JP6811504B2 - 最適化問題の解探索を利用した合意形成プロトコルを備えたブロックチェーンシステム及びコンピュータープログラム。 - Google Patents
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Description
イ)完全分散であり、自立的に調整される。
ロ)ノードや、外部の組織、人などに一切依存しない。
ハ)ブロックに記録されたデータを変更することが困難である。
ニ)なりすましに耐性がある。
ホ)各マイナーが新たなブロックの追加に成功する確率は、そのノードのCPU 資源の量に比例する。
へ)ブロックの正当性は、任意のノードが任意のタイミングで検証できる。
ト)任意のノードが事前登録無しにいつでも参加できる。
しかしながら、ビットコインではマイナーがCPU 資源をPoWのために費やす必要があり、このCPU資源は、ハッシュ値を繰り返し計算するためだけに使われる。これは、CPU資源の浪費である。
イ)マイナーは良い解を探してそれをクライアントに提供するインセンティブがある。
ロ)クライアントが既に良い解を知っているジョブを登録するインセンティブがない。
ハ)ジョブの登録・実行のためにコストが必要である。(この性質により価値のないジョブの登録が阻止される。)
特に、クライアントが既に良い解を知っているジョブを登録するケースについて対処が必要である。このようなジョブを登録する動機として、以下が考えられる。
(1)新たなブロックを追加する際に有利になる。
(2)新たなブロックを追加して得られるコインの利益の一部が得られる。
(3)良い解を見つけることで利益が得られる。
本システムでは、クライアントがジョブの実行に対して料金を支払うようにすることで、不正を防ぐ。上記項目(1)と(2)に関しては、段落0015で述べたように、良い解を知っていても、新たなブロックを追加する上で有利にならない。項目(3)に関しては、良い解を見つけることに対する対価はクライアントが支払うため、クライアントが利益を得ることはできない。また、良い解を見つけることに対する対価の受け渡しは、特定のノードを信頼する必要なく自動的に行われる。クライアントにより対価の支払いが確実に行われるようにするため、ジョブの受付時に対価がクライアントの口座から差し引かれる。探索の結果見つかった解はクライアントに安全に通知される。単純にあるノードが見つけた解をネットワークにブロードキャストすると、タイミングによってはこの解を別のノードが盗んでしまうことがあり得る。本システムでは、まず各ノードが見つけた解とノードIDを結合したもののハッシュ値をブロックチェーンに登録し、次のブロック時間に解を登録する。クライアントの払った対価は、最も良い解を見つけたノードに自動的に支払われる。
イ)信頼できないコードを安全に実行できる。
ロ)エバリュエーターを決定的に動作させられる。
ハ)アーキテクチャによらず、実行ステップ数を決定的に数える機能を持つ。
ニ)実行ステップ数を返す。
ホ)指定されたステップの実行の後、実行を中断する。
上記の全ての条件を満たす実行環境を、インタプリタとして実装することは容易である。実行環境中で非決定的な動作をするAPIを提供しないことで、決定的な動作を実現している。
入力:ジョブ実行リクエスト q
出力:探索によって得られた最も良い解 s
1: q をブロックチェーンに登録する。
2: 解 s が得られるまで待つ。
3: s を返す。
ブロックタイム0においてあるジョブがクライアントによりブロードキャストされる。
ブロックタイム1においてこのジョブの有効性が調べられる。このジョブの料金がクライアントのアカウントから取り出され取り置かれる。このジョブがブロックタイム2で実行されるべく選ばれる。
ブロックタイム2においてこのジョブが実行される。
ブロックタイム3において各ノードはこのジョブについて発見した解のハッシュ値をブロードキャストする。ハッシュ値はブロックチェーンに登録される。
ブロックタイム4においてこのジョブの最良の近似解を発見したノードに料金が支払われる。
ジョブの実行と支払いは全てマイナーにより処理される。マイナーはジョブをパイプラインの方法で処理する。アルゴリズム2はマイナーの観点からジョブがどのように処理されるかを示す。
1: 新たなブロックが(他のノードによって)追加されるまで待つ。
2: 以降新たなブロックが追加されたチェーンについて処理を行う。
3: while true do
4: // 次のブロック時間に実行されるジョブに関する処理。
5: 未実行の有効なジョブのリストを作成する。
6: 次のブロック時間に実行されるジョブを選択する。
7: クライアントの口座からこれらのジョブの実行料金を引き落とす。
8: 追加しようとするブロックにこれらのジョブを追加する。
9: // このブロック時間に実行されているジョブに関する処理。
10: 新しいトランザクションを検証し,追加しようとするブロックに追加する。
11: // 2ブロック時間前(上記のブロック時間の前)に実行されたジョブに関する処理。
12: ブロックチェーンに登録された情報(マイナーのIDと解の評価値)を参照し,2ブロック時間前に見つけた解が最も良い解であったか調べる。もしそうであれば,見つけた解をブロックチェーンに追加する。
13: // 3ブロック時間前に実行されたジョブに関する処理
14: ブロックチェーンに登録された解が真正か調べ,そうであれば支払いの手続きを行う。
15: repeat
16: 追加しようとしているブロックにある完了してないジョブのうち一つを選んで,新しいミニブロックを受信する(もしくは規定数のゼロビットで始まるナンスを見つける)まで実行する。
17: (規定数のゼロビットで始まるナンスを見つけた場合には)ハッシュ値をブロックチェーンに登録する。
18: (新しいミニブロックを受信した場合には) アルゴリズム3によりチェーンを検証する。
19: if 新しいミニブロックが有効で,それに対応するチェーンがより長い場合 then
20: 以降そのミニブロックに対応するチェーンに対して処理を行う。
21: 変更後のチェーンに含まれないトランザクションを新規に受信したトランザクションのリストに移動する。
22: end if
23: until 新しいブロックが追加されるまで
24: end while
5行目でクライアントの口座の残高がチェックされる。
8行目で、全てのマイナーが同一のジョブセットで作業するようにするために、どのジョブセットにするかについての合意形成と、ゼロビットの数についての合意形成が作業開始前に為されなければならない。
16行目で、サーチャーが段落0019で説明した実行環境で実行される。サーチャーの一例としてアルゴリズム4でランダムサーチャールゴリズムが示される。段落0014で説明したようにこのサーチャーは内部的に対応するエバリュエーターを呼び出す。エバリュエーターは呼び出される都度自動的にエバリュエーションの結果とナンスを生み出し、そのハッシュ値が要求された数のゼロビットで始まるかどうかをチェックする。もしそうであれば新しいミニブロックがブロードキャストされサーチャーの実行が終了する。サーチャーの実行は新しいミニブロックが他のマイニングノードによって付加された時も終了する。新しいブロックが付加された時そのブロックの最後のミニブロックも付加されることに留意されたい。
18行目で、ミニブロックを伴うチェーンが検証される。このプロセスはアルゴリズム3に示されている。このアルゴリズムは段落0018と段落0020で説明されている通りに作動する。ノードが以前検証したチェーンに含まれていたブロックあるいはミニブロックと厳密に同一のブロックあるいはミニブロックは検証する必要は無い。
21行目ではオーファンブロックに含まれていたアイテムは新たに受信したアイテムのリストに移動する。オーファンブロックとは以前はマイナーが作業していたチェーンの一部であったものが、今はもはやマイナーが別のチェーンで作業しているためチェーンの一部ではなくなっているブロックである。
入力:ミニブロック b
出力:b に対応するチェーンを検証し,検証に成功したか否かを返す。
1: for b に対応するチェーンの全てのブロック k を古いものから順に
2: if もし k の検証に前に成功しているなら
3: continue
4: end if
5: k 内のトランザクションを調べ,もし無効なものがあれば false を返す。
6: if k が古いなら then
7: 段落0020で述べた,緩い基準で検証を行い,失敗すれば false を返す。
8: else
9: for kと次のブロックの間の全てのミニブロック m について do
10: if もし m の検証に前に成功しているなら
11: continue
12: end if
13: エバリュエーターを実行し,ナンスと評価値が対応するか調べる。対応しなければ false を返す。
14: end for
15: end if
16: end for
17: true を返す。
入力:追加しようとしているブロックのハッシュ値 h, ノードID id, エバリュエーター ev
出力:探索で見つかった最も良い解
1: bests := null, beste = null
2: repeat
3: 解候補 s をランダムに生成する。
4: e := ev(s, hash(h, id))
5: if e が beste より良い then
6: beste := e, bests := s
7: end if
8: h := hash(h, id, s, e)
9: if h が規定の数のゼロビットで始まる then
10: ミニブロックをブロードキャストする。
11: break
12: end if
13: until 新しいミニブロックを受信するまで
14: [bests, beste] を返す。
新しいミニブロックを付加することに対するインセンティブは以下のとおりである。システムは各ミニブロックのハッシュ値先頭部のゼロビットの数をジョブの料金に応じて決定する(段落0018)。ブロックタイムが始まったら各マイナーは作業するミニブロックを選び対応するサーチャーを実行する。サーチャーの実行において多数のナンスが生成される。ナンスが生成される都度マイナーはそのナンスを含むミニブロックのハッシュ値が要求された数のゼロビットで始まるかをチェックする。要求された数のゼロビットで始まるハッシュ値を与えるナンスを得たマイナーは新しいミニブロックの付加に成功し報酬を受け取る。この報酬の額は要求されたゼロビットの数に応じて決められる(段落0018)。
本システムのユーザーは3種類に分けられる。そしてこれらのユーザーは互いに独立している。第1のユーザーはPoSブロックチェーンを決済の手段として利用する者である。第2のユーザーはその計算力を暗号通貨を稼ぐために使う者である。既存のブロックチェーンはこの2種類のユーザーを持つ。本システムは第3のユーザーをも持つ。第3のユーザーはPoSブロックチェーンを計算インフラとして利用する者である。
本プロトコルにより提供される計算サービスは中間結果がパブリッシュされ得る計算問題にとって有益である。BOINCの普及状況と公共クラウドを鑑みるとこのような計算サービスに対する需要は大きいと期待する。本プロトコルの計算はASIC耐性である。このことは通常のCPUによるマイニングを、より利益の上がるものにする。クラウドコンピューティングと違って、マイニングに用いられるコンピュータは信頼できるものである必要は無い。計算資源が浪費されることが無いので公共機関やより一般的なユーザーが参加することが期待される。このことは本システムを既存のブロックチェーンよりももっと分散化されたものにするであろう。
Claims (5)
- ピアツーピアネットワークに参加するノードにより運営されるブロックチェーンシステムであって、
各ノードはジョブを作成しブロックチェーンにブロードキャストする手段と、他のノードから受信したブロックが真正かどうかを検証する手段とを有し、ブロックは一つ前のブロックのハッシュ値とブロードキャストされたジョブの中から選んだジョブと、ナンスからなり、前記ナンスは、当該ブロックに対応するジョブに含まれる最適化問題の解候補とその解候補の評点を結合したものであり、ブロックが真正であるとは、ブロック中のナンスの解候補と評点が対応することであることを特徴とするブロックチェーンシステム。 - 請求項1に記載のブロックチェーンシステムであって、
各ノードはミニブロックを作成しブロックチェーンにブロードキャストする手段と、他のノードから受信したミニブロックが真正かどうかを検証する手段とを有し、
ブロックは複数の前記ミニブロックを含み、前記ミニブロックは、ブロックのミニブロック以外の部分のハッシュ値とそのミニブロックを作成したノードのIDとブロードキャストされたジョブの中から選んだ一つのジョブと、ナンスからなり、
前記ミニブロックのハッシュ値が要求された数のゼロビットで始まる数である場合にのみ当該ミニブロックはブロックに含まれることができ、
当該最後のブロックは、要求された全てのジョブに対応するミニブロックの全部が当該最後のブロックに含まれた時にブロックチェーンの末尾に結合することを特徴とするブロックチェーンシステム。 - 請求項2に記載のブロックチェーンシステムであって、
前記のジョブは、それを作成したノードのIDと、それを作成したノードが最良の近似解を得ることを希望する最適化問題と、最良の近似解を算出したノードに支払う料金と、エバリュエーターを備えており、前記エバリュエーターは解候補を評価し評点を付すプログラムであり、前記エバリュエーターの出力する評点の最も高い解をブロードキャストしたノードがその最適化問題に設定された料金を得ることを特徴とするブロックチェーンシステム。 - 請求項1ないし3に記載のブロックチェーンシステムであって、上記の解候補を探索するために実行したステップ数を決定的に数える機能と、
実行したステップ数を返す機能と、
指定されたステップ数を実行した後に解候補探索のプログラムを強制終了する機能を備えていることを特徴とするブロックチェーンシステム。 - 請求項1ないし4に記載のブロックチェーンシステムを実現するためのコンピュータープログラム。
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