有向非巡回グラフの理解: この代替台帳技術がどのように機能するか

ブロックチェーン技術は金融セクターに革命をもたらしましたが、暗号通貨の分野から生まれた唯一の革新ではありません。近年、有向非循環グラフが潜在的に変革をもたらす分散元帳ソリューションとして注目を集めています。従来のブロックチェーンの逐次的なブロックベースの構造とは異なり、有向非循環グラフは取引を基本的に異なるアーキテクチャパターンで相互に接続されたノードとして整理します。この区別は単なる技術的なものではなく、分散型ネットワークにおける合意形成と取引の検証を達成するための根本的に異なるアプローチを表しています。

コア技術的な違い: 有向非循環グラフがブロックチェーンと異なる点

有向非循環グラフを理解するためには、まずそれらがブロックチェーン技術と構造的に異なる点を把握することが重要です。ブロックチェーンが一連にリンクされたトランザクションのブロックを作成することに依存するのに対し、有向非循環グラフは全く異なるアプローチを取ります。

非循環グラフのアーキテクチャは、頂点 (円 ) と辺 (有向線 ) を使用します。各頂点は、検証を待っているトランザクションを表します。有向辺はトランザクションの確認の順序と方向を確立します—重要なことに、それらは一方向にのみ流れ、決して戻ってサイクルを作ることはありません。この方向性の非循環的特性が名前の由来です。

ブロックチェーンでは、取引はブロックにグループ化され、プルーフ・オブ・ワークのようなコンセンサス機構を通じて検証され、その後チェーンに追加される。このプロセスはボトルネックを生み出す。一方、DAGベースのシステムは、ブロック作成の中間ステップなしに、前の取引の上に直接取引を構築する。その結果、チェーンのような構造ではなく、グラフのような構造になる。

有向非循環グラフにおけるトランザクション検証の仕組み

DAGネットワークにおけるトランザクション検証のメカニズムを理解することで、この技術がスケーラビリティソリューションを求める開発者に魅力的である理由が明らかになります。DAGシステムでトランザクションを開始すると、それはすぐに永久的なものにはなりません。代わりに、それは「ティップ」と呼ばれるものになります。これは、他のトランザクションによって検証されるのを待っている未確認のトランザクションです。

システムが洗練されるのはここです: 自分のトランザクションを提出するには、まず1つ以上の以前のティップを確認する必要があります。これらの以前のトランザクションを検証する際、あなたのノードはグラフを通じて遡り、ジェネシス・トランザクションまでの全経路を辿り、十分な残高が存在することと二重支払いが発生していないことを確認します。この検証が完了した後にのみ、あなたのトランザクションは新しいティップとなります。

これは自己強化型のコンセンサスメカニズムを生み出します。ネットワークが成長するにつれて、ユーザーは自分の取引を放送するために、以前の取引を継続的に検証します。ネットワークは、基本的にピアによって確認された取引の層を重ねることによって自らを構築します。これは、マイナーまたはバリデーターが取引をブロックに集めるブロックチェーンのモデルとは根本的に異なります。

非循環グラフにおける二重支出防止メカニズムは、パス検証を通じて機能します。ノードが以前の取引を検証する際、彼らは完全な取引履歴を評価します。もしユーザーが不正なパス—残高不足や詐欺的な取引を含むパス—に基づいて構築しようとすると、その取引は自身の正当性にかかわらず、ネットワークによって無視されるリスクがあります。

スピード、スケーラビリティ、エネルギー効率: 本当の利点

有向非循環グラフ技術の実用的な利点は、そのアーキテクチャの違いから生じます。取引が固定の時間間隔を持つ離散的なブロックに制約されないため、理論的には取引のスループットに制限はありません。ユーザーは、以前の取引を検証する限り、取引を継続的に提出できます。

これは三つの主要な利点に翻訳されます:

速度: 有向非循環グラフにおける取引は、ブロック時間の遅延に直面しません。取引は、次のブロックがマイニングまたは生成されるのを待つのではなく、十分な検証が行われた瞬間に処理されることができます。

スケーラビリティ: 有向非循環グラフを使用するネットワークは、ブロックサイズの制限やブロック時間の制約がないため、理論的にはレイヤー1のブロックチェーンよりもはるかに高い取引量を処理できる。

エネルギー消費: DAGシステムは、Proof of Workブロックチェーンが必要とするエネルギー集約型のマイニングプロセスを排除します。一部のDAGプロジェクトは依然としてPoW要素を取り入れていますが、それはエネルギーコストのほんの一部で行われます。ネットワーク参加者自身が通常の活動の一部として検証を行い、計算負荷を専門のマイナーに集中させるのではなく、全ユーザーベースに分散させます。

マイクロペイメント革命

有向非循環グラフ技術の最も魅力的なユースケースの1つは、マイクロペイメント—非常に少額の取引を処理することです。従来のブロックチェーンはこれに苦労しています。なぜなら、取引手数料が支払い額自体を超えることが多いからです。ビットコインやイーサリアムでは、5セントの取引を送信するのに10セントかかることがあり、そのため取引が経済的に非合理的になります。

DAGベースのシステムは、ゼロまたはほぼゼロの取引手数料でこれに対処します。マイニング報酬の構造がないため、仲介手数料は不要です。一部のDAGネットワークでは、取引のサイズやネットワークの混雑に関係なく、小さなノード手数料が発生します。つまり、この手数料はネットワークが忙しい時でもアイドルの時でも一定です。

これにより、DAG技術は特にIoTアプリケーションに適しており、デバイスは最小限のオーバーヘッドで頻繁に小額の取引を行う必要があります。

実世界の実装：どのプロジェクトが有向非循環グラフを使用しているか

理論的な利点にもかかわらず、有向非循環グラフ技術の採用は依然として限られています。DAGを使用した最も確立されたプロジェクトは、2016年に立ち上げられた**IOTA (MIOTA)**で、IoTアプリケーションのための機械間取引を可能にすることを使命としています。

IOTAは、Tangleと呼ばれる構造を介してDAGを実装しており、これはトランザクションを検証するために使用される相互接続されたノードで構成されています。このプロトコルでは、各ユーザーが自分のトランザクションが確認される前に2つの前のトランザクションを検証する必要があります。これにより、ネットワークのすべての参加者が積極的なバリデーターとなり、別々のマイナーやバリデーターセットを必要としない完全に分散化されたコンセンサスメカニズムが作成されます。

**Nano (XNO)**は、ブロックチェーンコンポーネントと有向非循環グラフの要素を組み合わせたハイブリッドアプローチを採用しています。各ユーザーはNanoネットワーク内で独自のブロックチェーンを維持し、送信者と受信者の間で個々の取引を処理します。両者は支払いを確認する必要があり、双方向の検証メカニズムを作成します。Nanoは、ゼロ取引手数料と即時決済の両方を実現することで知られるようになりました。

ブロックDAG (BDAG) は、エネルギー効率の良いマイニング機会を提供する別の実装を表しています。ビットコインの4年ごとの半減期とは異なり、ブロックDAGのマイニング報酬は12ヶ月ごとに半減し、ネットワーク参加のための異なる経済的インセンティブを生み出します。

有向非循環グラフが直面する制限

説得力のある利点があるにもかかわらず、有向非循環グラフ技術はブロックチェーンを支配的な分散台帳アーキテクチャとして置き換えていません。いくつかの重要な課題が残っています:

中央集権の圧力: 多くのDAGベースのネットワークは、ネットワークを立ち上げ、初期の成長段階での攻撃を防ぐために中央集権的要素を取り入れています。これらのコーディネーターや信頼されたノードは、暗号通貨の根底にある分散化の原則に矛盾します。開発者はこれを一時的なものとして提示していますが、完全な分散化への移行は不確実なままです。

限定的なスケールテスト: イーサリアム、ビットコイン、その他の確立されたブロックチェーンネットワークとは異なり、有向非循環グラフ技術は持続的で大規模な運用の下でテストされていません。レイヤー2ソリューションや新しいブロックチェーンは、より広範な採用とより長い運用履歴を達成しています。DAGシステムが毎日何十億ものトランザクションを処理する際に、セキュリティと分散化を維持できるかどうかは依然として疑問です。

未検証のセキュリティモデル: 従来のブロックチェーンのセキュリティは、10年以上の実運用を経て十分に理解されています。DAGのセキュリティはより理論的であり、潜在的な攻撃ベクトルやエッジケースが未発見である可能性があります。

未来：置き換えではなく補完技術

有向非循環グラフの採用の軌跡を見ていると、DAG技術はブロックチェーンを置き換えるのではなく、補完することがますます明らかになっています。異なるアプリケーションは異なる技術を好みます—ブロックチェーンの強みは強固なセキュリティ保証と証明された不変性にあり、​有向非循環グラフはスループットと効率に優れています。

暗号業界は技術的多様性の恩恵を受けています。プロジェクトは、特定の要件に基づいて、ブロックチェーンの証明されたセキュリティモデルと有向非循環グラフの効率モデルの間で選択できます。IoTアプリケーションは、有向非循環グラフの低料金の恩恵を受けます。最大限のセキュリティを必要とする金融アプリケーションは、確立されたブロックチェーンを好むかもしれません。

有向非循環グラフは、特定のユースケースに対して真の利点を持つ分散型台帳技術の魅力的な一部であり続けています。エコシステムが成熟するにつれて、両方の技術が共存し、それぞれが多様化した暗号の風景の中で異なる目的を果たすことが期待されます。この技術の可能性は現実のものですが、その限界も同様に明らかです—これは分散型台帳思考の進化であり、ブロックチェーン技術の避けられない置き換えではありません。