Qtum開発チームはPOS 3.0コンセンサスメカニズムをBitcoin Core V0.13に統合しました。

はじめに：本日、Qtum開発チームはPOS 3.0コンセンサスメカニズムをBitcoin Core V0.13バージョンに統合し、POS3.0をサポートするBTC CoreバージョンV0.13を社内リリースしました。このテスト ネットワークは、開発プロセス中の Qtum プロジェクトの副産物であり、将来の Qtum コードの一部でもあります。この内部テストバージョンのリリースに関して、Qtumの創設者であるShuai Chu氏は、この作業により、既存のビットコインのコードとエコシステムに基づいた有意義な調査がいくつか追加されたと述べました。

Qtum のコードベースの一部の図

多くの人が不満を漏らしていたビットコインネットワークの確認速度の遅さは、Qtum システムによって大幅に解決されるでしょう。さらに、ハイブリッド POW + POS ビットコイン ネットワークの存在の可能性も検討しました。 POS ブロックは、ビットコイン ネットワークの確認時間を大幅に短縮し、別の観点からビットコイン ネットワークの拡張も実現する可能性があります。

Sunny Kingの比較的成熟したProof of StakeメカニズムがQtumコンセンサスメカニズムの一部として選ばれた理由について、Shuai Chu氏は、それは主にパブリックチェーンとしてのQtumの要件に基づいていると述べました。パブリックチェーンシステムのコンセンサスメカニズムの設計では、1. コードのセキュリティと信頼性を考慮する 2. ネットワークの分散化の程度を考慮する 3. 業界の適用可能性を考慮する。これら 3 つの要素を組み合わせて、SunnyKing の POS メカニズムをベースとして選択し、インセンティブのコストを追加し、このコンセンサス メカニズムを既存の Bitcoin 13 バージョンのコードに適用しました。

既存の POS 通貨コードのほとんどは、依然としてビットコイン コア バージョン 0.8 という非常に古いコード ベースを使用しています。 Qtum 開発チームは、ビットコインの 5 つのバージョン (V0.9、V0.10、V0.11、V0.12、V0.13) にわたって、V0.8 から V0.13 に移植しました。このバージョンの POS ネットワークでは、分離された検証や将来のライトニング ネットワークなど、ビットコイン コードの最新の重要な機能をすべて使用できます。さらに、Qtum チームは SunnyKing の POS メカニズムを改善し、POS コンセンサス メカニズム全体のセキュリティを強化しました。 Qtum プラットフォームのバックボーン コードとして安全で信頼性が高く、完全にテストされたコードを使用することで、開発メンバーの学習コストが削減され、Qtum システムのセキュリティが向上し、既存の Bitcoin および Ethereum エコシステムとの優れた互換性が実現します。

プルーフ・オブ・ステーク (POS) は、専用のハードウェアのネットワークではなく、コインを使用してブロックを生成することでブロックチェーンを保護するデジタル通貨のコンセンサス モデルです。プルーフ・オブ・ワーク (PoW) コンセンサス モデルは、複雑な問題を解決することでブロックを生成します。使用される計算能力の量によって、問題はさらに困難になります。

POS モデルにより、Qtum 所有者は個人のデバイスを使用してブロックチェーンを保護できます。つまり、高価な特定用途向け集積回路 (ASIC)、フィールド プログラマブル グラフィックス アレイ (FPGA)、またはグラフィックス プロセッサ ユニット (GPU) の代わりに、ラップトップまたはパーソナル コンピュータを使用できるということです。

本稿執筆時点では、ブロックを解読するために 1 秒あたり約 200 万テラハッシュが使用されています。誰もが最新の ASIC デバイスである Antminer S9 (1 秒あたり 14 テラハッシュ) を使用すると仮定すると、そのようなデバイスは 140,000 台以上存在することになります。各デバイスは 1400 ワットの電力を消費し、現在約 1200 ドルのコストがかかります。したがって、デバイスの合計価値は 1 億 6800 万ドル、電力は 1 億 9600 万ワットになります。 1キロワット時あたり10セントだとすると、1日あたり約47万ドルになります。電気代は大きく異なること、そして古い（非効率的な）ASIC ハードウェアを使用してビットコインを保護しているブロックチェーンが多数あることに注意してください。電気代がビットコインの採掘と販売にかかるコストよりも低い限り、難易度は徐々に上昇していきます。

Qtum の POS ブロックチェーンを保護するためのエネルギー コストは、従来の POW モデルのコストのほんの一部です。おそらく、安全だと考えられるようになるには、コストは 10,000 ワット程度まで下がるでしょう。ブロックを解読するには、約 100 台のデバイスが「ネットワークの重み」を積極的に使用する必要があります。この比較から、POS モデルは POW よりも環境に優しいことがわかります。

Qtum は Bitcoin Core バージョン 0.13 をベースとしており、Blackcoin の POS 3.0 コンセンサス メカニズムに組み込まれる予定です。このアプローチには課題がないわけではないので、課題を克服するために次の 8 つの手順を実行します。

1. 合意形成メカニズムを調査して選択する

Blackcoin は 2014 年の創業以来、3 つの POS バージョンを実装してきました。バージョン 2 では、多くの潜在的なセキュリティ問題に対処し、ネットワークの悪用を防止します。バージョン 3 にはいくつかのアップデートがあり、最も注目すべき変更点は、年間 1% の POS 報酬から固定の 1.5 BLK (Blackcoin) への変更です。つまり、ウォレットをオンラインに保つことでネットワークのセキュリティ保護に参加している Blackcoin 所有者だけがブロックを取得するチャンスがあるということです。

複数の POS 統計パターンを検討した後、Qtum は Blackcoin POS 3.0 を Bitcoin Core 0.12 に統合することを決定しました。

2.ブロックチェーンPOS 3.0をQtum Coreに実装する

このセクションでは、Blackcoin POS 3.0 がそのエコシステム内でどのように機能するかを詳しく見ていきます。 Blackcoin Core の「祖先」は 2013 年の Bitcoin Core バージョンから来ているため、バージョン 0.12 で動作させたい場合は、コンパイルする前にコードに変換する必要があります。

Blackcoin の POS 3.0 実装は複雑で、コード内でどの部分が他の部分と関連しているかが明確に説明されていません。コードは複数のファイルに分散され、Qtum 開発者にとっての課題は、積分可能な部分のマーカーを識別することです。

Bitcoin と Blackcoin はブロックチェーンを異なる方法で同期します。 Blackcoin はブロック全体をダウンロードしますが、Bitcoin はブロック ヘッダーを分離してからダウンロードするため、使用が速くなります。 Bitcoin Core 0.12 への実装では、Blackcoin から移植されたコードが変更されたこと、および Blackcoin がブロックを受け入れて処理する方法に対するその他の変更が考慮されています。 Blackcoin の「マイニング」ソフトウェアも統合され、Qtum Core ユーザーがコインを生成するために必要な方程式を解けるように設計されています。

3. ノードなしでQtumのPOS実装をテストする

Blackcoin マイニング ソフトウェアが Bitcoin Core 0.12 に実装されると、RPC 経由で呼び出されるデーモン プログラムを使用してアクセスされるようになります。これらの変更により、単一のコンピューターでのマイニングが可能になり、アルゴリズムがチェックされ、このフェーズは成功しました。

4. 最初のテストネットワーク

最初のテストネットは 10 個のノードで作成され、そのうち 5 つは新しく作成された Qtum Core にハードコードされました。残りの 5 つは、さまざまなクラウド コンピューティング プロバイダーでコンパイルされ、実行されました。ジェネシス ブロックが作成されると、ネットワークは 64 秒ごとに新しいブロックを生成するように指示され、難易度は 16 分ごとに調整されます。テスト目的の POS ブロックの報酬は 5 コインです。各ノードには事前にマイニングされたコインが資金提供され、デーモン (仮想ドライブ) が起動するとコインをマイニングするように設定されます。

5. Qtum POSには修正が必要

このフェーズではいくつかの問題が発生しますが、大量のログ出力によって開発者は問題を修正できます。ノード内のいくつかのバグにより通信の問題が発生し、一部のノードが禁止され、独自のチェーンが作成されました。この問題は適切に解決されず、一部のウォレットで破損の問題が発生しました。

これらの問題が解決されると、ネットワークは安定性を確保するために数日間監視されます。

6. 複数のプラットフォームでQtum Coreをビルドする

最初のテストネットに Linux が使用されたのは、単にセットアップが最も簡単な環境だったからです。 Mac コンパイルに適した環境を構築するには、適切な変更を加える必要があります。当初は MingW と Msys2 を使用していましたが、コード ベースで問題が発生しました。最終的に MinGW を使用することを決定し、Linux 上でクロスコンパイルすることになります。これにより、作業用ウォレットを Mac および Windows 64 ビットでコンパイルして実行できるようになります。

7. QtumをBitcoin Core 0.13に統合する

Bitcoin Core 0.12 への Blackcoin POS 3.0 の実装は成功しましたが、テスト中に Bitcoin ウォレットに最近加えられた変更により開発が遅れ、再評価が必要になりました。この決定は、最高の機能を備えた Qtum をリリースするために行われました。 Bitcoin Core 0.13 では、Blockcoin 全体ではなくブロック ヘッダーのみをダウンロードすることで、ウォレットの同期が高速化されます。これにより、Qtum 所有者のユーザー エクスペリエンスはバージョン 0.12 よりもはるかにスムーズになるはずです。

このフェーズではいくつかの問題が発生し、ウォレットのトランザクションによってログ ファイルにエラーが生成されます。エラーを観察するためにテストネットは実行され続けます。

8. Qtum品質保証テスト

新しいブロックチェーンのテストには時間がかかり、各ブロックの生成には約 60 秒かかります。そのため、ブロックをできるだけ長く実行し続けることが目的です。その後、セッション用に 130 個のクラウドベースの Linux ノードを使用して、複数のテストネットがセットアップされました。各テストネットは 15,000 ブロックを実行します。

Bitcoin Core 0.13 の実装により、同期しようとすると一部の POS ブロックが部分的にダウンロードされます。この問題は、POS ブロックと POW ブロックの両方に対応するようにコードが更新されるとすぐに修正されます。各テストネットは、それ以上の問題もなく 15,000 ブロックを正常にマイニングしました。