コンセンサスに対する洗練されたアプローチ
はじめに
こちらは2022年12月にStefan Tomasによって公開された"An Elegant Approach to Consensus"の翻訳です。
Stefan TomasはBitcoinJSの開発者であり、XRP Ledgerの初期の開発にも携わっていました。
この翻訳は原著者であるStefan Tomasの許可を得て翻訳したものです。
翻訳に原著者は関わっておらず、訳者によってのみ行われました。
記事の内容は原文執筆時点のものであり、翻訳時点で既に古くなった情報が存在しますが、原文に沿って翻訳しています。
原文はこちら
9月にEthereumがThe Mergeに成功したことで、Proof of WorkとProof of Stakeの間の昔からの議論が再び注目を浴びるようになりました。
両者に対する批判はよく知られています。ある側は、Bitcoinがかなりの規模でエネルギーを消費しているという事実を指摘します。一方で、Ethereumの権力の集中に関する現実を強調する人もいます。The Mergeの後、Lidoと3大取引所は、ステークされたETHの50%以上を占めています。
BitcoinとEthereumの両方がオフチェーンでガバナンスを管理しているという事実からも明らかなように、どちらもガバナンス面での解決にはなっていません。
この記事では、より直接的な解決策があることを説明します。エネルギー使用とガバナンスの制御という点で、Proof of WorkやProof of Stakeよりも優れているものです。
このソリューションは、Proof of WorkとProof of Stake、そしてその他のコンセンサス・メカニズムの根底にある、すでに存在する非公式なプロセスに基づいているという点に特徴があります。
なぜなら、コンセンサスは人間が常に自然に、直感的に行っていることだからです。そのプロセスを形式化し、より面倒な部分を自動化することができるのです。こうして、余分なステップを踏むことなく、コンセンサスの基礎となる形式を手に入れることができるのです。
Proof of Work: ここまでの道のり
分散型の匿名台帳は、いずれも同じ課題に直面しています。誰もが参加できるようなシステムを設計する場合、誰もが納得できるように、等しく有効な台帳を決定する方法が必要です。その答えは、ある種の投票メカニズムであることは明らかです。しかし、公平で公正な投票メカニズムと同様に、ある個人や団体が必要以上に多くの票を持つことを防ぐ必要があります。
私たちが解決しようとしている問題は、デジタル民主主義の一形態である、というのが一つの考え方です。
Proof of Workのアプローチでは、参加者がコンピューティングパワーやハッシュをシステムに提供する必要があります。マイナーは、ブロックチェーンの中から1つを選び、それを拡大しようとすることで、そのコンピューティングパワーで「投票」すると考えることができます。もちろん、コンピューティングパワーを偽造することはできません。システムの価値が高まり、コンピューティングパワーの競争が激化するにつれ、他のシステムに勝つためのコストも上昇します。
これが、匿名でコンセンサスを得る方法であり、一言で言えば「Proof of Work」です。
もちろん、計算能力は本質的にエネルギー消費の代替物であり、今世界が最も必要としているのは、その浪費されたエネルギーです。しかし、Proof of Workを行うコンピュータは、その代わりに常に有用な計算を行うことができるという事実を回避する方法はありません。
最後に、ガバナンスの話をします。Bitcoinの初期には、プロトコルの変更の一部は、実際にマイナーによって投票され、決定されました。しかし、このアプローチはブロックサイズとスケーラビリティをめぐる議論で頭打ちになり、当時のCoindeskは " 規律上の危機 " と表現しています。あるコンテキストでは、マイナーのインセンティブはネットワークの他のユーザのインセンティブと一致していません。例えば、ブロックサイズの観点からすると、マイナーはユーザーに高い手数料を支払わせるために小さいブロックを望みます。
当然ながら、コミュニティはそれを受け入れず、ハードフォークだけでなく、対応策としてプロトコル外のガバナンスの手段に目を向けました。最終的には、これがマイナーに対する十分な圧力となり、妥協が成立したのです。要は、BItcoinは純粋にProof of Workで動いているわけではないのです。重要な戦略的判断は、単にマイナーの多数決ではなく、プロトコルの外側にある政治的プロセスを通じて行われるのです。
このような制約があるため、Proof of Workの代替となる可能性が常に注目されてきたのです。
Proof of Stake： 一般的な代替案
コンセンサスメカニズムを民主主義の一形態と考えれば、Proof of Stakeは金権政治と言えるでしょう。Proof of Wealthと呼ぶこともできるかもしれません。
Proof of Stakeシステムにおける投票は、計算能力の代わりに、個人や団体がステークしたトークンの数に比例してカウントされる。トークンが多くの無関係な参加者に広く分配されたと仮定すると、Proof of Workのようなエネルギーを必要とせずに、分散化が達成される。
コンピューティング・パワーを偽造できないように、トークンもまた、何もないところから作り出すことはできません。確かに、資本力のある組織がトークンを買い占めて投票力を高めることは可能ですが、それは設計通りのことです。一般に、Proof of Stakeは、取引所やDeFiプラットフォームのようなトークンのアグリゲーターが支配するコンセンサスメカニズムです。
これらのステークされたトークンが台帳自体のガバナンスにも結びつけられると、不平等と権力の集中につながるフィードバックループが発生するのです。トークンの数が多ければ多いほど、投票権も増えます。その力をより大きな利益に変えることができれば、その利益をまた大きな力に変えることができる。これを続けていけば、最終的にはシステムを完全に支配することができる。
システムが他のレイヤー1との競争にさらされている場合は、この問題は少なくなります。私たちは、一般的に、企業が株主などの関係者や、生協の場合は労働者によって統治されても、消費者が選択できるのであれば問題ないと考えています。その会社が悪い製品を作っていれば、別の製品を買えばいいし、その会社がひどい雇用主であれば、別の場所で働けばいい。悪の独裁者が企業を乗っ取れば、顧客も従業員もいなくなるのだから、チェック＆バランスのとれた自然な形で機能しているのでしょう。
問題が起きるのは、企業があまりにも強大になり、消費者がその選択肢を失ったときです。このとき、一般的に歯止めが利かない悪行が見られるのです。コンセンサス・システムも同じです。コンセンサスシステムは、他のシステムと競合する中でこそ、チェックとバランスが存在し続けるのです。しかし、もしそのシステムが世界共通のものになれば、権力の無制限な集中が万人の問題になります。
(これは、私がInterledgerに熱中する理由の1つです。クロスブロックチェーンの相互運用性があれば、コンセンサスシステム間の持続的な競争が生まれ、チェック＆バランスのレイヤーがさらに増える。この点については、今後の記事で詳しく説明します)。
Ethereumは、彼らが説明するように、「社会的および技術的プロセス」の両方を含むオフチェーンでのガバナンスを取ることによって、これを解決しています。しかし、権力がシステム内の投票や明確に定義されたルールから、システム外のより非公式なプロセスに移行するとき、透明性と公正な表現を保証することは困難です。
Proof of Workと同様に、Proof of Stakeはガバナンスの問題を先送りにしています。
ガバナンスに関する問題だけでなく、より一般的な批判として、Proof of Stakeシステムに内在する循環型ロジックが挙げられます。
それぞれのバリデータが持っているトークンの数を知るには、現在の台帳の状態を知る必要があります。
現在の台帳の状態を知るには、ステークされたトークンの多数派がどのように投票したかを知る必要があります。
どんなProof of Stakeシステムでも、この問題はあります。過去のバリデーターの鍵にアクセスできる人なら誰でも、完全に同じように有効な別の台帳の履歴を作成することができます。台帳のチェックポイントを定期的に設けるなどの回避策がありますが、次のチェックポイントは何か、チェックポイントはどのように決定されるのかなど、さらなる疑問が生じます。ただでさえ曖昧なオフチェーンガバナンスシステムが、さらに恣意的な判断を迫られることになります。
その結果、Proof of Stakeは、その設計に内在する欠陥や潜在的な攻撃ベクトルを考慮した無数の機能を必要とします。(このテーマについては、Lyn Aldenが素晴らしい記事を書いています）。
規制上のハードルも存在します。The Mergeの数時間後、SEC長官Gary Genslerは、Proof of Stakeトークンはステーキング報酬によって証券のように思われると記者団に語っています。
すべての道はローマに通ず
では、どこに原因があるのでしょうか？
Proof of Workはシンプルで、比較的信頼性が高く、大量のエネルギーを消費します。
Proof of Stakeは、複雑で、論理的に厄介で、金権政治的です。
どちらも、ガバナンスの問題を解決するものではありません。
きっと、もっといい方法があるのでしょう。
しかし、まずは一歩引いて、そもそも合意形成の仕組みをどのように選べばいいのかを見てみましょう。
こう考えてみてください。ほとんどの人は、合意形成の仕組みそのものを考慮せずに、誰と合意形成したいかを決めています。例えば、かっこいいゲームのNFTプロジェクトがあると聞いて、それを支援したいと思ったとします。そのプロジェクトはたまたまEthereumの台帳上にあり、Proof of Stakeである。
あるいは、分散投資ポートフォリオの一部として金融資産を探しているかもしれません。あなたは、Proof of WorkのBitcoinを選びました。また、最も人気があり、最も長く続いていることから、Bitcoinを選んだのかもしれません。
どのチェーンに参加するかを決める際、あなたは特定のユースケース、ニーズ、またはターゲットとなるコミュニティに基づいて決定を下しました。
つまり、最初の選択は、コンセンサスメカニズムそのものについてではありません。むしろ、誰とコンセンサスを取りたいのか、ということなのです。
コンセンサスを理解する
さて、このように参加者の誰もが必要とする中心的な選択肢を確立したところで、もう一歩引いて考えてみましょう。
そもそも、コンセンサスとは何でしょうか？
私の定義ではこうです。コンセンサスとは、自発的な合意形成のプロセスである。
社会では、コンセンサスによって協力の基本ルールが確立され、互いに効率的に交流し、取引することができるようになります。
例えば、私がスーパーに食料品や消耗品を買いに行けるのは、コンセンサスのおかげです。貨幣制度、法制度、言語、ある種の社会規範などについても、コンセンサスがあります。もし、支払いの仕方、紛争の解決方法、コミュニケーションの取り方などに合意できなければ、スーパーマーケットでは大変なことになります。ほとんどの場合、私は食料品を買うことができず、その店も商品を売ることができなくなります。
あなたと私は、国をどのように運営すべきかについて異なる意見を持っているかもしれません。政治的な問題でも、私たちは正反対の立場に立つかもしれません。しかし、もし私の側が投票に負けたとしても、私はあなたのルールに従うことに自発的に同意し、私たちが集団で前進できるようにします。意見の相違があっても、私たちは合意に達する方法を見つけることで、進歩を遂げ、平和を維持することができるのです。
それは、合意に至らない場合、大きなコストがかかるからでもあります。理想を言えば、革命や内戦は避けたいところです。ブロックチェーンでいうところのフォークですね。
重要なのは、やはりコンセンサスは自発的なものであるということです。自分が実はナポレオンだと主張しても、誰も止められません。しかし、社会の他の人々とのコンセンサスは得られず、摩擦が生じ、社会的・経済的なやり取りをするコストが増加することになります。このため、社会的合意の規範から大きく外れた人に遭遇することは、実際にはまれです。多くの人にとって、コンセンサスのメリットは、ほとんどの場合、自分がナポレオンでないことを示すコストよりも大きいのです。
ブロックチェーンでも同じことが言えます。私たちは、発生した取引について合意したいと思います。これは単に、ある取引が発生した場所から地球上の異なる距離に位置していることが原因かもしれません。しかし、どのような順序であっても、それが普遍的に許容される限り、私たちは取引を行うことができるため、とにかく合意を求めるのです。
Proof of Association： より直接的なアプローチ
ここまでで確立したことを紹介しましょう。
第一に、Proof of WorkやProof of Stakeなどは、自発的な合意を達成するために設計された合意システムである。
第二に、コンセンサスの「方法」を考える前に、まず、誰とコンセンサスを取りたいかを選択する必要があり、それは、誰と交流し取引したいかを考えることにつながる。
第三に、コンセンサスは自発的なものであり、人々がコンセンサスを得るのは、それが互いに取引するための基礎となるからである。
では、もし、自分がコンセンサスを得たい相手を記述し、その選択した相手と同期するアルゴリズムがあるとしたらどうでしょう？
それが、「Proof of Association」のコンセプトです。
直感的に、コンセンサスを得たい相手がわかれば、その相手の台帳を見て、自分の台帳も同じであることを確認するだけでよいのです。そうであれば、私たちは同期しており、コンセンサスを得ていることになります。実際にはもう少し複雑ですが、さほど大きな違いはありません。
最初のステップは、コンセンサスを得たい人々や団体のリストを書き出すことです。
そのリストをソフトウェアに渡すと、ソフトウェアがネットワークをスキャンして、リストに載っている人を探します。そして、その中から特定の台帳に投票する人が十分にいれば、コンセンサス成立となります。(信頼できるノードは、自分の投票を変えないことを約束します。)
あなたは自分のリストを書いているので、投票によるスパムを心配する必要はありません。誰も気にしない1万台のノードが台帳に加わっても、無視されるだけです。
そして、参加者全員が自発的に、もちろんコンセンサスを維持・向上させるインセンティブを持つので、システムはより強固で分散化された構造へと自然に進化します。それは、次のようなことを意味します。
より信頼できる人物や団体をリストに加える
信頼できない人物や存在を排除する
自分のリストが他の参加者のリストに似るよう調整する
人、組織、地理的に多様なバリデーターを持つようにリストを修正する
その結果、このようなシステムは自然に繰り返し、より信頼性の高い状態を作り出すことができるようになります。実生活でのやり取りと同じように、信頼は時間をかけて育まれ、強化されます。しかし、何らかの理由で悪事を働き、他の参加者の信頼を失うと、Proof of WorkやProof of Stakeでは通常不可能な方法で、ネットワークの他の参加者からすぐに排除される可能性があります。
昔から言われていることですが、「良い評判を築くには一生かかるが、評判は一瞬で失われる」。その意味で、最も重要なノードであっても、その力は常に限られているのです。信頼性の低い情報を提供し続けるメディアが購読者を失うように、悪質なバリデーターもまた同様である。自発的な結びつきを基本とするシステムでは、常に選択肢があるのです。
さらに、あるバリデーターの影響力が強すぎると、そのバリデーターが誠実で信頼できる人であっても、他のバリデーターが積極的にリストを分散させることがあります。そうすると、どんどん分散化が進んでいきます。より正確には、多くの参加者が最適と考えるレベルの分散化です。
ここで重要なのは、異なるリストの間に十分な重複がある限り、単一のコンセンサスシステムについてのみ話しているということです。この重なりは完璧である必要はなく、むしろわずかな違いがあるからこそ、時間をかけて改善することができるのです。一般に、参加者はネットワークの分裂を望まないので、コミュニケーションやディスカッションを通じて、自分のリストを比較的同期させようとするインセンティブが働きます。もし、グループ間で譲れない違いがあれば、重なりは減り、最終的には別々のネットワークに分かれてしまうかもしれません。これは悪いことのように聞こえますが、実際には両グループのメンバーが互いに分離することを選択した好みの反映に過ぎません。コンセンサスは自発的なものであり、人々が望む限り維持され続けることができます。
一般的に、ネットワークとコミュニティは、最終的に自分たちのリストに最適なものを決定し、時間の経過とともに継続的に最適化されます（流動的で反復的な民主主義の一形態）。あなたのリストには、あなたが選んだ代表者がいます。時間が経てば、いつでも新しい代表者に投票することができます。あなたと取引をする他の人たちも、あなたの選択に気づき、順番に選択を変えていくかもしれません。
リストを書くことは、エネルギーを使うわけでもなく、権力を集中させるわけでもありません。
そして、これは単なる理論ではありません。このプロセスに基づくコンセンサスシステム、XRP Ledgerは過去10年間運用されてきました。
この10年間で、ネットワークはまさに今説明したような方法で進化してきたのです。自然なインセンティブによって、XRP Ledgerは一貫してより強固で分散化されたものとなっています。
今日、ほとんどの参加者は、個人の参加者、取引所、大学、そして私の会社Coilのようなネットワーク上に構築された企業を含む、世界中の地理的な範囲にまたがる35のバリデータに従っています。どの企業も2人超のバリデーターを支配しておらず、投票率は5.7％です。
BitcoinやEthereumとは異なり、ガバナンスプロセスは正式なもので、投票は取引の確認に使用されるのと同じコンセンサスプロセスを使用してプロトコル内で行われます。
長年にわたり、バリデーターは、マルチシグ、エスクロー、そして最近ではNFTのサポートといった新機能を含む、システムを改善するための45の修正案を可決することに成功しています。新しい修正案が常に投票されています。
しかし、これはXRP Ledgerに限った話ではありません。ブロックチェーンが社会で重要な機能を果たすには、エネルギー使用やガバナンスにまつわる疑問に対して、支持者がより良い答えを出さなければなりません。Ethereumがコンセンサスシステムを実際に切り替えるという大胆な一歩を踏み出したとき、そのような疑問の重要性を感じました。
私は、このことがきっかけで、より多くの人がProof of Associationを目指すようになることを望んでいます。エネルギー消費や権力の集中という問題を解決するだけでなく、ブロックチェーンのガバナンスをよりシンプルに、より強固に、より透明性の高いものにすることができるのです。
コンセンサスプロセスの第一原理を観察することから始まったものが、メカニズムそのものになる。コンセンサスの原理を明示することで、コンセンサスのメカニズムが明らかになるというのが、ここでの素晴らしさである。
開示：私はBitcoinとXRPの長期投資家である。私は、ボランティア開発者としてBitcoinに貢献し、Ripple社の最高技術責任者としてXRP Ledgerに貢献しました。私は、Ripple社から資金提供を受けたCoil社の創業者兼CEOである。上記のコンセンサスに関する私の考えは、私自身のものであり、必ずしもCoil、Ripple、または他の誰の見解も反映するものではありません。
この記事の編集に貢献してくれたAlec Liuに感謝いたします。