Polkadotの概要

Polkadotが最初に登場したのは2016年、Gavin Wood氏が技術的なビジョンとその背後にある根拠を概説したホワイトペーパーを発表したときでした。

彼は、ブロックチェーン技術は将来性を秘めているものの、現実世界での問題解決に直結していないと指摘しています。Polkadotはこれらの問題に対処し、スケーラブル（需要に応じて成長できる）なブロックチェーン・アーキテクチャを構築することを目指していて、機能の異なる異なるブロックチェーンが共存し、強力な共有セキュリティシステムで相互に通信できるようにし、次世代のインターネットの基礎を築くことを目指しています。

新しい論文「Overview of Polkadot and its Design Considerations」は、ホワイトペーパーを拡張し、Polkadotの設計コンポーネントとサブプロトコルの包括的かつ最新の説明を提示しています。これらのうちのいくつかは、ここで概説されています。

In a Nutshell

Polkadotは、スケーラブルな異種マルチチェーンブロックチェーンである。これは、リレーチェーンと呼ばれる協調的な分散型ブロックチェーンネットワークで構成されており、パラチェーンと呼ばれる並列に走るパラレルと相互作用します。これらのパラチェーンはリレーチェーンのクライアントと考えることができ、その目的はそれらの安全性を確保し、調整することです。

Governance

Polkadotは、すべてのDOT（Polkadotネイティブトークン）保有者が発言権を持つ洗練されたガバナンスシステムを持っています。提案は、DOT保有者が提案することも、評議会が提案することもできます。どちらも利害関係者による投票で合意する必要があります。

すべてのDOT保有者は、審議会に参加するために登録することができます。審議会は23名のメンバーで構成され、任期は1ヶ月です。審議会の役割は、受動的な利害関係者を代表し、重要な提案を提出し、例外的に議論の余地のない危険な提案や悪質な提案を取り消すことにあります。

審議会の提案には、公開の提案に比べて、国民投票での可決に必要な賛成数が少ないという利点があります。審議会の提案は、審議会メンバーの厳正な過半数の賛成が必要であり、拒否権はありません。危険な提案や悪質な提案は、全会一致の投票によってのみ取り消されることがあります。

技術委員会（Polkadotのプロトコルを実装したり、正式に指定したりしたチームで構成される）は、コードのバグなどの問題を検出し、緊急のアップグレードやチェーンの変更を迅速に行うことを唯一の目的としています。チームの追加や削除は、評議会の過半数の投票によって行うことができます。

財務省の資金の使用は、最終的にはすべてのDOT保有者が国民投票で決定します。財務省は、バリデータの報酬の一部（鋳造による）と、取引手数料の一部（悪意のある行為を行ったバリデータによって支払われる罰金）を充当して資金を調達します。これらの資金は、システムの円滑な運営とより広いエコシステム (マーケティング、コミュニティイベント、アウトリーチ) のために使われます。

Nominated Proof of Stake

NPoS (Nominated proof of stake) は、PoS (Proof of stake) を応用したもので、トークンホルダーの数は無制限だが、限られた数のバリデーター (生成時には数百のオーダーになると予想される) をバックアップすることができます。選出されたバリデーターはリレーチェーンの運営に責任を持つ。

これにより、一人のユーザーが保有するよりもはるかに多くのステークホルダーがバリデーターを支援することが可能になります。推薦者は、推薦したバリデーターに経済的な報酬だけでなく、削減の可能性も共有するため、パフォーマンスとセキュリティの実績が豊富なバリデーターを選ぶという経済的なインセンティブを得ることができます。

比例代表制を採用しているため、ノミネーターセットに含まれるすべての少数派は、自分たちの利害関係に応じてバリデータの数を選出することができ、少数派が過小評価されることはありません。

このように、NPoS は Proof of Work (PoW) よりもはるかに効率的であるだけでなく、ステークデリゲーションを行わない PoS スキームよりもかなり安全で分散化されています。

PolkadotにおけるNPoSのより詳細な説明については、学術論文「Validator election in nominated proof-of-stake」とMediumの投稿「How Nominated Proof-of-Stake will work in Polkadot」を参照してください。

Block Production and Consensus

NPoSを用いて選出されたバリデーターは、フィニタリガジェット(GRANDPA)とブロック生成メカニズム(BABE)を分離したハイブリッドコンセンサスプロトコルを用いて、リレーチェーン上のブロックの受信、検証、再公開を担当します。

この組み合わせにより、1)チェーン選択ルールによるBABEによる確率的な最終化（一定時間後に1に近い確率でブロックが最終化される）と、2)GRANDPAによる証明可能で決定論的な最終化（最終化されたブロックは永遠に最終化されたままである）が可能になります。

これらのメカニズムを組み合わせることで、知らず知らずのうちに間違ったフォークを辿ってしまう可能性（確率的な確定性の危険性）を回避し、遅い確定性メカニズムでは、トランザクション処理が遅くなったり失速したりするリスクを冒すことなく、ブロックを個別に確定させることができるため、ブロックの迅速な確定を可能にします。

Validity and Availability

簡単に言えば、パラケインコレータは、有効性証明（PoV）ブロックを生成し、パラケインバリデータに送り、そのヘッダが有効であると署名する。 十分な署名を持つヘッダがリレーチェーンブロックに追加される。

パラチェインブロックが作成されると、パラチェインブロブ(PoVブロックと発信メッセージのセット)は、非逆説的バリデータがその有効性をチェックできるようにするために、しばらくの間利用可能な状態にしておく必要がある。バリデータが利用可能性を一括して保証できるようにするために、消去符号化システムが使用される。これにより、PoVブロックがすべてのバリデータに分配される。

Polkadotは3段階の有効性チェックを行っている。
第一に、パラケインのバリデータによってPoVブロックが検証されると、各バリデータは署名を行い、パラケインブロブの消去符号を各バリデータに配布する。

第二に、漁師として機能するノード（主に照合器として機能する可能性がある）が無効性を報告することが予想される。

第三に、ランダムに割り当てられた少数のバリデータが有効性をチェックする。大きな問題が発生してブロックが利用できなくなった場合、バリデータは、第 1 レベルで配布された十分な数の消去コードピースで PoV ブロックを再構築することができます。

バリデータが他のバリデータからの無効レポートを見た場合は、配布された消去コードピースからブロブを再構築することができます。 一定数の無効報告があり、バリデータがパラチェインブロックヘッダの消去コードピースがリレーチェインブロックに存在しないという報告があった場合、リレーチェインブロックは確定されない。

リレーチェーン上に無効なパラチェインブロックが見つかった場合、そのバリデータは削減されます。無効なブロックをPolkadotに入れるための予想されるコストは、1つのパラチェインをバックアップするステークの量よりも高く、抑止力として作用する。

リレーチェインブロックが参照するすべてのパラケインブロックに十分な有効性の報告があり、チャレンジがなければ、そのリレーチェインブロックはGRANDPAによって最終決定されます。

Cross-Chain Message Passing

Cross-Chain Message Passing (XCMP) は、異なるパラチェイン間でメッセージを安全かつ信頼性の高い方法で、迅速かつ順を追って受け渡すことを可能にします。XCMP の主な目的の一つは、パラチェイン間を通過したメッセージの一貫した履歴を提供することです。

これには2つの部分が含まれています。
- 一貫性のある履歴。パラケインブロックの出力キュー上のメタデータはリレーチェーン上に含まれ、後に受信パラケインによるメッセージの認証に使用されます。

- 信頼性の高い配信。このメタデータに対応するメッセージボディは、送信者から受信者に配信される必要があります。
メッセージの順序は、忠実性を確保するために、メルクルツリーを中心とした単純なキューイング機構を用いて解決されます。

ソース link: polkadot.network