ファイルコインの特徴: 分散ランダム性とリーダー選出

これは、Filecoin ネットワークのユニークな機能を紹介するシリーズの最新版です。 Filecoin は、実稼働中の Drand ネットワークの最初の既知のユーザーになります。この投稿では、drand とは何か、どのように機能するかについて詳しく説明します。

今月、組織向けの基本的なインターネット サービスとして、公的に検証可能で偏りのない乱数ソースを提供することに専念する組織の連合が、Filecoin のオフチェーン乱数ソースとして使用される実稼働グレードのサービスにアップグレードします。 Drand は、将来、多くのブロックチェーン システムやアプリケーションに信頼性が高く偏りのないランダム性のソースを提供できます。この投稿では、Drand の歴史と価値、そしてそれがインターネットの将来にとって何を意味するのかを探ります。

ランダム システムは、均一な確率分布を持ち、互いにランダムに独立した結果を生成します。私たちは、サイコロを振ったりコインを投げたりするたびにランダム性に遭遇します。公平なコインを投げると、表と裏が出る確率は等しいか均一です (均一分布)。また、過去の結果に基づいて、単一のコイン投げの結果を予測することはできません (ランダム独立性)。

ただし、ランダム性は、コイン投げやサイコロの出目の統計以上のものを決定するために使用できます。実際、私たちは暗号化やサイバーセキュリティから選挙監査やオンラインギャンブルまで、あらゆることにランダム性に依存しています。

ランダム性により、特定のデジタルプロセスが操作されにくくなるためです。一例を挙げると、暗号的に安全なシステムは、使用する暗号鍵が信じ難いものである限り、詐欺やハッキングに対して耐性がありません。さらに、キーを生成するために使用されるソース値が適切にランダムである場合にのみ、キーを推測することは困難です。言い換えれば、安全な暗号化の基礎はランダム性です。

ただし、すべてのランダム性が同じように生成されるわけではありません。たとえば、1 から 10 までのランダムな整数を生成する場合、それを正しく推測できる確率は 10 分の 1 になります。ただし、乱数ジェネレーターが偏りやパターンを示す場合、整数を正しく推測できる可能性は 10 分の 1 を超える可能性があります。言い換えれば、重要な問題は「予測可能な」ジェネレータを使用することです。予測可能なランダム性により、再び詐欺やハッキングの扉が開かれます。必要なのはランダム性だけではなく、良いランダム性です。良いランダム性はあなたが思っているよりも難しいです。

ランダム性の質は、その予測不可能性、つまり「エントロピー」と呼ばれるランダム性のタイプによって測定されます。コンピュータは決定論的なシステムであるため、コンピュータ アルゴリズムを使用して真の高エントロピーのランダム性を作成することはアルゴリズム的に不可能です。ただし、物理的なランダム性が単一のソースから生成された場合でも、簡単に偏りが生じる可能性があります。

ランダム性の源を制御、操作、またはその他の方法で影響を与えることができれば、最近の注目を集めた宝くじ詐欺事件が明らかにしたように、一見ランダムな結果を自分に有利に偏らせることができます。選挙監査や暗号化など、ランダム性が使用される多くのケースでは、ランダム性が公的に検証可能であることも必要です。乱数ジェネレーターには、ユーザーに通知する方法しかありません。受信した数字が実際にランダムであることを確認できない場合、システムは攻撃や操作に対して脆弱になる可能性があります。

エントロピーが高く、バイアス耐性があり、公的に検証可能な優れたランダム性を見つけるのは困難です。長年にわたり、このような大規模なランダム性を生成できるサービスは存在しませんでした。しかし、その課題を解決できる新しいプロジェクトが登場しました。これは Drand (分散ランダム性の略) と呼ばれ、Filecoin がランダム性のソースとして使用するものです。

Drand は、いわゆるランダムネス ビーコンであり、第三者が使用できるように公開アクセス可能なランダムネスを提供するサービスです。ランダムネス ビーコンは以前から存在していましたが、drand は、独立して実行されるサーバーのネットワークからの貢献を組み合わせてランダ​​ムネスを生成するという点で独特です。つまり、drand は分散ネットワークの強度、セキュリティ、回復力をランダム性生成プロセスに組み込んでいます。多くの点で、これにより Drand は業界初のランダムネス・アズ・ア・サービスとなります。

Drand は、グローバル ネットワークおよび Entropy Alliance 上で実行されるオープン ソース ソフトウェアであり、Protocol Labs、C4DT、ChainSafe、cLabs、Cloudflare、EPFL DEDIS、IC3、Kudelski Security、PTisp、University of Chile、Tierion、UCL によってメンテナンスされています。 Drand ネットワークは複数のサーバー ノードに分散されているため、中央の障害点が存在せず、つまり Drand は偏見の影響を受けず、単一の内部者によって停止されたり、単一のネットワーク パートナーによって妨害されたりすることはありません。また、オープンソース プロジェクトである Drand は、ユーザーから直接サポートされており、プロトコルがコミュニティのニーズを満たす進化するプロジェクトであり続けることを保証します。

Drand の主な機能は、誰でも使用できる公開ランダム性を生成することです。この機能を確実に実行するために、drand ネットワーク内のすべてのノードが協力して、一定の間隔 (「ラウンド」と呼ばれる) でランダム性を生成します。ランダム性生成の各ラウンドで、drand はランダム性に予測不可能性、偏りのなさ、検証可能性という 3 つの異なる特性を提供します。

つまり、各ラウンドでは次のものがランダムに生成されます。

（１）乱数生成プロセスに関与するいかなる当事者も予測することができない。

（２）均一にランダムかつ偏りがない。

（３）単一の署名を検証することで、真にランダムであることが検証できる。

Drand は、現在利用可能な最も信頼性が高く、エントロピーの高い公開ランダム性を提供します。これが、Filecoin ネットワークで drand によって生成されたランダム性を使用する理由です。

Filecoin は、「活発さ」を維持するために、つまりすべてのクライアントが Filecoin ブロックチェーンの正しい履歴について合意を維持するために、適切なランダム値に依存しています。これは、Filecoin がランダム性を利用してリーダー選挙を実行し、どのマイナーがブロックチェーンに新しいブロックを公開するかを決定するためです。

リーダー選挙によって、Filecoin ブロックチェーンは成長します。 Filecoin ブロックチェーンのブロックはエポックに配置されており、各エポックでは複数のリーダーを選出する可能性があります。リーダー選挙では、Filecoin ネットワークに貢献したストレージ パワーによって重み付けされたマイナーのグループから、少なくとも 1 人のマイナーが選出されます。選ばれたマイナーは、ブロックチェーン上で次のブロックを生成し、そのブロックの報酬を受け取ることで新しいエポックを開始します。

リーダー選挙は Filecoin ブロックチェーンの履歴を記録するため、リーダーを選出するプロセスは改ざん不可能で、偏りがなく、予測不可能で、公正であることが重要です。この選挙が公正かつ公平であることを保証するには、Filecoin に適切なランダム性が必要です。同時に、Filecoin が使用するランダム性は公的に検証可能である必要があります。選出されたリーダーは、自分が実際に選出されたことを他のマイナーに証明する方法が必要だからです。

Drand は、Filecoin がリーダー選挙の公平性とセキュリティのために必要とする、高エントロピーで偏りのない、公的に検証可能なランダム値を正確に提供します。その独自の機能により、Filecoin のリーダー選出は drand と同様にフォールト トレラントであり、偏見や敵対的な操作の影響を受けません。 drand をランダム値のソースとして使用することで、Filecoin ネットワークは活性を保証できます。

Drand は急速に発展しているプロジェクトであり、成長の余地が十分にあります。 drand が発展するにつれて、増大する業界の需要に対応し、暗号化や量子コンピューティングの進歩などの新しいテクノロジーに適応するために、ネットワークが新しい方法で拡張されるようになるかもしれません。しかし、drand はすでに、Filecoin ネットワークを含む多くのデジタル プロジェクトに重要な貢献をすることができる最先端のサービスです。

drand について詳しく知るには、8 月 13 日木曜日に Protocol Labs と ETHGlobal が主催する Randomness Summit にご参加ください。ランダムネス サミットは、分散システムと重要なインフラストラクチャの愛好家がランダムネス ビーコンの研究と展開の現状を探る 1 日間の仮想会議です。