コンセンサスプロトコル
コンセンサス は、分散型決済システムの最も重要な特性です。従来の中央集権型決済システムでは、権限のある1人の管理者が決済の方法とタイミングについて最終的な決定権を持ちます。分散型システムでは、その名が示すとおり、そのような管理者は存在しません。その代わりに、XRP Ledgerのような分散型システムでは、参加者は定められた一連のルールに従うことになっているため、同じ一連のイベントとその結果についていつでも合意することができます。この一連のルールは、 コンセンサスプロトコル と呼ばれます。
コンセンサスプロトコルの特性
従来のデジタル資産と異なり、XRP Ledgerでは、コンセンサスプロトコルを使用します。このプロトコルは、XRP Ledger コンセンサスプロトコルと呼ばれ、次の重要な特性を持つように設計されています。
- XRP Ledgerを使用するユーザは誰でも、最新の台帳や、どのような取引がどのような順番で発生したかについて同意することができます。
- 中央のオペレーター無しに、有効な取引を処理することができます。また、障害が1か所に集中することもありません。
- 一部の参加者が不適切に参加、退去、または行動した場合でも、取引の処理は続行します。
- 多数の参加者がアクセスできない場合や、多数が不適切に行動している場合は、無効な取引を分離したり確認したりする代わりに、ネットワークは処理を停止します。
- 取引の確認のために、リソースを無駄に使ったり取り合う必要もありません。この点は、他の一般的なブロックチェーンシステムとは異なります。
これらの特性は、次の3原則としてまとめられます。優先順位の高い順に示します。正確さ、合意、処理の継続
このプロトコルはまだ発展段階にあり、その限界と起こり得る障害についての知識もまだ蓄積中です。プロトコル自体に関する学術研究については、コンセンサスリサーチをご覧ください。
背景
コンセンサスプロトコルは、二重支払いの問題、つまり同じデジタルマネーを2回使用することを防ぐという課題に対する解決策です。この問題において最も困難なのは、取引を順序立てる点です。中央管理者がいない中で、同時に複数の相互排他的取引が送信されたときに、先に到着したのはどの取引なのかという紛争を解決するのは困難です。二重支払いの問題や、XRP Ledger コンセンサスプロトコルでこの問題を解決する方法、およびそれに伴うトレードオフと制限事項の詳細な分析については、コンセンサスの原理とルールをご覧ください。
レジャー（台帳）履歴
XRP Ledgerは、「レジャーバージョン」、または略して「レジャー」と呼ばれるブロックで取引を処理します。レジャーの各バージョンには、次の3つの部分が含まれています。
- レジャーに保存されているすべての残高とオブジェクトの現在の状態。
- このレジャーにつながる、以前のレジャーに適用された一連の取引。
- レジャーインデックスや、その内容を一意に識別する暗号化ハッシュ、およびこのレジャーを構築するための基盤として使用された親レジャーに関する情報など、現行のレジャーバージョンに関するメタデータ。
レジャーの各バージョンには レジャーインデックス としての番号が付けられており、インデックスが1つ前のレジャーバージョンを基に新たな情報を追加する形で作成されています。一番最初まで遡ると、レジャーインデックスが1の ジェネシスレジャー と呼ばれる出発点に戻ります。¹これにより、Bitcoinや他のブロックチェーン技術と同様に、すべての取引とその結果についての公開履歴が形成されます。多くのブロックチェーン技術とは異なり、XRP Ledgerの新しい「ブロック」には現在の状態がすべて含まれているため、現在起こっている内容を把握するために履歴全体を収集する必要はありません。²
XRP Ledger コンセンサスプロトコルの主な役割は、前のレジャーに適用する一連の新しい取引に合意し、それらを明確に定義された順序で適用した上で、全員が同じ結果を得たことを確認することです。これが正常に行われると、レジャーバージョンは 検証済み 、および確定したとみなされます。続いて、次のレジャーバージョンが構築されます。
信頼に基づく検証
XRP Ledgerのコンセンサスメカニズムは、小さな信頼が大きな効果を生み出すという基本的な原理に支えられています。ネットワークの各参加者は、一連の バリデータ （検証者）を選択します。バリデータは常に誠実に行動することが期待されるさまざまな当事者によって運営されており、コンセンサスにアクティブに参加するように特別に設定されたサーバ上に存在します。さらに重要なことは、選択された一連のバリデータが互いに共謀して同じ方法を使ってルールを破ることはないということです。この一連バリデータのリストは、ユニークノードリスト（UNL）とも呼ばれます。
ネットワークが更新する中で、各サーバは信頼できるバリデータ³をモニターします。十分な数のバリデータが、一連の取引の発生を確認し、特定のレジャーにその結果が反映されたことに同意した場合、サーバによってコンセンサスが宣言されます。バリデータ間で同意が得られない場合、バリデータは信頼する他のバリデータとの間での意見の一致に向けて提案を修正します。このプロセスは、コンセンサスに達するまで何度か繰り返されます。
常に正しく行動しないバリデータが一部存在しても問題ありません。信頼できるバリデータのうち、正しく行動しないバリデータの割合が20%未満である場合は、制限なくコンセンサスは継続します。また、無効な取引を確認するには、信頼できるバリデータの80%以上が合意する必要があります。信頼できるバリデータのうち、正しく行動しないバリデータの割合が20%以上80%未満である場合、ネットワークは停止します。
XRP Ledger コンセンサスプロトコルで、さまざまな課題や攻撃、失敗の事例にどのように対応するかについての詳細な説明については、攻撃と失敗モードに対するコンセンサスの保護をご覧ください。
脚注
XRP Ledgerの運用開始当初に起きた事故により、1～32569番目までのレジャーが失われました。（この損失はレジャー履歴の第1週目に発生しています。）このため、現存する一番最初のレジャーは番号32570のレジャーです。XRP Ledgerの状態はすべてのレジャーバージョンに記録されるため、履歴がなくても継続することができます。新しいテストネットワークでは、レジャーインデックス1から始まります。
Bitcoinでは、現在の状態は「UTXO」（Unspent Transaction Outputの略）と呼ばれることもあります。XRP Ledgerとは異なり、BitcoinサーバではすべてのUTXOを把握し、新しい取引を処理できるように、トランザクション（取引）履歴全体をダウンロードする必要があります。2018年現在、Bitcoinの新しいサーバでこれを行う必要がないように、最新のUTXOのサマリーを定期的に提供するようコンセンサスメカニズムを修正する提案がいくつかあります。EthereumはXRP Ledgerと類似したアプローチを使用しており、各ブロックには、 状態ルート と呼ばれる現在の状態のサマリーがありますが、Ethereumは巨大な状態データを蓄積しているため同期するにはXRP Ledgerよりもより多くの時間を要します。
信頼できるバリデータをモニターするにあたり、サーバが直接それに接続する必要はありません。XRP Ledgerのピアツーピアネットワークでは、サーバが公開鍵によって互いを識別し、他のサーバからのデジタル署名付きメッセージを中継する ゴシッププロトコル によってモニターします。