ヘデラ（HBAR）で使われるコンセンサスアルゴリズムの特徴

ヘデラハッシュグラフ（Hedera Hashgraph）は、分散型台帳技術（DLT）の一種であり、従来のブロックチェーンとは異なる独自のコンセンサスアルゴリズムを採用しています。そのアルゴリズムは、ハッシュグラフと呼ばれるデータ構造と、公平性、セキュリティ、効率性を追求したコンセンサスメカニズムによって特徴付けられます。本稿では、ヘデラで使用されるコンセンサスアルゴリズムの技術的な詳細、利点、そして他のコンセンサスアルゴリズムとの比較について詳細に解説します。

1. ハッシュグラフの基本構造

ハッシュグラフは、イベントと呼ばれるトランザクションの記録を、グラフ構造で表現します。各イベントは、以下の情報を含みます。

• トランザクション：イベントに含まれるデータ
• タイムスタンプ：イベントが発生した時間
• 親イベント：イベントが依存する過去のイベント
• 署名：イベントの作成者のデジタル署名

これらのイベントは、ハッシュ値を用いて相互にリンクされ、ハッシュグラフを形成します。各イベントは、自身のトランザクション、タイムスタンプ、そして親イベントのハッシュ値をハッシュ化することでハッシュ値を生成します。このハッシュ値は、次のイベントの親イベントとして使用されます。これにより、イベント間の依存関係が明確になり、改ざんを検出しやすくなります。

2. ゴシップ・アバウト・ゴシップ（Gossip about Gossip）プロトコル

ヘデラハッシュグラフのコンセンサスアルゴリズムの中核となるのが、ゴシップ・アバウト・ゴシッププロトコルです。このプロトコルは、ネットワーク内のノードがランダムに他のノードにイベント情報を共有することで、イベントの伝播を促進します。従来のブロックチェーンにおけるブロードキャストとは異なり、ゴシップ・アバウト・ゴシッププロトコルは、情報の伝播効率を高め、ネットワークの負荷を軽減します。

ゴシップ・アバウト・ゴシッププロトコルは、以下の2つのステップで構成されます。

• ゴシップ：ノードがランダムに選択した他のノードに、自身が知っているイベント情報を送信します。
• ゴシップ・アバウト・ゴシップ：ノードが受信したイベント情報について、そのイベントがどのイベントから派生したのか（親イベント）を他のノードに伝えます。

このプロトコルにより、ネットワーク全体にイベント情報が迅速かつ効率的に伝播し、各ノードはハッシュグラフの全体像を把握することができます。

3. バーチャル・ヴォーティング（Virtual Voting）

ヘデラハッシュグラフでは、従来の投票メカニズムの代わりに、バーチャル・ヴォーティングと呼ばれる手法を採用しています。バーチャル・ヴォーティングは、イベントのタイムスタンプとハッシュグラフの構造に基づいて、イベントの順序と合意を決定します。この手法は、明示的な投票プロセスを必要とせず、高いスループットと低い遅延を実現します。

バーチャル・ヴォーティングのプロセスは、以下の通りです。

• 各ノードは、受信したイベントのタイムスタンプとハッシュグラフの構造に基づいて、そのイベントがどのイベントよりも先に発生したかを判断します。
• 各ノードは、自身の判断に基づいて、イベントの順序を決定します。
• ネットワーク全体で、各ノードの判断が一致することで、イベントの順序と合意が確立されます。

バーチャル・ヴォーティングは、イベントのタイムスタンプとハッシュグラフの構造に基づいて合意を形成するため、悪意のあるノードによる攻撃を防御する効果があります。

4. 公平性（Fairness）

ヘデラハッシュグラフは、トランザクションの順序決定において高い公平性を実現しています。従来のブロックチェーンでは、マイナーがトランザクションの順序を決定するため、マイナーによるトランザクションの優先順位付けや、フロントランニングなどの問題が発生する可能性があります。しかし、ヘデラハッシュグラフでは、バーチャル・ヴォーティングによってトランザクションの順序が決定されるため、特定のノードによるトランザクションの操作を防ぐことができます。

ヘデラハッシュグラフにおける公平性は、以下の2つの側面から実現されます。

• トランザクションのタイムスタンプ：トランザクションのタイムスタンプに基づいて、トランザクションの順序が決定されます。
• ハッシュグラフの構造：ハッシュグラフの構造に基づいて、トランザクションの順序が検証されます。

これらの側面により、ヘデラハッシュグラフは、トランザクションの順序決定において高い公平性を実現し、ユーザー間の信頼性を高めます。

5. セキュリティ（Security）

ヘデラハッシュグラフは、高いセキュリティを誇ります。そのセキュリティは、以下の要素によって支えられています。

• 非同期バイザンチンフォールトトレランス（aBFT）：ヘデラハッシュグラフは、aBFTと呼ばれる耐障害性技術を採用しています。aBFTは、ネットワーク内のノードの一部が故障したり、悪意のある行動をとったりした場合でも、ネットワーク全体の合意を維持することができます。
• ハッシュグラフの構造：ハッシュグラフの構造は、改ざんを検出しやすく、データの整合性を保証します。
• デジタル署名：各イベントには、作成者のデジタル署名が含まれており、イベントの真正性を保証します。

これらの要素により、ヘデラハッシュグラフは、高いセキュリティを維持し、悪意のある攻撃からネットワークを保護します。

6. 他のコンセンサスアルゴリズムとの比較

ヘデラハッシュグラフのコンセンサスアルゴリズムは、従来のブロックチェーンで使用されるコンセンサスアルゴリズムと比較して、いくつかの利点があります。

特徴	プルーフ・オブ・ワーク（PoW）	プルーフ・オブ・ステーク（PoS）	ヘデラハッシュグラフ
スループット	低い	中程度	高い
遅延	高い	中程度	低い
エネルギー消費	高い	低い	非常に低い
セキュリティ	高い	中程度	高い
公平性	低い	中程度	高い

プルーフ・オブ・ワーク（PoW）は、高いセキュリティを誇りますが、スループットが低く、エネルギー消費が高いという欠点があります。プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、PoWと比較してエネルギー消費が低いですが、セキュリティが低いという懸念があります。ヘデラハッシュグラフは、PoWとPoSの欠点を克服し、高いスループット、低い遅延、高いセキュリティ、そして高い公平性を実現しています。

7. まとめ

ヘデラハッシュグラフのコンセンサスアルゴリズムは、ハッシュグラフと呼ばれる独自のデータ構造と、ゴシップ・アバウト・ゴシッププロトコル、バーチャル・ヴォーティングなどの革新的な技術によって特徴付けられます。このアルゴリズムは、従来のブロックチェーンと比較して、高いスループット、低い遅延、高いセキュリティ、そして高い公平性を実現します。ヘデラハッシュグラフは、分散型アプリケーション（DApps）やエンタープライズ向けのブロックチェーンソリューションとして、大きな可能性を秘めています。今後の技術開発と普及によって、ヘデラハッシュグラフがDLTの分野で重要な役割を果たすことが期待されます。