接的に送信され得る。
ステートメント９：上記少なくとも１つのトランザクションは、第１のデータベースノード以外のデータベースノードまたは中間層ノードのうちの少なくとも１つの他のノードによって定式化され、ブロックチェーン上にマイニングされるために少なくとも１つの他のノードによってコア層に送信される、ステートメント１から３のいずれかに記載の方法。
例えば、少なくとも１つのトランザクションは、コーディネータとして機能する他のデータベースノードのうちの１つによって、または証明サービスを提供する別のタイプの中間層ノードによって定式化され、送信され得る。
ステートメント１０：上記少なくとも１つのトランザクションは、クライアントノードのうちの少なくとも１つ、または第１のデータベースノード以外のデータベースノードもしくは他の中間層ノードのうちの少なくとも１つの他のデータベースノードによって定式化され、コア層に送信され、方法は、第１のデータベースノードによって、ブロックチェーンを検査して、１つまたは複数の更新要求の指示がブロックチェーンに記録されていることをチェックすること、および／または、１つまたは複数のマイナーのメムプールを検査して、少なくとも１つのトランザクションが受け入れられていることをチェックすることをさらに含む、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
ステートメント１１：上記更新を行うことは、上記チェックを条件とする、ステートメント１０に記載の方法。
ステートメント１２：第１のデータベースノードは、第１のノードとコアノードのうちの少なくとも１つとの間の階層化ネットワーク内の接続を介して直接、上記検査を実行するように構成される、ステートメント１０または１１に記載の方法。
ステートメント１３：上記少なくとも１つのトランザクションは、第１のデータベースノードによって定式化され、ブロックチェーン上にマイニングされるために第１のデータベースノードによってコア層に送信される、ステートメント１から３のいずれかに記載の方法。
ステートメント１４：データベースノードの各々は、階層化ネットワーク内でコアノードのうちの少なくとも１つへの接続を有する、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
ステートメント１５：データベースノードの各々は、階層化ネットワーク内でコアノードのすべてではないが少なくとも１つへの接続を有する、ステートメント１４に記載の方法。
ステートメント１６：少なくとも１つのトランザクションは、データベースとコアノードとの間の接続のうちの少なくとも１つを介して直接、データベースノードのうちの少なくとも１つによってコア層に送信される、ステートメント１４または１５に記載の方法。
ステートメント１７：少なくとも１つのトランザクションに含まれる１つまたは複数の更新要求の指示は、それぞれのデータエントリまたは複数のエントリのコンテンツに対して行われる更新である、１つまたは複数の更新のデータコンテンツを含む、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
データ更新のコンテンツは、それぞれのターゲットエントリ内の前の１つまたは複数の値を置き換える１つまたは複数の値、および／またはそれぞれのターゲットエントリの１つまたは複数の既存の値に適用するデルタの形態をとり得る。
ステートメント１８：少なくとも１つのトランザクションに含まれる１つまたは複数の更新要求の指示は、１つまたは複数のハッシュを含み、各ハッシュは、更新のうちの少なくとも１つの更新のデータコンテンツを含むプレイメージのハッシュである、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
ステートメント１９：少なくとも１つのトランザクションに含まれる１つまたは複数の更新要求の指示は、それぞれのターゲットエントリが見つかるデータベースの一部を記憶する１つまたは複数のデータベースノードのＩＤを含む、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
ステートメント２０：上記１つまたは複数の更新要求は、複数の更新要求であり、更新要求のうちの少なくともいくつかの更新要求のそれぞれのターゲットエントリは、第１のデータベースノードに記憶されたデータベースの一部において見つかるデータベース内の同じエントリであり、上記更新を行うことは、指定された順序にしたがって更新を行うことを含む、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
ステートメント２１：少なくとも１つのトランザクションに含まれる１つまたは複数の更新要求の指示は、複数の更新要求の指定された順序を含む、ステートメント２０に記載の方法。
順序は、いくつかの異なる可能な形態、例えば、ｉ）更新要求の順序付きリスト、ｉｉ）各更新要求にマッピングされたインデックス、ｉｉｉ）ハッシュチェーン、各キーがチェーン内の先行する更新要求に基づくキーのチェーン、ｉｖ）ｒパズルのチェーン、および／またはｖ）各更新要求に関連付けられたタイムスタンプのうちのいずれか１つまたは複数で示され得る。
ステートメント２２：少なくとも１つのトランザクションは、クライアントノードのうちの少なくとも１つ、または第１のデータベースノード以外のデータベースノードもしくは他の中間層ノードのうちの少なくとも１つの他のデータベースノードから生じ、方法は、第１のデータベースノードが、ブロックチェーンまたはブロックチェーンネットワークのマイナーのメムプールから指定された順序を読み取ることを含み、上記更新を行うことは、ブロックチェーンまたはメムプールから決定された上記順序にしたがって更新を行うことを含む、ステートメント２１に記載の方法。
例えば、指定された順序は、第１のデータベースノード以外の中間ノードのうちの１つまたは複数の他のノードにおいて実装される順序付けサービスによって決定され、チェーン上に記録され得る。
ステートメント２３：順序は、クライアントノードのうちの少なくとも１つが、順序付けサービスにサブミットし、順序付けサービスから順序の指定を受信し、指定された順序を更新要求のうちの少なくとも１つに含めることによって決定される、ステートメント２０または２１に記載の方法。
順序付けサービスは、第１のデータベースノード以外の中間ノードのうちの１つまたは複数の他のノードにおいて実装され得る。
ステートメント２４：指定された順序は、第１のデータベースノードにおいて実装される順序付けサービスによって決定される、ステートメント２０または２１に記載の方法。
ステートメント２５：データベースの１つまたは複数のエントリは、複数のデータベースノードに記憶されたデータベースの一部にわたって複製される、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
ステートメント２６：更新要求のうちの少なくとも１つの更新要求のターゲットエントリは、方法が、第１のデータベースノードにおいて更新を行うことと、要求をデータベースノードのうちの別のデータベースノードにフォワードすることとの両方を含むように、第１のデータベースノード上に記憶されたデータベースの一部と別のデータベースノードとの両方において見つかる、ステートメント２５に記載の方法。
ステートメント２７：更新要求のうちの少なくとも１つの更新要求のターゲットエントリは、第１のデータベースノード以外のデータベースノードのうちの別のデータベースノード上に記憶されたデータベースの一部において見つかり、上記フォワードすることは、別のデータベースノードが階層化ネットワーク上で現在到達可能であるかどうかを決定し、上記決定にしたがって到達可能であると決定されたことを条件として、更新要求を別のデータベースノードにフォワードすることを含む、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
ステートメント２８：別のデータベースノードは、階層化ネットワークから一時的に切断され、少なくとも１つのトランザクションにおける上記指示は、別のデータベースノードが階層化ネットワークに再接続するとき、上記別のデータベースノードが少なくとも１つの更新要求の更新を行うことを可能にする、ステートメント２７に記載の方法。
ステートメント２９：第１のデータベースノードが階層化ネットワークから一時的に切断された状態になる期間の間、方法は、第１のデータベースノードが階層化ネットワークに再接続された状態になるとき、第１のノードが、ブロックチェーン、またはブロックチェーンネットワークのマイナーのメムプールを検査して、第１のデータベースノードによって記憶されたデータベースの一部内のそれぞれのターゲットエントリに関して、上記第１のデータベースノードが切断されていた間に１つまたは複数の他のデータベースノードによって受信された任意の更新要求を記録する１つまたは複数のさらなるトランザクションをチェックし、任意のそのような更新を行うことをさらに含む、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
指示は、少なくとも、更新が行われるべきエントリを含むデータベースの一部を記憶することを担う１つまたは複数のデータベースノードのＩＤを含み得る。更新のデータコンテンツは、トランザクションに記憶された指示に記憶され、そこから取り出され得るか、または代わりに、エントリの複製を記憶するデータベースノードのうちの別のデータベースノードから取り出され得る。例えば、複製を記憶するノードは、少なくとも１つのトランザクションにおいてＩＤから決定され得る。
ステートメント３０：第１のノードは、第１のノードとコアノードのうちの少なくとも１つとの間の階層化ネットワーク内の接続を介して直接、上記検査を実行するように構成される、ステートメント１０から１２または請求項２９のいずれかに記載の方法。
代替的に、これは、２つ以上のホップを介して行われ得る。
ステートメント３１：コア層は完全である、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
すなわち、コア層内のすべてのコアノードは、階層化ネットワーク内で、コア層内の他のすべてのコアノードへの接続を有する。
ステートメント３２：階層化ネットワークは全体として非完全である、先行ステートメントのいずれかに記載の方法。
すなわち、すべての層内のすべてのノードが、階層化ネットワーク内で、他のすべてのコア層内の他のすべてのノードへの接続を有するわけではない。いくつかのそのような実施形態では、所与の層内のすべてのノードは、必ずしも、同層内のすべての他のノードへの接続を有するとは限らない。
ステートメント３３：クライアントノードおよび／またはデータベースノードの各々は、認証局によって証明される、先行請求項のいずれかに記載の方法。
ステートメント３４：コンピュータ機器であって、１つまたは複数のメモリユニットを含むメモリと、１つまたは複数の処理ユニットを含む処理装置と、１つまたは複数のネットワークインターフェースユニットを含むネットワークインターフェースとを備え、メモリは、処理装置上で実行されるように構成されたコードを記憶し、コードは、処理装置上で実行されるときに、ネットワークインターフェースを介して更新要求を受信することを含む先行請求項のいずれかに記載の方法を実行することによって、コンピュータ機器を上記第１のデータベースノードとして動作させるように構成される、コンピュータ機器。
ステートメント３５：コンピュータ可読ストレージ上に具現化され、１つまたは複数のプロセッサ上で実行されるとき、ステートメント１から３３のいずれかに記載の方法を実行するように構成されたコンピュータプログラム。
ステートメント３６：分散型データベースを使用する方法であって、階層化ネットワークにおいて実装される分散型データベースを動作させる方法であり、階層化ネットワークは、１つまたは複数のコアノードを含むコア層と、各々が１つまたは複数の中間層ノードを含む１つまたは複数の中間層と、各々が１つまたは複数の外層ノードを含む１つまたは複数の外層とを含み、コアノードの各々は、ブロックチェーンネットワークのノードであり、中間層ノードのうちの少なくともいくつかは、分散型データベースのデータベースノードであり、外層ノードのうちの少なくともいくつかは、分散型データベースのクライアントノードであり、各データベースノードは、分散型データベースの少なくとも一部を記憶し、方法は、クライアントノードのうちの第１のクライアントノードにおいて、各々が分散型データベース内のそれぞれのターゲットエントリを更新する要求である１つまたは複数の更新要求をデータベースノードのうちの１つまたは複数に送信することと、第１のクライアントノードとコア層内のコアノードのうちの少なくとも１つとの間の階層化ネットワーク内の接続を使用して、直接：Ｉ）ブロックチェーンネットワークのブロックチェーン上に記録されるべき少なくとも１つのトランザクションを送信すること、ここで、少なくとも１つのトランザクションは、１つまたは複数の更新要求の指示を含む、および／またはＩＩ）１つまたは複数の更新要求の指示を含む少なくとも１つのトランザクションが、ブロックチェーン上に記録されているか、または少なくともブロックチェーンネットワークのマイナーのメムプールに受け入れられていることをチェックすることを行うこととを含む方法。
ステートメント３７：第１のクライアントノードは、メッセージが以下の形態をとる通信プロトコルを使用して、上記少なくとも１つのトランザクションを送信すること、および／または上記チェックを実行することを含む、少なくとも１つのコアノードと通信することを行うように構成され、通信プロトコルにおいて、メッセージは、ａ）クライアントノードからコアノードに送信されるトランザクション、ｂ）トランザクションがマイナーのメムプールに受け入れられたかどうかに関するクライアントノードからコアノードへのクエリと、コアノードからの対応する応答、ｃ）トランザクションがブロックにマイニングされていることのマークルプルーフに対するクライアントノードからコアノードへの要求と、マークルプルーフを含むコアノードからの応答、および／またはｄ）ブロックヘッダのリストに対するクライアントノードからコアノードへの要求と、ブロックヘッダのリストを含むコアノードからの応答の形態をとる、ステートメント３６に記載の方法。
実施形態では、第１のクライアントノードは、少なくとも１つのコアノードとの接続上で通信する際、ａ）～ｄ）だけを使用しするように構成され得る。
実施形態では、上記プロトコルはＳＰＶプロトコルであり得る。
ステートメント３８：コンピュータ機器であって、１つまたは複数のメモリユニットを含むメモリと、１つまたは複数の処理ユニットを含む処理装置と、１つまたは複数のネットワークインターフェースユニットを含むネットワークインターフェースとを備え、メモリは、処理装置上で実行されるように構成されたコードを記憶し、コードは、処理装置上で実行されるとき、ネットワークインターフェースを介してＩおよび／またはＩＩを行うことを含む、ステートメント３６または３７に記載の方法を実行することによって、コンピュータ機器を上記第１のクライアントノードとして動作させるように構成される、コンピュータ機器。
ステートメント３９：コンピュータ可読ストレージ上に具現化され、１つまたは複数のプロセッサ上で実行されるとき、ステートメント３６または３７のいずれかに記載の方法を実行するように構成されたコンピュータプログラム。
開示された技法の他の変形形態またはユースケースは、本明細書の開示を与えられると、当業者には明らかになり得る。本開示の範囲は、説明された実施形態によって限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (39)

  1. 階層化ネットワークにおいて実装される分散型データベースを動作させる方法であって、前記階層化ネットワークは、１つまたは複数のコアノードを含むコア層と、各々が１つまたは複数の中間層ノードを含む１つまたは複数の中間層と、各々が１つまたは複数の外層ノードを含む１つまたは複数の外層とを含み、前記コアノードの各々は、ブロックチェーンネットワークのノードであり、前記中間層ノードのうちの少なくともいくつかは、前記分散型データベースのデータベースノードであり、前記外層ノードのうちの少なくともいくつかは、前記分散型データベースのクライアントノードであり、各データベースノードは、前記分散型データベースの少なくとも一部を記憶し、前記方法は、前記データベースノードの第１のデータベースノードにおいて、
    各々が前記分散型データベース内のそれぞれのターゲットエントリを更新する要求である１つまたは複数の更新要求を、前記クライアントノードのうちの１つまたは複数から受信することと、
    前記受信された更新要求の各々について、前記第１のデータベースノードに記憶された前記データベースの前記一部において前記それぞれのターゲットエントリが見つかるかどうかを決定し、見つかった場合には、前記第１のデータベースノードに記憶された前記データベースの前記一部における前記それぞれのターゲットエントリへの前記更新要求の前記更新を行い、見つからなかった場合には、前記それぞれのターゲットエントリを含む前記データベースの一部を記憶する前記データベースノードのうちの別のデータベースノードに前記要求をフォワードすることと
    を含み、
    前記１つまたは複数の更新要求の指示を含む少なくとも１つのトランザクションも、前記ブロックチェーンネットワークのブロックチェーン上に記録される、
    方法。
  2. 各クライアントノードは、前記階層化ネットワーク内で前記データベースノードのうちの少なくとも１つへの接続を有し、前記第１のデータベースノードは、クライアントノードとデータベースノードとの間の前記接続のうちの１つを介してクライアントノードから直接、前記更新要求のうちの少なくとも１つを受信する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記データベースノードの各々は、前記階層化ネットワーク内で前記データベースノードのうちの少なくとも１つの他のデータベースノードへの接続を有し、
    前記更新要求のうちの少なくとも１つが、前記第１のデータベースノード以外の前記データベースノードのうちの少なくとも１つの他のデータベースノードを介して、データベースノード間の前記接続のうちの少なくとも１つ上で間接的に受信されること、および／または
    前記更新要求のうちの少なくとも１つの更新要求の前記それぞれのターゲットエントリが、前記他のデータベースノードのうちの１つに記憶された前記データベースの前記一部において見つかり、前記フォワードすることが、データベースノード間の前記接続のうちの少なくとも１つを介して前記他のデータベースノードにフォワードすることを含むこと
    のうちの一方または両方である、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記少なくとも１つのトランザクションは、前記クライアントノードのうちの少なくとも１つによって定式化され、前記ブロックチェーン上にマイニングされるために前記少なくとも１つのクライアントノードによって前記コア層に送信される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 各クライアントノードは、前記階層化ネットワーク内で前記コアノードのうちの少なくとも１つへの接続を有し、更新要求が前記ブロックチェーンに記録されているかどうかを前記クライアントノードがチェックすることを可能にする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 各クライアントは、前記階層化ネットワーク内で前記コアノードのうちの２つ以上への接続を有する、請求項５に記載の方法。
  7. 各クライアントは、前記階層化ネットワーク内で前記コアノードのすべてではないが２つ以上への接続を有する、請求項６に記載の方法。
  8. 前記少なくとも１つのトランザクションは、前記クライアントノードのうちの少なくとも１つによって、クライアントノードとコアノードとの間の前記接続のうちの少なくとも１つを介して前記コア層に直接送信される、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記少なくとも１つのトランザクションは、前記第１のデータベースノード以外の前記データベースノードまたは中間層ノードのうちの少なくとも１つの他のノードによって定式化され、前記ブロックチェーン上にマイニングされるために前記少なくとも１つの他のノードによって前記コア層に送信される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記少なくとも１つのトランザクションは、前記クライアントノードのうちの少なくとも１つ、または前記第１のデータベースノード以外の前記データベースノードもしくは他の中間層ノードのうちの少なくとも１つの他のデータベースノードによって定式化され、前記コア層に送信され、前記方法は、前記第１のデータベースノードによって、
    前記ブロックチェーンを検査して、前記１つまたは複数の更新要求の前記指示が前記ブロックチェーンに記録されていることをチェックすること、および／または、１つまたは複数のマイナーのメムプールを検査して、前記少なくとも１つのトランザクションが受け入れられていることをチェックすること
    をさらに含む、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
  11. 前記更新を行うことは、前記チェックを条件とする、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第１のデータベースノードは、前記第１のノードと前記コアノードのうちの少なくとも１つとの間の前記階層化ネットワーク内の接続を介して直接、前記検査を実行するように構成される、請求項１０または１１に記載の方法。
  13. 前記少なくとも１つのトランザクションは、前記第１のデータベースノードによって定式化され、前記ブロックチェーン上にマイニングされるために前記第１のデータベースノードによって前記コア層に送信される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記データベースノードの各々は、前記階層化ネットワーク内で前記コアノードのうちの少なくとも１つへの接続を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記データベースノードの各々は、前記階層化ネットワーク内で前記コアノードのすべてではないが少なくとも１つへの接続を有する、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記少なくとも１つのトランザクションは、データベースとコアノードとの間の前記接続のうちの少なくとも１つを介して直接、前記データベースノードのうちの少なくとも１つによって前記コア層に送信される、請求項１４または１５に記載の方法。
  17. 前記少なくとも１つのトランザクションに含まれる前記１つまたは複数の更新要求の前記指示は、それぞれのデータエントリまたは複数のエントリのコンテンツに対して行われる前記更新である、前記１つまたは複数の更新のデータコンテンツを含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記少なくとも１つのトランザクションに含まれる前記１つまたは複数の更新要求の前記指示は、１つまたは複数のハッシュを含み、各ハッシュは、前記更新のうちの少なくとも１つの更新のデータコンテンツを含むプレイメージのハッシュである、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記少なくとも１つのトランザクションに含まれる前記１つまたは複数の更新要求の前記指示は、前記それぞれのターゲットエントリが見つかる前記データベースの前記一部を記憶する前記１つまたは複数のデータベースノードのＩＤを含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記１つまたは複数の更新要求は、複数の更新要求であり、前記更新要求のうちの少なくともいくつかの更新要求の前記それぞれのターゲットエントリは、前記第１のデータベースノードに記憶された前記データベースの前記一部において見つかる前記データベース内の同じエントリであり、前記更新を行うことは、指定された順序にしたがって前記更新を行うことを含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記少なくとも１つのトランザクションに含まれる前記１つまたは複数の更新要求の前記指示は、前記複数の更新要求の前記指定された順序を含む、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記少なくとも１つのトランザクションは、前記クライアントノードのうちの少なくとも１つ、または前記第１のデータベースノード以外の前記データベースノードもしくは他の中間層ノードのうちの少なくとも１つの他のデータベースノードから生じ、前記方法は、
    前記第１のデータベースノードが、前記ブロックチェーンまたは前記ブロックチェーンネットワークのマイナーのメムプールから前記指定された順序を読み取ることを含み、前記更新を行うことは、前記ブロックチェーンまたはメムプールから決定された前記順序にしたがって前記更新を行うことを含む、
    請求項２１に記載の方法。
  23. 前記順序は、前記クライアントノードのうちの少なくとも１つが、順序付けサービスにサブミットし、前記順序付けサービスから前記順序の指定を受信し、前記指定された順序を前記更新要求のうちの少なくとも１つに含めることによって決定される、請求項２０または２１に記載の方法。
  24. 前記指定された順序は、前記第１のデータベースノードにおいて実装される順序付けサービスによって決定される、請求項２０または２１に記載の方法。
  25. 前記データベースの１つまたは複数のエントリは、複数の前記データベースノードに記憶された前記データベースの前記一部にわたって複製される、請求項１から２４のいずれか一項に記載の方法。
  26. 前記更新要求のうちの少なくとも１つの更新要求の前記ターゲットエントリは、前記方法が、前記第１のデータベースノードにおいて前記更新を行うことと、前記要求を前記データベースノードのうちの別のデータベースノードにフォワードすることとの両方を含むように、前記第１のデータベースノード上に記憶された前記データベースの前記一部と前記別のデータベースノードとの両方において見つかる、請求項２５に記載の方法。
  27. 前記更新要求のうちの少なくとも１つの更新要求の前記ターゲットエントリは、前記第１のデータベースノード以外の前記データベースノードのうちの別のデータベースノード上に記憶された前記データベースの一部において見つかり、前記フォワードすることは、
    前記別のデータベースノードが前記階層化ネットワーク上で現在到達可能であるかどうかを決定し、前記決定にしたがって到達可能であると決定されたことを条件として、前記更新要求を前記別のデータベースノードにフォワードすること
    を含む、請求項１から２６のいずれか一項に記載の方法。
  28. 前記別のデータベースノードは、前記階層化ネットワークから一時的に切断され、前記少なくとも１つのトランザクションにおける前記指示は、前記別のデータベースノードが前記階層化ネットワークに再接続するとき、前記別のデータベースノードが前記少なくとも１つの更新要求の前記更新を行うことを可能にする、請求項２７に記載の方法。
  29. 前記第１のデータベースノードが前記階層化ネットワークから一時的に切断された状態になる期間の間、前記方法は、前記第１のデータベースノードが前記階層化ネットワークに再接続された状態になるとき、
    前記第１のノードが、前記ブロックチェーン、または前記ブロックチェーンネットワークのマイナーのメムプールを検査して、前記第１のデータベースノードによって記憶された前記データベースの一部内のそれぞれのターゲットエントリに関して、前記第１のデータベースノードが切断されていた間に１つまたは複数の他のデータベースノードによって受信された任意の更新要求を記録する１つまたは複数のさらなるトランザクションをチェックし、任意のそのような更新を行うこと
    をさらに含む、請求項１から２８のいずれか一項に記載の方法。
  30. 前記第１のノードは、前記第１のノードと前記コアノードのうちの少なくとも１つとの間の前記階層化ネットワーク内の接続を介して直接、前記検査を実行するように構成される、請求項１０から１２または請求項２９のいずれか一項に記載の方法。
  31. 前記コア層は完全である、請求項１から３０のいずれか一項に記載の方法。
  32. 前記階層化ネットワークは全体として非完全である、請求項１から３１のいずれか一項に記載の方法。
  33. 前記クライアントノードおよび／またはデータベースノードの各々は、認証局によって証明される、請求項１から３２のいずれか一項に記載の方法。
  34. コンピュータ機器であって
    １つまたは複数のメモリユニットを含むメモリと、
    １つまたは複数の処理ユニットを含む処理装置と、
    １つまたは複数のネットワークインターフェースユニットを含むネットワークインターフェースと
    を備え、
    前記メモリは、前記処理装置上で実行されるように構成されたコードを記憶し、前記コードは、前記処理装置上で実行されるときに、前記ネットワークインターフェースを介して前記更新要求を受信することを含む請求項１から３３のいずれか一項に記載の方法を実行することによって、前記コンピュータ機器を前記第１のデータベースノードとして動作させるように構成される、
    コンピュータ機器。
  35. コンピュータ可読ストレージ上に具現化され、１つまたは複数のプロセッサ上で実行されるとき、請求項１から３３のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたコンピュータプログラム。
  36. 分散型データベースを使用する方法であって、階層化ネットワークにおいて実装される分散型データベースを動作させる方法であり、前記階層化ネットワークは、１つまたは複数のコアノードを含むコア層と、各々が１つまたは複数の中間層ノードを含む１つまたは複数の中間層と、各々が１つまたは複数の外層ノードを含む１つまたは複数の外層とを含み、前記コアノードの各々は、ブロックチェーンネットワークのノードであり、前記中間層ノードのうちの少なくともいくつかは、前記分散型データベースのデータベースノードであり、前記外層ノードのうちの少なくともいくつかは、前記分散型データベースのクライアントノードであり、各データベースノードは、前記分散型データベースの少なくとも一部を記憶し、前記方法は、前記クライアントノードのうちの第１のクライアントノードにおいて、
    各々が前記分散型データベース内のそれぞれのターゲットエントリを更新する要求である１つまたは複数の更新要求を前記データベースノードのうちの１つまたは複数に送信することと、
    前記第１のクライアントノードと前記コア層内の前記コアノードのうちの少なくとも１つとの間の前記階層化ネットワーク内の接続を使用して、直接：
    Ｉ）前記ブロックチェーンネットワークのブロックチェーン上に記録されるべき少なくとも１つのトランザクションを送信すること、ここで、前記少なくとも１つのトランザクションは、前記１つまたは複数の更新要求の指示を含む、および／または
    ＩＩ）前記１つまたは複数の更新要求の指示を含む少なくとも１つのトランザクションが、前記ブロックチェーン上に記録されているか、または少なくとも前記ブロックチェーンネットワークのマイナーのメムプールに受け入れられていることをチェックすること
    を行うことと
    を含む方法。
  37. 前記第１のクライアントノードは、メッセージが以下の形態をとる通信プロトコルを使用して、前記少なくとも１つのトランザクションを送信すること、および／または前記チェックを実行することを含む、前記少なくとも１つのコアノードと通信することを行うように構成され、前記通信プロトコルにおいて、メッセージは、
    ａ）クライアントノードからコアノードに送信されるトランザクション、
    ｂ）トランザクションがマイナーのメムプールに受け入れられたかどうかに関するクライアントノードからコアノードへのクエリと、前記コアノードからの対応する応答、
    ｃ）トランザクションがブロックにマイニングされていることのマークルプルーフに対するクライアントノードからコアノードへの要求と、前記マークルプルーフを含む前記コアノードからの応答、および／または
    ｄ）ブロックヘッダのリストに対するクライアントノードからコアノードへの要求と、前記ブロックヘッダのリストを含む前記コアノードからの応答
    の形態をとる、請求項３６に記載の方法。
  38. コンピュータ機器であって、
    １つまたは複数のメモリユニットを含むメモリと、
    １つまたは複数の処理ユニットを含む処理装置と、
    １つまたは複数のネットワークインターフェースユニットを含むネットワークインターフェースと
    を備え、
    前記メモリは、前記処理装置上で実行されるように構成されたコードを記憶し、前記コードは、前記処理装置上で実行されるとき、前記ネットワークインターフェースを介してＩ）および／またはＩＩ）を行うことを含む、請求項３６または３７に記載の方法を実行することによって、前記コンピュータ機器を前記第１のクライアントノードとして動作させるように構成される、
    コンピュータ機器。
  39. コンピュータ可読ストレージ上に具現化され、１つまたは複数のプロセッサ上で実行されるとき、請求項３６または３７に記載の方法を実行するように構成されたコンピュータプログラム。
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