博士課程の学習要素: ブロックチェーン技術

この記事は、Craig Wright 博士のブログで最初に公開されたもので、著者の許可を得て再公開しました。

S1 – 運用上の定義

ブロックチェーンのスケーラビリティを研究する場合、関連する要素を一貫して正確に測定できるように、明確な運用上の定義を確立することが不可欠です。しかし、Walch (2017) は、ブロックチェーン技術を取り巻く流動的で論争のある言語によって引き起こされる課題が問題を引き起こす可能性があると主張しています。より具体的には、ブロックチェーンエコシステムで使用される用語は、不正確で、重複しており、一貫性がないことが多いと主張されています。さらに、異なる用語が同じ意味で使用されるため、混乱がさらに大きくなります。

この研究では、この言語の壁により規制当局がテクノロジーを正確に理解して評価することが困難になり、欠陥のある決定や管轄区域全体での一貫性のない規制につながる可能性があると主張します。さらに、ブロックチェーン業界の開発者やその他の人々は、リスクを過小評価しながら利点を誇張する活動に常に従事しています。 Walch (2020) が後の論文で強調しているように、ブロックチェーン技術に関する用語が不明確であるため、この技術の支持者は潜在的なリスクとマイナス面を軽視しながら、その機能とメリットを誇張することが容易になります。この状況は、ブロックチェーン技術の学際的な性質によってさらに悪化しており、規制当局は専門知識の欠如を理由に業界の主張に異議を唱えることをためらう可能性があります。

「フルノード」などの誤解を招く用語は、ブロックチェーンネットワーク内のノードの機能や機能についての誤解や誤解を招く可能性があります。したがって、文書内でこれらの用語と定義を定義することが重要です。したがって、これらの用語を理解するには、考慮すべきいくつかの操作上の定義を提示する必要があります。

トランザクションスループット: これは、特定の時間枠内でブロックチェーンネットワークが処理するトランザクションの数を指します。ネットワークのスケーラビリティを正確に測定するには、特定の時間単位 (XNUMX 秒あたりのトランザクション数、XNUMX 分あたりのトランザクション数など) を定義することが不可欠です。
確認時間: トランザクションが確認されてブロックチェーンに追加されるまでにかかる時間を表します。この定義には、トランザクションがブロックに含まれるのにかかる時間を指すのか、トランザクションを含むブロックの上に特定の数のブロックが追加されるのにかかる時間を指すのかを含める必要があります。
ブロックサイズ: ブロックチェーン内のブロックの最大許容サイズを定義します。これは、バイトまたはその他の関連単位で測定できます。ブロックサイズは、各ブロックに含めることができるトランザクションの数に影響するため、ネットワークのスケーラビリティを決定する上で重要な役割を果たします。
ネットワーク遅延: これは、ブロックチェーンネットワーク全体に情報を伝播する際に発生する時間遅延を指します。ネットワーク遅延は、ネットワーク全体のパフォーマンスとスケーラビリティに影響を与える可能性があります。したがって、一貫して定義および測定する必要があります。
ノード数: ブロックチェーンネットワークに参加しているアクティブなノードの総数を表します。ノードの数はネットワークのスケーラビリティに大きく影響する可能性があるため、アクティブなノードを決定するための正確な基準を定義することが不可欠です。
コンセンサスメカニズム: ノード間のコンセンサスを達成するためにブロックチェーンネットワークによって使用される特定のアルゴリズムまたはプロトコルを指します。コンセンサスメカニズムはスケーラビリティに影響を与える可能性があり、その運用定義には、使用される特定のアルゴリズムと関連パラメータに関する詳細が含まれる必要があります。
計算能力: ブロックチェーンネットワーク内の個々のノードの処理能力を定義します。計算能力は、トランザクションが検証されてブロックチェーンに追加される速度に影響を与える可能性があります。したがって、運用上の定義には、ハッシュレートや処理速度など、計算能力の測定に使用される特定の指標を含める必要があります。
スケーラビリティメトリック: これには、ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティを評価するために使用される特定のメトリックまたは基準が含まれます。それは、トランザクションのスループット、確認時間、または増加したトランザクション量を処理するネットワークの能力を決定するその他の測定可能な要因である可能性があります。

Nodes

コンピューターサイエンスでは、ノードはさまざまなデータ構造やネットワークシステムにおける基本的な概念です (Trifa & Khemakhem、2014)。ノードの具体的な定義は状況に応じて異なりますが、一般に、ノードはより大きな構造またはネットワーク内の個々の要素またはオブジェクトを指します。拡張用語で使用されるノードなどの用語の定義と、ブロックチェーンなどの特定の分野との間には、重大な重複が存在します。以下に、さまざまなコンピューターサイエンスドメインにおけるノードの標準的な定義をいくつか示します。

データ構造: リンクされたリスト、ツリー、グラフなどのデータ構造では、ノードは構造内の個々の要素またはデータ単位を表します。各ノードには通常、値またはデータペイロードと、構造内の他のノードへの XNUMX つ以上の参照またはポインタが含まれています。ノードは相互接続されて基礎構造を形成し、効率的なデータの保存と操作が可能になります。
ネットワーク: ネットワーキングでは、ノードとは、ネットワーク上でデータを送信、受信、または転送できるデバイスまたはエンティティを指します。これには、コンピュータ、サーバー、ルーター、スイッチ、またはその他のネットワーク対応デバイスが含まれます。ネットワーク内の各ノードは一意のアドレスまたは識別子を持ち、ネットワーク内でのデータパケットの送信とルーティングにおいて役割を果たします。
グラフ理論: グラフ理論では、ノード (頂点とも呼ばれます) は、グラフ内の個別のオブジェクトまたはエンティティを表します。グラフは、一連のノードと、ノードのペアを接続するエッジで構成されます。ノードは個人、都市、Web ページなどのさまざまなエンティティを表すことができ、エッジはノード間の関係や接続を示します。
分散システム: 分散システムでは、ノードとは、分散ネットワークまたはシステムに参加するコンピューティングデバイスまたはサーバーを指します。通常、各ノードには処理機能、ストレージ、および通信機能があります。ノードは相互に連携して通信し、タスクを実行し、データを共有し、分散型でサービスを提供します。

ノードの正確な定義と特性は、議論されている特定のアプリケーションやシステムによって異なる可能性があることに注意することが重要です。それにもかかわらず、ノードの概念はコンピューターサイエンスの基礎的な構成要素として機能し、データの表現、編成、操作を可能にし、ネットワークや分散システム内での通信と調整を容易にします。

ビットコインホワイトペーパーの「ネットワーク」というタイトルのセクション 5 では、ビットコインネットワーク内のノードの運用定義についての洞察が提供されます。以下は、ブロックチェーンネットワーク内のノードを研究する際に考慮すべき重要な説明であり、特にビットコインホワイトペーパー (Wright、2008) で説明されている概念を参照しています。

アーカイブノード: アーカイブノードは、ブロックチェーン全体の完全なコピーを保持するコンピューターまたはデバイスです。これらのノードは、トランザクションとブロックを検証および検証しません。これらは誤って「フルノード」と呼ばれていますが、これらが関与する唯一のアクティビティは、トランザクション履歴の限られたサブセットの保存と伝播です。ビットコインネットワークでは、アーカイブノードはブロックチェーンの整合性を維持し、コンセンサスメカニズムに参加するものとして昇格されます。ただし、トランザクションを検証および検証する唯一のノードは、ホワイトペーパーのセクション 5 で定義されているノード (マイニングノードとも呼ばれます) です。
マイニングノード: マイニングノードは、マイニングプロセスに従事するため、フルノードと正しく呼ぶことができる唯一のシステムです。ブロックチェーンに新しいブロックを追加するために、計算集約型のパズルを解くために競い合います。マイニングノードはトランザクションを検証し、検証されたトランザクションを含む新しいブロックを作成します。これらはネットワークの計算能力に貢献し、ブロックチェーンの安全性と拡張を担当します。
軽量 (SPV) ノード: 簡易決済検証 (SPV) ノードは軽量ノードとも呼ばれ、ブロックチェーン全体を保存せず、トランザクションの検証を完全なノードに依存します。これらのノードは、限られたデータセットを維持し、通常はブロックヘッダーのみを保存し、マークル証明を使用して特定のブロック内にトランザクションが含まれていることを検証します。 SPV ノードは、トランザクション履歴全体を必要としないユーザーに軽量のオプションを提供します。
ネットワーク接続性: この運用上の定義は、ネットワーク内の他のノードに接続して通信するノードの機能を指します。ノードは、情報を交換し、トランザクションとブロックを伝播し、コンセンサスプロセスに参加するために、ネットワーク接続を確立および維持する必要があります。ネットワーク接続は、ノードが持つリンクの数または接続の品質によって測定できます。
コンセンサス参加: この定義には、ブロックチェーンネットワークのコンセンサスメカニズムへのノードの積極的な関与が含まれます。ビットコインネットワークでは、ノードはプルーフオブワークアルゴリズムに従ってコンセンサスプロセスに参加し、新しいブロックのマイニングに計算能力を提供し、トランザクションを検証します。参加レベルは、マイニング専用の計算リソース、またはトランザクションの検証と伝播の頻度に基づいて評価できます。
ノードの多様性: さまざまなノードタイプとネットワーク内でのそれらの分布を指します。この運用定義では、フルノード、マイニングノード、SPV ノード、およびその他の特殊なノードの存在が考慮されています。さまざまなタイプのノードが独自の機能に貢献し、分散エコシステムの維持に役立つため、ノードの多様性はネットワークの分散化と復元力に影響を与える可能性があります。

これらのノードの運用上の定義を考慮することで、研究者は、特にビットコインのホワイトペーパーで概説されている概念に関して、ブロックチェーンネットワーク内のノードの特性、役割、相互作用を正確に記述し、分析することができます。さらに、これらの定義は、ノードのアーキテクチャ、ネットワークのダイナミクス、およびブロックチェーンシステムの全体的な機能を理解するのに役立ちます。

地方分権化

Baran (1964) は、分散通信ネットワークの概念について説明しています。この著作で、著者は中断や障害に耐えられる分散ネットワークアーキテクチャを提案することにより、分散ネットワークのアイデアの基礎を築きます。 Baran は、メッシュ状の構造で接続されたノードで構成されるネットワークの概念を提示します。この分散型または分散型ネットワークアーキテクチャは、中央機関や単一障害点に依存するのではなく、複数のパスを介してメッセージをルーティングできるようにすることで、堅牢で回復力のある通信を提供することを目的としています。

分散化を定義する方法として、Baran (1964) によって最初に提示された概念は、冗長性、フォールトトレランス、および中央制御ノードの不在を提唱することによって分散化ネットワークの原則を確立しました。この研究は分散システムの開発に大きな影響を与え、この分野のさらなる研究と進歩の基礎を形成しました。しかし、「分散化」という用語の代替使用が広く普及しており (Walch、2017)、その結果としてコンピュータサイエンス内の文脈や特定の用途に応じて異なる解釈が生じるため、ブロックチェーンテクノロジを分析する際にはこの用語を正確に定義することが必要になります。

したがって、Baran (1964) の論文は分散ネットワークの分野では基礎的なものですが、分散化を包括的に定義するには、これをビットコインに適用する場合、より広範囲の文献と研究を検討する必要があります。これらの要因について明確な操作上の説明を確立することで、研究者はブロックチェーンネットワークのスケーラビリティの研究において一貫性と比較可能性を確保できます。さらに、これらの定義は、実験の計画、データの収集、結果の正確な分析に役立ちます。

S1 – 仮定、制限、および限界

このセクションでは、ビットコインネットワークの中心性、相互接続、接続性、回復力を測定することを目的とした大規模な博士プロジェクトに関連する前提と制限について説明します。これらの要素を認識することで、透明性を確保し、研究結果の範囲と潜在的な影響についての包括的な理解を提供します。

仮定

ビットコインプロトコルの安定性:

私たちは、基礎となるビットコインプロトコルとネットワークアーキテクチャが調査期間中比較的安定していると想定しています。ただし、プロトコルに対する大幅な変更や更新は、ネットワークの構造やメトリクスに影響を与える可能性があり、結果の有効性に影響を与える可能性があります。

ビットコインネットワークに関する十分なデータと情報が分析に利用できると想定されます。このプロジェクトは、関連するネットワークデータ、ノード情報、接続の詳細を提供するアクセス可能なデータソースに依存しています。ただし、そのようなデータの入手可能性と品質は変動する可能性があり、研究の正確性と信頼性に影響を与える可能性があります。

ネットワークトポロジの正確な表現:

ネットワークの中心性、相互接続、接続性、回復力を測定するために選択された方法とツールは、そのトポロジを正確に表現できると想定しています。分析では、収集されたデータがネットワークの構造と接続を効果的に捉えているとみなします。

指標と方法論の妥当性:

このプロジェクトは、中心性、相互接続、接続性、回復力を測定するために選択された指標と方法論が、ビットコインネットワークの評価に適切かつ有効であることを前提としています。さらに、選択した指標は確立された理論的枠組みと一致しており、研究目的との関連性を実証する必要があります。

制限事項

データの可用性と完全性:

制限の XNUMX つは、データの可用性が制限される可能性があることです。ビットコインネットワーク上の包括的でリアルタイムのデータには、簡単にアクセスできない場合があります。研究者は、ネットワーク全体をキャプチャしたり、最新の情報を提供したりできない可能性がある、公開されているデータソースに依存する必要がある場合があります。この制限は、分析の包括性と精度に影響を与える可能性があります。

データの精度とサンプリングの偏り:

さまざまなソースから取得したデータの精度と完全性は異なる場合があります。不正確または不完全なデータはバイアスをもたらし、研究結果の信頼性に影響を与える可能性があります。さらに、分析用のノードの選択によりサンプリングバイアスが導入され、結果のビットコインネットワーク全体への一般化が制限される可能性があります。

すべてのネットワークノードが研究者に表示されたり、認識されたりするわけではありません。たとえば、一部のノードはプライベートに動作するか、非表示のままにすることを選択し、測定と分析の精度に影響を与える可能性があります。さらに、完全な可視性の欠如により、研究者がネットワーク全体の特性を把握する能力が制限される可能性があります。

ビットコインネットワークは動的であり、ノードがネットワークに参加したりネットワークから離脱したり、ネットワーク接続は時間の経過とともに変化します。この調査はネットワークの特定のスナップショットをキャプチャしたものであり、その結果は長期間にわたるネットワークの動作を完全には表していない可能性があります。長期的なネットワークのダイナミクスを包括的に理解するには、さらなる調査が必要になる場合があります。

この研究では、ネットワークの中心性、相互接続、接続性、復元力に影響を与える外部要因が考慮されていない可能性があります。たとえば、規制の変更、技術の進歩、ネットワーク攻撃がネットワークの動作やメトリクスに影響を与える可能性があります。これらの外部の影響は、現在の研究の範囲を超えています。

資金源の利用可能性は、研究の範囲と規模に影響を与える可能性があります。逆に、資金の制限によりデータ分析の深さと幅が制限される可能性があり、研究結果から導き出される結論の範囲に影響を与える可能性があります。

境界線

ビットコインネットワークに焦点を当てる:

この研究は、ビットコインネットワークとその中心性、相互接続、接続性、回復力に焦点を当てています。他のブロックチェーンネットワークや暗号通貨は、この調査の範囲外です。したがって、調査結果は他のネットワークやエコシステムに直接適用できない可能性があります。

この調査は特定の期間に限定されており、分析ではその期間内のビットコインネットワークの状態が把握されます。したがって、ネットワークのダイナミクス、メトリクス、特性は時間の経過とともに進化する可能性があり、調査結果は将来または過去のネットワーク動作を反映していない可能性があります。

この研究は主に、ビットコインネットワークをプロトコル層で分析することに焦点を当てています。ネットワークのアプリケーション層および関連するサービスとアプリケーションはネットワークの動作に影響を与える可能性がありますが、この調査では明示的に調査されていません。

この研究では、ビットコインネットワークの中心性、相互接続、接続性、回復力を測定するために、特定の方法論と分析手法が採用されています。代替のアプローチや方法では異なる結果が得られる可能性がありますが、それらはこの研究の範囲内では検討されません。

この研究は、ビットコインネットワークの特性に影響を与える外部要因を調査する範囲を定めています。経済状況、法律や規制の変更、暗号通貨に対する社会的態度には直接言及されていません。これらの要因はネットワークの動作やメトリクスに影響を与える可能性がありますが、この調査の範囲を超えています。

この研究は、ビットコインネットワークの特性についての洞察を提供することを目的としていますが、その結果はネットワーク内のすべてのノードや参加者に普遍的に適用できるわけではない可能性があります。さらに、ノード構成、地理的分布、および運用戦略の変化は、研究結果のネットワーク全体への一般化可能性に影響を与える可能性があります。

限られた範囲の回復力:

ネットワークの復元力の調査は、中断や攻撃に耐えるネットワークの能力に関連する特定の指標と指標に限定されています。結果として、この研究は、ビットコインネットワークが直面する可能性のあるすべての潜在的な脅威や脆弱性を包括的に評価しているわけではありません。

まとめ

上で概説した境界は、博士研究プロジェクトの特定の境界と範囲を明確にします。さらに、これらの境界を認識することで、定義されたパラメーター内でより焦点を絞った調査と結果の解釈が可能になります。研究者が偶然にもオリジナルのビットコインシステムの作成者でもある研究シナリオでは、研究者の個人的な見解やシステム開発への関与によるバイアスの可能性を認識することが不可欠です。

研究者の深い知識と作成者としての視点は、ビットコインネットワークの中心性、相互接続、回復力に関する解釈と結論に影響を与える可能性があります。この偏見にオープンかつ透明性をもって対処することは、研究の客観性と厳密性を維持するために非常に重要です。研究者は、その役割と潜在的なバイアスを開示することで、読者や査読者が作成者の視点に基づいて研究結果を批判的に評価できるようになります。この透明性により、研究をより微妙に理解できるようになり、その分野の他の研究者による結果の独立した検証と検証が促進されます。

博士課程プロジェクトの前提と限界を認識することで、透明性を確保し、研究の範囲と潜在的な影響についての包括的な理解を促進します。さらに、これらの考慮事項は、調査結果を解釈および文脈化して、現場での今後の調査を導くための基礎を提供します。

S1 – 移行ステートメント

この研究は、科学的手法の原則に沿って、独立してピアレビューおよび検証できる定量的で検証可能なデータを使用して、ビットコインネットワークの中心性、ネットワークノード間の相互接続、接続性、回復力を批判的に調査するために開発されました。ビットコインネットワークはパブリックネットワークであるため、プライバシー、匿名性、暗号通貨の世界における追跡可能性と追跡不可能性という対照的な目標など、特定の結果を定義する際にバイアスが生じる可能性があることを認識することが重要です。これらの定義は、多くの場合、哲学的な議論やさまざまな視点の対象となります。

さらに、この研究は、金銭支払いシステムとしてのビットコインの文脈におけるスケーラビリティの課題に対処する必要性を認識しています。ネットワークが成長し、採用が増えるにつれて、分散化、セキュリティ、効率性という中心原則を維持しながら、より大きなトランザクション量を処理するネットワークの能力を評価することが重要になります。この研究は、定量的データを分析し、確立された科学的方法論を利用することにより、ビットコインネットワーク内のスケーリング問題と、それが信頼できる決済システムとしての長期的な存続可能性に与える影響の理解に貢献することを目的としています。

S2 – 母集団とサンプリング

ブロックチェーンベースのアプリケーションのスケーリングとノードの分布を分析する場合、関係する母集団とは、ブロックチェーンネットワークに参加しているノードのネットワーク全体を指します。ブロックチェーンでは、ノードは分散台帳のコピーを保持し、トランザクションを検証および検証するためのコンセンサスメカニズムに参加する個々のコンピューターまたはデバイスです。

この文脈における母集団には、地理的な位置、サイズ、計算能力に関係なく、ブロックチェーンネットワーク内のすべてのノードが含まれます。各ノードは、ブロックチェーンのコピーを維持し、検証プロセスに参加することで、ネットワーク全体のセキュリティと分散化に貢献します。一方、サンプリングには、分析のために母集団からノードのサブセットを選択することが含まれます。サンプリングは、代表的なサブセットを研究することで、ネットワーク全体の特性、パフォーマンス、または動作についての洞察を得ることが目的です (Campbell et al., 2020)。

ブロックチェーンベースのアプリケーションのスケーリングを分析する場合、サンプリングは、さまざまなトランザクション負荷の下でのネットワークのパフォーマンスを調査するのに役立ちます。研究者や開発者は、ノードのサブセットを選択し、トランザクション量が多い期間の動作を観察することで、ネットワーク全体のスケーラビリティを推測できます。ノードの母集団全体を分析するには計算コストがかかる可能性があるため、このアプローチにより、より効率的な分析が可能になります。

同様に、ノードの分布を調べる場合、サンプリングはネットワーク内のノードの地理的分布、計算能力、または接続パターンを理解するのに役立ちます。研究者は、ノードのサンプルを選択し、その属性を分析することで、より広範な集団に関する情報を推定できます。サンプリング方法は、サンプルが代表的なものであることを確認し、バイアスを避けるために慎重に設計する必要があることに注意することが重要です。サンプルを選択するときは、ノードタイプ (「フルノード」、マイニングノードなど)、地理的位置、ネットワーク接続、計算能力などの要素を考慮する必要があります。

要約すると、スケーリングとノード分散を分析する際にブロックチェーンベースのアプリケーションのサンプリングに関与する母集団とは、ブロックチェーンネットワークに参加しているノードのネットワーク全体を指します。サンプリングにより、ノードのサブセットを選択してネットワーク全体の特性、パフォーマンス、動作についての洞察を得ることで、より効率的な分析が可能になります。

参考文献

バラン、P. (1964)。分散通信ネットワーク上。 IEEE 通信トランザクション, 12(1), 1–9. https://doi.org/10.1109/TCOM.1964.1088883

Campbell, S.、Greenwood, M.、Prior, S.、Shearer, T.、Walkem, K.、Young, S.、Bywaters, D.、および Walker, K. (2020)。目的的サンプリング: 複雑ですか、それとも単純ですか? 事例研究。 看護研究ジャーナル, 25(8), 652–661. https://doi.org/10.1177/1744987120927206

Trifa, Z.、Khemakhem, M. (2014)。 Sybil 攻撃に対する緩和戦略としての Sybil ノード。 コンピュータサイエンスの手順, 32、1135–1140。 https://doi.org/10.1016/j.procs.2014.05.544

ウォルチ、A. (2017)。 ブロックチェーンの危険な語彙: 規制当局へのさらなる挑戦。 9。

ウォルチ、A. (2020)。「分散化」の解体: 暗号システムの中核的主張を探る。で Papers.ssrn.com。 https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3326244

ライト、CS (2008)。ビットコイン: ピアツーピア電子現金システム。 SSRN電子ジャーナル。 https://doi.org/10.2139/ssrn.3440802

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出典: https://coingeek.com/doctoral-study-components-blockchain-technology/