データ可用性の概要
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データ可用性の概要

データ可用性の概要

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公開済 May 16, 2024更新済 Jul 8, 2024
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要点

  • ブロックチェーン分野におけるデータ可用性とは、ブロックチェーン上に保存されたデータへのアクセスおよび検証能力を指します。

  • 人気の高いデータ可用性ソリューションの一例として、データ可用性レイヤー(DAL)、データ可用性サンプリング(DAS)、データ可用性委員会(DAC)などが挙げられます。

  • データ可用性の課題には、相互運用性の問題やスケーラビリティとセキュリティのトレードオフなどがあります。

はじめに

ブロックチェーン技術により、トラストレスかつ不変的なデータ送付が可能となったものの、ブロックチェーン上に保存されたデータの検索および検証の難易度が高い場合があります。この記事では、データ可用性の概念、その重要性および課題、データ可用性によるソリューションの一例について解説していきます。

データ可用性の概要

データ可用性は、ブロックチェーンネットワークにおいて、すべてのネットワーク参加者がブロックチェーン上に保存された情報にアクセスおよび検証できる環境を実現する上で大切な役割を担っています。これにはトランザクションの詳細、ブロックデータ、台帳の状態などが含まれます。

データ可用性の仕組み

データ可用性を用いたソリューションとして人気を集めているものがいくつか存在します。この一例として、データ可用性レイヤー(DAL)、データ可用性サンプリング(DAS)、データ可用性委員会(DAC)などが挙げられます。

データ可用性レイヤー

データ可用性レイヤー(DAL)は、オンチェーンまたはオフチェーンにおいて存在する特化型ストレージソリューションです。同レイヤーにより、トランザクション実行などのブロックチェーン上での他の運用からのデータ可用性を確保する特定のタスクが分離されます。

データ可用性レイヤーでは、イレイジャーコーディング(EC)やデータシャーディングをはじめとする多彩な技術を用いることにより、データのアクセシビリティが向上します。データシャーディングでは、データベースを細分化した後、個別に保存および処理を行います。イレイジャーコーディングでは、データを分割した後、これに冗長性を追加することにより、データ復旧が可能となります。こうした技術により、データが損失したまたは一時的に利用不可となった場合でも、データ全体を再構築できるようになります。

データ可用性サンプリング

ブロックチェーンにおけるデータ可用性サンプリングとは、すべてのノードがデータセット全体をダウンロードおよび検証せずとも、必要なブロックチェーンデータへのアクセスが可能となる技術を指します。この技術により、リソースが限られるノードであっても、トランザクションの検証およびネットワークの完全性の維持に参加できるようになります。

同プロセスでは、最初にブロックチェーンを小さなチャンクに分割します。ノードは、データセット全体ではなく、こうしたチャンクの一部をランダムに選択できます。この仕組みにより、各ノードはデータセット全体における一部のみの処理が可能となり、負担軽減につながります。

ノードは、このように指定された一部のデータチャンクの検証により、データセット全体の可用性の確率的検証を行います。確率的検証は、抽出されたチャンクにアクセス可能である場合、残りのデータも同様にアクセス可能である可能性が高いという考えに基づく検証方法となっています。

データ可用性委員会(DAC)

データ可用性委員会(DAC)とは、ブロックチェーンネットワークにおける信頼性の高いノードのグループであり、データ可用性を確保する役割を担っています。データ可用性委員会の主要な役割として、トランザクションやステートの変更などのすべてのデータが正常に保存されており、すべてのネットワーク参加者が利用可能であるかの検証が挙げられます。データ可用性委員会のメンバーは通常、単一障害点などの中央集権化リスクを軽減するために、分散型投票プロセスを通して選出されます。

データ可用性委員会は、ロールアップなどのレイヤー2スケーリングソリューションにおいて、オフチェーンの計算に関連するデータの管理をはじめとする大切な役割を担っています。また、データ可用性委員会は、シャーディングを採用したブロックチェーンにおいても、データ可用性を確保する役割を担っています。

データ可用性の重要性

ノードによる新規ブロックおよびトランザクションの有効性の検証を可能にするデータ可用性は、ブロック検証における幅広い場面において重要となっています。

1. ブロック伝播:新規ブロックが作成されると、同ブロックがネットワーク全体にブロードキャストされます。ブロック検証が有効とみなされるには、すべてのノードが同ブロックにアクセスできる必要があります。

2. トランザクションの検証:この手順では、ブロック内の各トランザクションの検証により、同トランザクションが同ネットワークのルールに準拠しているかの確認が行われます。ノードが検証を正確に行う上で、完全なトランザクションデータへのアクセスが不可欠となります。

3. ブロックヘッダーの検証:新規ブロックが前のブロックを正しく参照し、これに接続しているかを検証する上でも、データ可用性が必須となります。これにより、ノードは新規ブロックをブロックチェーンに追加すべきか否かを判断できます。

4. コンセンサスメカニズムへの準拠:ノードは、ブロックがプルーフ・オブ・ワーク(PoW)、プルーフ・オブ・ステーク(PoS)をはじめとするブロックチェーンのコンセンサスメカニズムに準拠しているかを確認します。こうした確認は、ブロックハッシュや採掘難易度などの必要なすべてのブロックデータの可用性に基づき行われます。

データ可用性の課題

相互運用性の問題

ブロックチェーン技術が発展を続ける中、多くのネットワークがデータ可用性に関する独自のアプローチを編み出しています。これはイノベーションの推進につながる一方、各ブロックチェーンシステムにおける相互作用の問題をはじめとする、クロスチェーン運用に関連する課題が生じる場合があります。

スケーラビリティとセキュリティのトレードオフ

データ可用性の向上によりスケーラビリティが拡大する一方、セキュリティの低下につながる場合もあります。データ可用性ソリューションの実装前に、その潜在的な影響について考慮することが重要となります。従来のセキュリティとスケーラビリティのトレードオフについては、ブロックチェーンのトリレンマにおいても説明されています。

まとめ

ブロックチェーンネットワークにおけるデータ可用性とは、ネットワーク参加者がブロックチェーン上に保存されたデータへのアクセスおよび検証を行う能力を指します。データ可用性ソリューションには、データ可用性レイヤー(DAL)、データ可用性サンプリング(DAS)、データ可用性委員会(DAC)をはじめとして幅広い種類が存在します。ブロックチェーン技術のさらなる普及において、データ可用性は今後も大切な役割を担い続ける可能性が高いと言えます。

参考文献

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