2015年2月27日にギークオフィス恵比寿にて開催した斉藤賢爾 研究会 2015.2「深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方」のスライドです。影のテーマは「IoT とブロックチェインのつれない関係」。

1. 深読みビットコイン(2)
コンセンサスの行方
(IoT とブロックチェインのつれない関係)
斉藤賢爾 研究会 2015.2
ks91@sfc.wide.ad.jp
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.1/41

2. かんたんな自己紹介
斉藤 賢爾 (さいとう けんじ)
株式会社コインパス チーフアーキテクト
慶應義塾大学 SFC 研究所 上席所員 (訪問)
一般社団法人アカデミーキャンプ 代表理事
http://twitter.com/ks91020 http://www.facebook.com/ks91media
経歴
1993 年、コーネル大学大学院より M.Eng 取得
(コンピュータサイエンス)
2006 年、慶應義塾大学より博士号取得 (政策・メディア)
インターネットと社会に関する研究
慶應義塾大学 SFC 村井研究室 所属
主な研究テーマ : 「人間のデジタル通貨」の開発と実用化
福島のこどもたちのための「アカデミーキャンプ」を実施
→ つながってるね！
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.2/41

3. 最新刊
『角川インターネット講座 (10)
第三の産業革命 経済と労働の
変化』第 9 章 インターネット
と金融 – 弱体化する貨幣経済
(2015)
ジャンル:
ピケティは関係ありません
金融での FPGA の応用に
始まり
ビットコインについても
触れながら
章の最後には人工知能と
地球規模 OS の話に
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.3/41

4. この回の目的と手段
デジタル技術によるコンセンサス基盤とその応用に
ついて考えます
ビットコインを契機にして立ち起こったコンセンサス
基盤のためのさまざまな技術を振り返ります
現存するコンセンサス技術をサイバーフィジカル/IoT
環境に適用することに関する問題を提起します
サイバーフィジカル : 物理環境のサイバー化
IoT : Internet of Things
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.4/41

5. おさらい – ブロックチェイン
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.5/41

6. ブロックチェインとは？
ブロックのチェイン
ブロック ← トランザクション (取引) の集まり
トランザクション ← 状態の変化の記述
パブリッシングのプラットフォーム
“A timestamp server works by taking a hash of a block of
items to be timestamped and widely publishing the hash,
such as in a newspaper or Usenet post”
“To implement a distributed timestamp server on a
peer-to-peer basis, we will need to use a proof-of-work
system similar to Adam Back’s Hashcash, rather than
newspaper or Usenet posts”
– Satoshi Nakamoto (2008)
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.6/41

7. 基礎技術 - 暗号学的ハッシュ関数
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.7/41

8. 基礎技術 - デジタル署名
本人が送ったものであり改竄されていないことが証明できる
RSA, DSA, ECDSA (楕円曲線 DSA) 等
トランザクションはデジタル署名される
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.8/41

9. ブロックチェインの概要 (ビットコインの場合)
1. 各マイナーは、過去 10 分ほどの間に収集した取引データを
ブロックに格納し、マイニング (くじ引き) を行う
2. 成功したらネットワーク内にブロードキャストする
3. 各マイナーは、それをチェインの新しい末尾と認めるなら、
その後ろにブロックを繋げるべく 1 に戻る
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.9/41

10. ブロックチェインの (現在までの) 応用
通貨
例 : ビットコイン、ライトコイン、. . .
存在証明
例 : Proof of Existence
ネームサービス
例 : ネームコイン
DAO/DAC — 自律分散 (企業) 組織
例 : ビットコイン、. . .
ユーザを株主、ビットコインを株式、採掘者たちを従業員と考えれば
そのプログラムコードは、株式の移転を業とするその組織の経営の仕方を
記述していると見なすこともできる
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.10/41

11. 地球規模OS (2007)
複数主体による地球上の資源の利用を調整する
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.11/41

12. 基盤としての地球規模OS
金融・貨幣経済システムを時代遅れにする
決済システムを内包
プログラミング言語を内包
コードが社会の規範をかたちづくる
人的資源を含む地球上の資源の会計システム
人々が業を起こすための基盤
政府も、営利組織も、NPO/NGO も利用できる
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.12/41

13. Proof of Work (作業証明) 再訪
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.13/41

14. Proof of Work とは？
計算コストを投入したことの証明
作業は困難だが、その結果の検証は容易
それにより、スパムや不正行為を抑止する
例 : Hashcash (1997)
メールヘッダに SHA-1 ハッシュ値の最初の 20 ビット (当時)
が 0 になるような乱数を用いたスタンプを載せる
1 通のメールの送信準備に 1 秒ほどかかる
受信側での確認は一瞬で、スタンプが無効ならスパムと扱う
ハッシュ値/ダイジェストを用いる場合の一般化
あるターゲット以下になるようなダイジェストとなるデータを
見つけよ
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.14/41

15. マイニング (ビットコインの場合)
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.15/41

16. ターゲットの調整 (ビットコインの場合)
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.16/41

17. POW による保護
Proof Of Work (作業証明) を課すことで改ざんを抑止する
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.17/41

18. Proof of Work の課題 (ビットコインの場合)
エネルギー消費
パワーの集約
ASIC 化
マイニングプール
ブロックチェインを維持する動機と無関係
全ブロックを保存していなくてもマイニング自体
は可能
(ただしトランザクションを検証できない)
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.18/41

19. Dagger Hashimoto アルゴリズム
Ethereum v1.0 で採用予定のハッシュ関数
Dagger (V. Buterin) + Hashimoto (T. Dryja)
Hashimoto
ブロックチェインデータに対する頻繁なメモリ
I/O に基づく
Dagger
有向非巡回グラフへのアクセスに基づき、検証を
軽量化
⇒ ASIC 化を抑止し、軽量クライアントにより検証可能
で、ブロックチェインデータの保持が動機づけられる
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.19/41

20. Proof of Stake (持ち分証明)
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.20/41

21. Proof of Stake とは？
ブロックを生成できる確率が、当該コインの持ち分の
多さに応じて上昇する
次の利点をもつと言われる
エネルギー消費が低い (無視できる)
集約がより困難 (コインの過半数を所有できるか)
ピアコインなどで採用される
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.21/41

22. Proof of Stake の一般式
digestn
(prev_digest + id + timestamp + . . .) ≤
2n × balance
difficulty
digestn
: n ビット値を出力する暗号学的ハッシュ関数
(ex. SHA-256 (n = 256))
prev_digest : 直前のブロックのダイジェスト
id : アカウントの識別子 (ex. 公開鍵のダイジェスト)
timestamp : 時刻 (ex. UNIX 時刻 (秒))
balance : 当該アカウントの残高
difficulty : 難易度 (ex. コインの総量)
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.22/41

23. Proof of Stake の 3つの問題
1. コインの溜め込み
2. “Nothing at Stake”
短期的問題
長期的問題
3. 低コスト 51% 攻撃
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.23/41

24. コインの溜め込み
持ち分が多い方が有利なので、コインは溜め込まれ、
使われない傾向が生じる
貨幣メディアとしての基本機能が阻害される
対策 : Proof of Stake Velocity
古いコインの持ち分評価を下げる
Reddcoin などで採用される
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.24/41

25. Nothing at Stake - 短期的問題
事故または故意にチェインが分岐した場合、参加者には事態を収拾
する動機がない
何も賭けていない
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.25/41

26. Nothing at Stake - 長期的問題
システムを開始した者は何度でも全体をやり直せる
ジェネシスブロックの時点で持ち分は 100%
その他の参加者も、持ち分さえあればそこからやり直せる
素の Proof of Stake では偽造を抑止できない
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.26/41

27. 低コスト 51% 攻撃
コインの過半数を取得する意思と、そのための十分な
資金の証拠を表明する
すると、システムの正常な維持が期待できないと予想
されるため、コインの価格が急落する
そこでコインを買い占める
原理的には、ほとんどコストを払わずにコインの過半
数を入手できる
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.27/41

28. Ripple のコンセンサスモデル
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.28/41

29. Ripple とは？
支払い経路の発見にもとづく決済システム
Ripple path
A さんが C さんに支払いたいが、直接つながりが
ない
A さんは B さんに支払える
B さんは C さんに支払える
A→B→C が ripple path となる
手数料を共通通貨である XRP (Ripple credits) で
支払う
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.29/41

30. 用語体系
コンセンサス
ネットワーク全体が同一のレッジャーに合意する
プロセス
レッジャー
システムの状態のスナップショット
全員の口座残高や与信情報などを含む
ハッシュ木により実装
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.30/41

31. レッジャーとトランザクション
システムはレッジャーの歴史を単一に維持する
レッジャーはトランザクションの集合により変化する
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.31/41

32. UNL と信用
UNL : Unique Node List
共謀しないことを信用できる実名の検証ノード群
ユーザはそれぞれ 1,000 ノード以上から成る UNL を
選択する
異なる大陸から 200 ずつ選べとか、商業・金融・
非営利・政党・宗教など異なるカテゴリーから選
べとか、いろいろ推奨されるが . . .
実用上はクライアントソフトウェアのデフォルト
UNL を利用する
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.32/41

33. 重複する UNL とコンセンサス
UNL 内の多数決で「採用するトランザクション集合」
を決めるが . . .
最大で 80% のノードの合意が必要
互いと共通のノードを持たない UNL を採用すると、
コンセンサスは達成できない
実用上は UNL のノードは重複すると前提できる
二重消費の検出と無効化
トランザクションはソートされ、矛盾するふたつ
のトランザクションのうち先のものが採用される
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.33/41

34. Ethereum とその応用
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.34/41

35. Ethereum とは？
ブロックチェイン技術を応用
そこにプログラミング言語を載せる
スマートコントラクトのための分散アプリケーション
基盤
スマートコントラクト :
デジタルに表現される資産を予め定められた
ルールに従って自動的に移転させる仕組み
現在の金融・貨幣経済システムを時代遅れにしようと
する意図が見える
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.35/41

36. ブロックチェインと状態遷移
ブロックチェイン = 状態マシンの run
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.36/41

37. 用語体系
Ether
Ethereum における通貨
外部アクター
デジタル署名できる実在で、アカウントをもつ
自律オブジェクト
システム内で自律動作し、アカウントをもつ
アカウント
Ether 残高をもち、ストレージや EVM コードを
もてる
EVM コード
スマートコントラクトのプログラム
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.37/41

38. EVM : Ethereum Virtual Machine
自律オブジェクトがメッセージを受けると起動し、コントラクトを実行
実行ステップ毎に Gas の供給が必要
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.38/41

39. 応用可能性として語られるもの
通貨
デリバティブ等の金融商品
ネームサービス、評判システム
分散ファイルストレージ
DAO/DAC
IoT
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.39/41

40. IoT とブロックチェインのつれない関係
センシング (物理世界の情報の取得)
過去のデータのパブリッシングには有効
ただしデータの順序性は原理的に保証されない
ブロックチェインのタイムスタンプは実時間ではない
過去のデータが新しいブロックに載ることがある
アクチュエーション (物理世界への働きかけ)
いつ I/O を出すのか？
EVM からは出せない (複数のマイナーが冗長に実行するため)
ブロックが確定する時刻だとすれば確率的
将来の I/O を予約することは実用上可能かも
洗濯機は本当に制御できるのか？
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.40/41

41. ご質問や議論を
深読みビットコイン (2) コンセンサスの行方 — 2015-02-27 – p.41/41