プルーフ・オブ・オーソリティ(PoA)

プルーフ・オブ・オーソリティ(PoA) は、評判ベースのコンセンサスアルゴリズムでプルーフ・オブ・ステークを変更したバージョンです。 主にプライベートチェーン、テストネット、ローカル開発用ネットワークで使われています。 評判ベースのコンセンサスアルゴリズムであるプルーフ・オブ・オーソリティは、ブロックを生成するために、認証された署名者達のセットを信頼することを求めます。この点でステーキングベースのメカニズムであるプルーフ・オブ・ステークと違います。

前提条件

このページについて深く理解するには、事前にトランザクション、ブロック、コンセンサスメカニズムについて読むことをお勧めします。

プルーフ・オブ・オーソリティ(PoA)とは何か

プルーフ・オブ・オーソリティは、プルーフ・オブ・ステーク (PoS) を変更したバージョンです。プルーフ・オブ・ステークによるステークベースのメカニズムの代わりに、評判ベースのコンセンサスアルゴリズムを使います。 この用語は、ギャビン・ウッドによって2017年に初めて紹介されました。そして、このコンセンサスアルゴリズムは、テストネットやローカル開発ネットワークなどのプライベートチェーンで最も使われています。プルーフ・オブ・ワークのような高品質なリソースを必要しませんし、少数のノードがブロックチェーンを保存し、ブロックを生成するのでプルーフ・オブ・ステークのようなスケーラビリティの問題もありません。

プルーフ・オブ・オーソリティは、認証された署名者達のセットを信頼することを求めます。この署名者達のセットは、ジェネシスブロックに設定されます。 現在の最新の実装としては、認証された署名者のすべてが平等のパワーと権限を保持し、チェーンのコンセンサスに至ります。 評判ベースのステーキングは、すべての認証されたバリデータは本人確認手続き(KYC)などを通して周知されているか、有名な機関のみがバリデータとなるので、バリデータが何か不正行為を行った場合、そのバリデータの身元が判明するというアイデアに基づいています。

プルーフ・オブ・オーソリティには、複数の実装がありますが、イーサリアムの実装の標準は、Cliqueです。これは、EIP-225(opens in a new tab)を実装しています。 Cliqueは、デベロッパーフレンドリーで、簡単に実装できる標準であり、クライアントの同期タイプのすべてをサポートしています。 他の実装としては、IBFT 2.0(opens in a new tab) やAura(opens in a new tab)などがあります。

仕組みの説明

プルーフ・オブ・オーソリティでは、新しいブロックを作るために、認証された署名者達のセットが選ばれます。 署名者達は、評判ベースで選ばれ、これらの署名者達のみが新しいブロックを作成することを許されます。 ラウンドロビン方式で署名者達が選ばれます。選ばれた各署名者は、特定の時間枠内でブロックを作成することが許されます。 このブロック作成時間は固定されており、署名者達は時間枠内にブロックを作成しなければなりません。

このコンテクストにおける評判というのは、定量化されているものではなく、MicrosoftやGoogleなどのように知名度のある企業の評判です。そのため、この信頼のある署名者達の選定方法は、アルゴリズムではなく、むしろ通常の人間活動における 信頼 です。たとえば、Microsoftが数百から数千ものスタートアップのプルーフ・オブ・オーソリティのプライベートネットワークを作成し、Microsoft自体が唯一の信頼された署名者としての役割りを果たして、将来的にGoogleのような知名度のある署名者達を追加する可能性があるならば、スタートアップ企業はMicrosoftが常に正直に行動することを疑うことなく信頼して、ネットワークを使います。 これにより、異なる目的で構築されたさまざまな小規模／プライベートネットワークでステーキングをする要件が解決でき、分散化と機能を維持できます。また、大量の電力とリソースを消費するマイナーの要件も解決されます。 VeChainのように一部のプライベートネットワークでは、プルーフ・オブ・オーソリティの標準を使用しています。また、一方でBinanceなどはPoSA(opens in a new tab) という、プルーフ・オブ・オーソリティとプルーフ・オブ・ステーキングのカスタマイズバージョンを使っています。

署名者達自身によって、この投票プロセスが行われます。 各署名者は、ブロックの新規作成時にブロック内で署名者の追加または削除の投票を行います。 投票はノードによって集計され、署名者達が加えられるか削除されるかは、閾値であるSIGNER_LIMITの特定の値に投票が到達したかどうかを基準とします。

小さなフォークが起こる状況があり得えます。ブロックの難易度は、署名が順序か順序外かによって違います。 「順序」のブロックの難易度は2、「順序外」のブロックの難易度は1です。 小さなフォークが発生した場合、「順序」ブロックにシールした多数の署名者を持つチェーンに最も多い難易度が累積し、勝利します。

攻撃ベクトル

悪意のある署名者達

署名者リストに悪意のあるユーザーが追加されたり、署名鍵およびマシンが侵害されたりする可能性があります。 このようなシナリオにおいて、プロトコルには、再編成やスパムに対して防御する能力が必要になります。 これに対する提案された解決策は、N人の認証された署名者達のリストが与えられた場合、署名者はKブロックの中から1ブロックだけミントすることができるというものです。これにより、被害が限定されます。また、残りのマイナーが投票により悪意のあるユーザーを排除できます。

検閲

もう1つの興味深い攻撃ベクトルは、署名者(あるいは署名者のグループ)が、認証者リストからそれらの署名者を削除することに投票したブロックを検閲しようとする場合です。 これに対処する方法は、署名者に許可されるミントの頻度をN/2の中から1に制限することです。 これにより、悪意のある署名者達は、署名するアカウントの最低51%をコントロールする必要があります。51%に達すれば、チェーンの新たな信頼できる情報源になることができます。

スパム

他の小さな攻撃ベクトルは、悪意のある署名者達がミントする各ブロック内において新たな投票提案をすることです。 ノードは、実際の認証された署名者のリストを作成するために、投票のすべてを集計する必要があるため、常に投票のすべてを記録しなければなりません。 投票枠に制限を設けないと、投票はゆっくりと、しかし無制限に増える可能性があります。 これに対する解決策は、Wブロックの 移動 枠を設けて、そのWブロック後の投票が古いと見なすことです。 妥当な枠は1～2エポックでしょう。

同時発生ブロック

プルーフ・オブ・オーソリティのネットワークでは、N人の権限のある署名者達がいる場合、各署名者はKブロックの中から1ブロックをミントすることが出来ます。これは、N-K+1人のマイナーが任意の時点でミントできることを意味します。 これらのマイナーによるブロックの競争を防ぐため、各署名者は、新しいブロックをリリースする時間に、小さなランダムな「オフセット」を追加するべきです。 このプロセスにより、小さなフォークが起こることはまれになりますが、場合によってはメインネットのようにフォークが起こることはあります。 署名者が権限を悪用したり混乱を引き起こしたりした場合、他の署名者達は投票により排除することができます。

例えば、認証された10の署名者達がいるとして、各署名者が20ブロック内で1ブロックを作成する許可があるならば、所定の時間以内に11のマイナーがブロックを作成することができます。 マイナー同士のブロック作成の競争を防ぐために、各署名者は 新しいブロックをリリースする時間に、小さなランダムな「オフセット」を追加します。 これにより、小さなフォークの発生を減らすことが出来ますが、イーサリアムのメインネットで見られるように、場合によってはフォークが発生する可能性があります。 署名者が権限を悪用したり、混乱を引き起こした場合、投票によりネットワークから排除することができます。

メリットとデメリット

参考リンク

• EIP-225(opens in a new tab) Clique標準
• プルーフ・オブ・オーソリティの研究(opens in a new tab) Cryptoeconomics
• プルーフ・オブ・オーソリティとは何か(opens in a new tab) OpenZeppelin
• プルーフ・オブ・オーソリティの説明(opens in a new tab) binance
• ブロックチェーンにおけるプルーフ・オブ・オーソリティ(opens in a new tab)
• Cliqueの説明(opens in a new tab)
• 非推奨のプルーフ・オブ・オーソリティであるAuraの仕様(opens in a new tab)
• 他のプルーフ・オブ・オーソリティの実装であるIBFT 2.0(opens in a new tab)

映像で学びたい場合

プルーフ・オブ・オーソリティの映像学習教材:

関連トピック

• プルーフ・オブ・ワーク
• プルーフ・オブ・ステーク