QuarkChain vs Ziliqa-シャーディングによるブロックチェーンサービスの比較

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シャーディング技術によるスケーラビリティ改善のためのブロックチェーンサービス

まず、シャーティング技術について簡単に説明しておきたいと思います。

スケーラビリティは既存のパブリックブロックチェーンが直面している最大の課題の一つです。スケーラビリティがないと、現実的なdApp(分散型アプリケーション)を想像するのが特に難しく、スケーラビリティを解決するには様々な対策があるのですが、シャーディングは強力な解決法と言われています。

シャーディングは、ネットワークシャーディング(network sharding)、トランザクションシャーディング(transaction sharding)、コンピュテーショナルシャーディング(computational sharding)など様々な形があり、そのなかで最も重要とされているのが、ネットワークシャーディングです。

ネットワークシャーディングはスケーラビリティ改善の秘策です。

ネットワークをシャードと呼ばれる小さなグループのノードに分割するメカニズムです。簡単に言えば、1000ノードのネットワークを想像してから、ネットワークを100ノードで構成された10個のシャードに分けることができます。

例えば、Zilliqの場合は、自動的に100個のノードを持つ10個のシャードにネットワークを分割します。現在では、これらの断片はトランザクションを並行して処理できます。

各シャードが毎秒10トランザクションを処理できる場合、すべてのシャードは一緒に100トランザクション/秒を処理できます。

断片化されたアーキテクチャのためにトランザクションを並行して処理できるため、スループットはネットワークのサイズとともに直線的に増加することになります。

このシャーディングの考え方は新しいものではなく、パフォーマンス、スケーラビリティ、I / O帯域幅を向上させるためにデータベースの分野では採用されています。

Zilliqa について

Zilliqaは、無許可のオープンでオープンなネットワークを安全に拡張するように設計された新しいブロックチェーンプラットフォームです。 Zilliqaをスケーラブルにする中心的な機能は、ネットワークを複数の小さなコンポーネントネットワーク(シャードと呼ばれる)に分割して、並列にトランザクションを処理できることです。

Zilliqaチームは2015年に論文のシャーディング理論を提案し、以来このプロトコルは研究、洗練され、積極的に開発されてきました。

シャーディングに関するチームの作業のおかげで、鉱業ネットワークが拡大するにつれ、トークンの取引レートは増加します。

Zilliqaは、VISAやMasterCardなどの従来の集中決済方式に匹敵することを目指しています。

実際、10,000ノードのネットワーク・サイズで、Zilliqaは、VISAとMasterCardのスループットと同等のスループットを商人にとってはるかに低い料金で実現します。

QuarkChain について

 

Quarkchainはスケーラビリティ改善のための新たなブロックチェーンソリューションです。イーサリアムでも取り組まれているシャーディング技術を基本にして、二層レイヤー、クロスシャード、共同マイニングなどによって1秒間に数百万回の取引を目指しています。

同社は中国チームであり、既存のシャーディングプロジェクトのZiliqaに匹敵する結果をテストネットで証明しました。トークン販売は6月から開催される予定です。

Point

QuarkChainとZilliqaはテストネットでシャーディングを実装している数少ないのプロジェクトです。

 

私はいくつかの重要項目で比較してみました。

  • ICOステータス
  • プロジェクト内容
  • 技術ロードマップ

ICOステータスの比較

 

Zilliqa

QuarkChain

サービス

ブロックチェーンサービス

(シャーディング)

ブロックチェーンサービス

(クロスシャード)

ICO価格

0.0038USD

0.0214USD

総供給量

126億枚

100億枚

キャップ制限

個人キャップ2-5ETH

不明

ホワイトリスト登録

ホワイトリストあり

あり

エアードロップ

バウンティあり

あり

取引先

Binance

Huobi

OKEx

Kucoin

 未定

時価総額

23位

 不明

コミュニティ

twitter:36897

telegram:28521

 

 twitter:14031

telegram:83237

ICOdrops

VeryHighInterest

VeryHighInterest

 

Ziliqaは発行枚数に対してトークン単価が非常に安いのが印象的でした。個人キャップ制限は、中国、日本人、アメリカ人は参加できませんでしたので、稀少性は高かったです。

バウンティサポートでトークンを入手できました。

このような希少性から、Zilトークンの価格は、公開後初期に一気に跳ね上がり初日で15倍をマークしました。その後、Huobiに上場後は下げましたがBinance OKExにも上場し、確実に取引量を増やしてランキング23位まできています。

 

 

循環量は72.86億枚程度で時価総額1400億円です。

QuarkChainは、ホワイトリスト登録の難易度が高く、誰でも参加できるわけではありませんので、同様にトークンの稀少性が高いです。

トークン単価は、比較的安く、バウンティやサポートでエアードロもあります。

2千万ドルのハードキャップは、最も類似したプロジェクトであり、現時点ではまだ過小評価されているZilliqaの時価総額のわずか2.8%に相当します。

プロジェクト内容の比較

 

Ziliqa

QuarkChain 

チーム

シンガポール

中国

パートナー

BitcoinSuisse

DHVC

FBGcapital

Metachain

NODEcapital

ONe Block

PolychainCapital

TALENTA

KeneticCapital

mopheusLabs

SegmentFault

アルゴリズム

PoW&PBFT

Asic耐性PoW

ノード作成方法

DSCノード

 マイナーとルートブロックチェーン

シャードサイズ

最小600

 不明

マイニング

あり

あり

スーパーノード

  あり

クロスチェーン取引

なし あり

 

技術的なソリューションに関しては、どちらもシャーディングを取り入れてますのでらその問題点を克服する必要があります。

シビル攻撃の対策

問題:パブリックブロックチェーンの場合、インターネット上なら誰でもアクセスできるため、悪意のユーザーは、複数のノードを利用して、ノードの同意を求めるコンセンサスの環境下で、投票の多数を得ること(シビル攻撃)を図ることができ、問題となります。

通常PoWではセキュリティを維持しながらシャード作成は困難です。そのためあらかじめ有効なバリデータが把握できるPoSが採用されます。

Ziliqaの解決策:PoWとPBFT

Zilliqaはプルーフ・オブ・ワーク(Proof-of-Work)を利用しており、Zilliqaのネットワークに参加するにはPoWを行う必要があります。それから、ネットワークの既存ノードがそれを確認してから初めて、ネットワークに新しいノードの参加が認められる仕組みです。

さらにPBFTを用いることで、多大な計算量を使う作業ではないため、マイナーにとってエネルギーの負担は比較的に低くなります。

PBFTについて

PBFT(プラクティカルビザンチンフォールストレランス)アルゴリズムは分散システムの解決策であり、ノードの一部が停止しても問題なく合祀形成できる仕組みのこと

 

NEOノードの記事も参考になります。

Zilliqaでは、PoWでノードの正体が一旦判明できたら、複数のブロックを連続でPBFTを起動してコンセンサスを求めることができます。

PBFTを利用することで、マイナー全員にインセンティブを与えることができるメリットがあり、PBFTのコンセンサスでは、マイナー全員が一つの記録に対して賛否をメッセージ認証で示さなければならなくて、共同の決断が必要とする。

一方、ビットコインの場合は非常に難解な問題を一番早く解決することを全員のマイナーが競い合い、問題を解決した者のみ報酬を手にすることができる(勝者総取りの原則)。

PBFTを利用する場合、コンセンサスでたどり着いた結果は「ファイナリティ」(finality)と呼ばれます。

ブロックチェーン上で、次のブロックが生成される瞬間、すでに完了状態が明確です。

これに対し、ビットコインで使われているナカモトコンセンサスは、ブロックが記録された時点では、完了状態が「確率的」に証明されているだけで、さらに1時間をかけて6段階の承認が必要となり、トランザクションに時間がかかります。

 

QuarkChain の解決策:Powと二層レイヤー

通常PoWではセキュリティを維持しながらシャード作成は困難です。

QuarkChain の場合は、シャードに報酬の仕組みがあり、市場主導の共同鉱業による保証されたセキュリティがあります。

すべてのトランザクションのセキュリティを保証するため、ゲーム理論上のフレームワークはインセンティブのために設計されており、ハッシュ・パワー全体の少なくとも50%がルート・チェーンに割り当てられます。

QuarkChainは、ASIC耐性PoWを使用するハイブリッドのProof-of-Work(PoW)ブロックチェーンです。ルートチェーンは、フォークに対処するための「ルートチェーンの最初の」コンセンサスに従って、各シャードされたブロックチェーンがPoW経由でコンセンサスに達します。

2層システムのため、アドバイザーは、シャードされたブロックチェーンレベルで行われたトランザクションを元に戻す前に、第2層のルート+チェーン上のトランザクションを最初に元に戻す必要があります。

マイニング難易度アルゴリズムは、ハッシュパワーがシャードされたマイナーブロックチェーンとルートブロックチェーンに均等に分散されるように設計されています。

QuarkChainのマイニング難易度アルゴリズムは、常にルートブロックチェーンに割り振られた合計ハッシュパワーの50%以上が存在するように設計され、残りの50%は、シャードされたブロックチェーン間で均等に分散されます。

QuarkChainを攻撃しようとする悪意のあるユーザーは、ネットワークの総ハッシュパワーの少なくとも25%を必要とします。これはBitcoinに必要な51%未満です。

2. シャードの作成

問題:例えば、1,000ノードのネットワークがあるとして、それを10シャードに分割するなら、どのノードをどのシャードに割り振るかも問題となります。これは、悪意のノードがすべて一つのシャードに集めたら、ネットワーク全体の安全性が損なわれるためです。

解決策:Zilliqaではまず、DS コミッティー (Directory Service Committee)という専用ノード群を選出し、これはPoWを通して行われる。コミッティーは一定の間隔で、一つのメンバーを除去し、新しいメンバーを組み入れ、この入れ替えの順番は、一番最初にコミッティーに入ったメンバーから、先入れ先出しの順番で行われます。

DSコミッティーが新しいメンバーとして組み入れるのは、多大な計算量を要する問題(プルーフ・オブ・ワーク)を最初に解いたノードで、メンバーが選定されたら、シャーディングのプロセスを起動します。

ここで、ネットワークに参加しているすべてのノードがもう一回プルーフ・オブ・ワーク作業をしなければならない。コミッティーは、提出されたプルーフ・オブ・ワークのデータを承認することによって、各ノードをどのシャードに割り振るかを決めます。

3. シャードのサイズ

問題:シャードのサイズ(中に入っているノードの数)が小さすぎたら、悪意のノードがシャードをコントロールしやすくなる。

解決策:各シャードの中に、いくつのノードを入れるべきかも重要な問題である。仮に100ノードが入っているシャードがあるとしたら、そのなかの3分の1が悪意のノードである確率はおおよそ0.04である。この確率はシャードのサイズが増えれば増えるほど、小さくなる。一つのシャードに600ノードが入った場合は、悪意のノードが全体の3分の1以上を占める確率は百万に一つまで下がる。そのため、Zilliqaはシャードのサイズの最小限を600ノードにしている。

3分の1が悪意のノードである確率。600ノードが一つのシャードに入った場合は、悪意のノードが全体の3分の1以上を占める確率は百万に一つまで下がる。

一方でQuarkChain では以下のような分析がしてあります。

CPUについて

1)CPU:CPUを消費する部分はトランザクションの検証です。私たちの実験によれば、シングルコアでは数秒間に数千回のトランザクション(たとえばAWS EC2 c5インスタンス)を検証でき、シャーディングによってコア数が増加するとQuarkChainの容量はほぼ直線的に拡大する可能性があります(AWS EC2 c5インスタンスは最大72xコア)。さらに、既存の研究によると、GPU最適化では、GPUによる暗号操作はCPUの暗号操作より5倍以上速くなる可能性があります。 CPU / GPUを完全に最適化すれば、単一ノードで100 + Kトランザクション/秒の検証が可能になります。クラスタリング機能を有効にすると、QuarkChainはクラスタ内に10台以上のマシンで1 + MのTPSを達成できるはずです。

ネットワーク帯域幅について

2)ネットワーク帯域幅:トランザクションサイズが約250バイトで、100 + TPSが約2Gbpsのネットワーク帯域幅を占めると仮定します。現時点ではかなり高いですが、このようなネットワーク帯域幅は、今後数年間でファイバなどの新しいネットワーク技術によって徐々に利用可能になります。

ブロックサイズについて

3)また、QuarkChainのもう1つのボトルネックは、ルートチェーンのブロックサイズ制限です。 8MBのルートブロックサイズ制限、トランザクションあたり256バイト、シャード内の1Mあたりのブロックサイズは128バイトのブロックヘッダーを考慮すると、ルートブロックは8M / 128 * 1M / 256 = 256Mトランザクションを確認できます。ルートブロック間隔が150秒である場合、QuarkChainでサポートされる1秒あたりの最大トランザクションは1.7 + M TPSになります。

技術的ロードマップの比較

 

Ziliqa

QuarkChain 

現段階

テストネット

テストネット

メインネット稼働時期

メインネット2018Q3

 コア1.0メインネット2018年第4四半期

処理能力(内部テスト段階)

1,389 TX / s(4シャード、2,400ノード)

1,100 TX / s(8シャード)
個人のノード参加

未定

未定

マイニング

テストネットが稼働する第3四半期から可能

未定

スマートコントラクト統合

2018年第2、3四半期ごろ

 2019年第2四半期

 

プロダクト開発に関しては、両者ともテストネット段階にあり、大差はありません。

 

Ziliqaの内部テストネットトライアル実行 –  1,389 TX / s(4シャード、2,400ノード)でした。

 

テストネットで毎日実施されている実験で得られた結果を簡単に把握できます。

すべてのノードは現在、AWS EC2インスタンスで実行されています。

現在の2,400ノードの内部テストネットは、1,389トランザクション/秒を処理できます。しかし、Zilliqaにさらなる拡張性をもたらし、多くの機能を追加する革新と開発のマイルストーンは、これからもますます多くあります。

最近の実験では、Zilliqaプライベートテストネットワークは、3,600ノードの2,488トランザクションのピークスループットを記録しました。

内部での実験では、2~3,000ノードで 1秒2~3,000取引を達成した。この数週間には新機能を追加したので、システムの安定性をさらに改善する必要がある。現在のテストネットは1,000(4シャード)をAWSでリーリスする。

Ziliqaのバージョンのテストネットで(まだ)できないこと

      • 自分のノードでネットワークに参加する: テストネットの安定性が改善されたらコミュニティーメンバーも参加できる
      • マイニング: マイニングは第三四半期メインネットがリーリスする時にできる。テストネットで発行するZILはテスト用のみだ。
      • スマートコントラクト: スマートコントラクトは開発中なので第二·三四半期にテストネットに統合する
      • トランザクション承認: ノンス承認は数週間後の間に追加する

QuarkChain のテストネットは現在8つのシャードで実行されています(これは設定可能です)。チェーンは、Proof-of-Workでマイニングしています。個々のシャードは100~200TPSで動作し、全体のTPSは現在約1.1kで動作しています。

テストネットはボランティアで定期的に行われており、6月には公開テストネットのバージョン1がリリースされます。

シャーディング技術の補完的な役割を担うクロスチェーンに対応している点がメリットです。

【ICOレビュー】QuarkChain-クロスシャード技術により1秒間に数百万回のトランザクションを可能にする高スループットブロックチェーン

こちらの記事でも説明してますが、クロスシャードという仕組みがあり、これによって、鉱山プールに参加することなく、より小さい鉱夫が効果的に参加できるようにすることで、より多くのノードでスケーラビリティが大幅に向上します。

このクロスシャードの取引の送受信メカニズムは実現しており、ルートチェーンの最初のpowも然りです。

そして、肝心なメインネットに関しては、2018年第4四半期(10-12月)です。

結論-Ziliqaに続けるか

Ziliqaはトークン構造など様々な理由から、ICOすでに数十倍を達成することができました、メインネット稼働に向けてさらに需要は伸びていきます。

QuarkChainはICO開催前の時点でテストネット段階に入り、Ziliqaの初期同党のステータスを維持しています。それにもかかわらず、時価総額はZiliqaの数%しか及んでいません。さらにZiliqaやほかのブロックチェーン3.0型とは異なる視点(クロスシャード技術)もあります。

したがって、QuarkChainは、2018年に最も成功したICOプロジェクトの1つになる可能性があると考えられます。

参考文献

Ziliqa whitepaper 

ziliqa medium

QuarkChain whitepaper

Quarkchain steemit

関連リンク

https://www.quarkchain.io/

https://www.quarkchain.io/QUARK%20CHAIN%20Public%20Version%200.3.2.pdf

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