ヘデラ（HBAR）で使われるコンセンサスアルゴリズムとは？

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、高いスループット、低い遅延、そして高いセキュリティを実現することを目的としています。本稿では、ハッシュグラフの仕組み、その特徴、そしてヘデラにおける具体的な実装について詳細に解説します。

1. コンセンサスアルゴリズムの基礎

分散型システムにおいて、コンセンサスアルゴリズムは、ネットワークに参加する複数のノードが、データの整合性について合意を形成するための重要なメカニズムです。ブロックチェーンにおいては、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）やプルーフ・オブ・ステーク（PoS）などが代表的なコンセンサスアルゴリズムとして知られています。しかし、これらのアルゴリズムには、スケーラビリティの問題やエネルギー消費の多さといった課題が存在します。ハッシュグラフは、これらの課題を克服するために開発された、革新的なコンセンサスアルゴリズムです。

2. ハッシュグラフの仕組み

ハッシュグラフは、グラフ構造を用いてトランザクションの履歴を記録します。各ノードは、自身が受信したトランザクションと、他のノードから受信したトランザクションに関する情報を「イベント」として記録します。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、グラフ構造を形成します。このグラフ構造が、トランザクションの履歴を表現する台帳となります。

2.1. Gossip about Gossip

ハッシュグラフの重要な特徴の一つが、「Gossip about Gossip」と呼ばれる情報伝達プロトコルです。各ノードは、自身が知っているイベント情報を、ランダムに選択した他のノードに伝達します。このプロセスを繰り返すことで、ネットワーク全体にイベント情報が拡散されます。この際、単にトランザクション情報だけでなく、他のノードがどのようなイベントを知っているかという情報も伝達されるため、「Gossip about Gossip」と呼ばれます。このプロトコルにより、ネットワーク全体に迅速かつ効率的に情報が伝達され、コンセンサス形成を促進します。

2.2. Virtual Voting

ハッシュグラフでは、明示的な投票プロセスは行われません。代わりに、「Virtual Voting」と呼ばれるメカニズムを用いて、コンセンサスを形成します。各ノードは、自身の受信したイベント情報を基に、トランザクションの有効性について暗黙的に判断します。そして、ネットワーク全体に情報が拡散されるにつれて、各ノードは他のノードの判断を考慮し、自身の判断を修正していきます。最終的に、ネットワーク全体でトランザクションの有効性について合意が形成されます。このプロセスは、あたかもノードが互いに投票を行っているかのように見えるため、「Virtual Voting」と呼ばれます。

2.3. Fair Timestamping

ハッシュグラフは、「Fair Timestamping」と呼ばれるメカニズムを用いて、トランザクションのタイムスタンプを決定します。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をブロックに含める際にタイムスタンプを付与しますが、このプロセスはマイナーの恣意的な操作を受ける可能性があります。ハッシュグラフでは、トランザクションがネットワークに最初に到達した時刻を正確に記録するために、各ノードが受信したイベントのハッシュ値を用いてタイムスタンプを決定します。このメカニズムにより、トランザクションのタイムスタンプが公平かつ正確に決定され、不正な操作を防止します。

3. ヘデラにおけるハッシュグラフの実装

ヘデラハッシュグラフは、ハッシュグラフのコンセンサスアルゴリズムを基盤として構築されたパブリックDLTです。ヘデラは、企業向けの分散型アプリケーションの開発を支援することを目的としており、高いスループット、低い遅延、そして高いセキュリティを提供します。ヘデラにおけるハッシュグラフの実装には、いくつかの特徴があります。

3.1. Governing Council

ヘデラは、分散型のガバナンスモデルを採用しており、「Governing Council」と呼ばれる主要な組織によって管理されています。Governing Councilは、世界中の大手企業や大学などで構成されており、ネットワークの運営方針や技術開発の方向性を決定します。Governing Councilのメンバーは、ネットワークのノードを運用し、コンセンサス形成に参加します。このガバナンスモデルにより、ネットワークの安定性と信頼性が確保されます。

3.2. Hedera Consensus Service (HCS)

ヘデラは、「Hedera Consensus Service (HCS)」と呼ばれるサービスを提供しており、これにより、開発者はハッシュグラフのコンセンサスアルゴリズムを直接利用することができます。HCSを利用することで、開発者は自身のアプリケーションに、高いスループットと低い遅延を実現するコンセンサスメカニズムを容易に組み込むことができます。HCSは、トランザクションの順序付け、タイムスタンプの付与、そしてコンセンサス形成を自動的に行います。

3.3. Hedera Token Service (HTS)

ヘデラは、「Hedera Token Service (HTS)」と呼ばれるサービスも提供しており、これにより、開発者は独自のトークンを容易に発行することができます。HTSは、ハッシュグラフのコンセンサスアルゴリズムを用いて、トークンの発行、転送、そして管理を安全かつ効率的に行います。HTSを利用することで、開発者は自身のアプリケーションに、独自のトークンエコノミーを容易に組み込むことができます。

4. ハッシュグラフの利点と課題

ハッシュグラフは、従来のブロックチェーンと比較して、いくつかの利点と課題を有しています。

4.1. 利点

• 高いスループット: ハッシュグラフは、従来のブロックチェーンと比較して、はるかに高いスループットを実現することができます。
• 低い遅延: ハッシュグラフは、トランザクションの確定時間が短く、低い遅延を実現することができます。
• 高いセキュリティ: ハッシュグラフは、非同期バイザンチンフォールトトレランス（aBFT）と呼ばれる高度なセキュリティ特性を備えています。
• 低いエネルギー消費: ハッシュグラフは、PoWのようなエネルギー消費の多いコンセンサスアルゴリズムを使用しないため、低いエネルギー消費で動作します。

4.2. 課題

• 複雑な実装: ハッシュグラフは、従来のブロックチェーンと比較して、実装が複雑です。
• ネットワーク効果: ハッシュグラフの性能は、ネットワークの規模に依存します。ネットワーク規模が小さい場合、性能が低下する可能性があります。
• ガバナンス: Governing Councilによるガバナンスモデルは、中央集権化のリスクを伴う可能性があります。

5. まとめ

ヘデラハッシュグラフは、ハッシュグラフと呼ばれる独自のコンセンサスアルゴリズムを採用することで、高いスループット、低い遅延、そして高いセキュリティを実現しています。ハッシュグラフは、「Gossip about Gossip」や「Virtual Voting」といった革新的なメカニズムを用いて、コンセンサスを形成します。ヘデラは、企業向けの分散型アプリケーションの開発を支援することを目的としており、HCSやHTSといったサービスを提供することで、開発者はハッシュグラフのコンセンサスアルゴリズムを容易に利用することができます。ハッシュグラフは、従来のブロックチェーンと比較して、いくつかの利点と課題を有していますが、その革新的な技術は、DLTの未来を形作る可能性を秘めています。今後の技術開発とネットワークの拡大により、ハッシュグラフは、より多くの分野で活用されることが期待されます。