ソラナ（SOL）のマイニングとは違う仕組みを解説

ブロックチェーン技術の進化は目覚ましく、様々な暗号資産（仮想通貨）が登場しています。その中でも、ソラナ（SOL）は、高速なトランザクション処理能力と低い手数料で注目を集めているプラットフォームです。しかし、多くの暗号資産が採用している「マイニング」という仕組みとは異なる、独自のコンセンサスアルゴリズムを採用しているため、その動作原理を理解することは、ソラナの特性を把握する上で非常に重要です。本稿では、ソラナのコンセンサスアルゴリズムである「Proof of History (PoH)」と「Tower BFT」を中心に、マイニングとの違いを詳細に解説します。

1. マイニングの基本的な仕組み

まず、暗号資産における「マイニング」の基本的な仕組みについて理解しておきましょう。マイニングは、ブロックチェーンの取引記録を検証し、新たなブロックを生成するプロセスです。このプロセスは、複雑な計算問題を解く必要があり、その計算能力を提供したマイナーに、報酬として暗号資産が与えられます。この報酬を得るために、マイナーは高性能な計算機を導入し、電力消費を伴う競争を行います。代表的なマイニングアルゴリズムとしては、ビットコインの「Proof of Work (PoW)」が挙げられます。PoWでは、ハッシュ関数を用いて、特定の条件を満たすハッシュ値を探索する計算を行います。この計算は膨大な計算量を必要とし、結果としてネットワークのセキュリティを担保する役割を果たします。しかし、PoWは電力消費が大きいという課題を抱えており、環境負荷への懸念も高まっています。

2. ソラナのコンセンサスアルゴリズム：Proof of History (PoH)

ソラナは、PoWのような計算競争に依存するマイニングの代わりに、「Proof of History (PoH)」という革新的なコンセンサスアルゴリズムを採用しています。PoHは、トランザクションの発生順序を暗号学的に証明する仕組みです。具体的には、Verifiable Delay Function (VDF) と呼ばれる関数を利用し、一定時間経過を要する計算を行います。この計算結果は、過去のトランザクションの順序を記録したタイムスタンプとして機能し、ブロックチェーンの各ノードは、このタイムスタンプに基づいてトランザクションの順序を検証することができます。PoHの最大のメリットは、トランザクションの順序付けを事前に確定できるため、ブロック生成の待ち時間を大幅に短縮できることです。これにより、ソラナは非常に高いトランザクション処理能力を実現しています。

2.1 VDFの役割と仕組み

VDFは、PoHの中核となる技術です。VDFは、入力値が与えられた際に、一定時間経過後に初めて結果を出力する関数です。この一定時間は、事前に設定されており、計算機能力を向上させても短縮することはできません。VDFの重要な特性は、計算過程を並列化できないことです。つまり、複数の計算機を投入しても、計算時間を短縮することはできません。この特性により、VDFは、トランザクションの発生順序を暗号学的に証明するためのタイムスタンプとして利用することができます。VDFの計算結果は、ハッシュ値として記録され、次のVDFの入力値として利用されます。この連鎖的なハッシュ値の記録により、過去のトランザクションの順序を追跡することが可能になります。

2.2 PoHによるトランザクション処理の効率化

PoHは、トランザクションの順序付けを事前に確定できるため、ブロック生成の待ち時間を大幅に短縮します。従来のブロックチェーンでは、ブロック生成時にトランザクションの順序を決定する必要があり、そのためにコンセンサスアルゴリズムによる合意形成が必要でした。しかし、PoHでは、トランザクションが発生した時点でタイムスタンプが付与されるため、ブロック生成時にトランザクションの順序を決定する必要がありません。これにより、ブロック生成の待ち時間を短縮し、トランザクション処理能力を向上させることができます。ソラナでは、PoHと他のコンセンサスアルゴリズムを組み合わせることで、さらなる効率化を図っています。

3. Tower BFT：PoHと組み合わせることで実現する高速コンセンサス

ソラナは、PoHに加えて、「Tower BFT」と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムを採用しています。Tower BFTは、PoHによって確立されたトランザクションの順序に基づいて、ブロックの検証と合意形成を行うためのアルゴリズムです。Tower BFTは、Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT) をベースにしており、高い耐障害性と高速なコンセンサスを実現しています。Tower BFTでは、リーダーノードがブロックを提案し、他のノードがそのブロックを検証します。検証の結果、過半数のノードがブロックを承認した場合、そのブロックはブロックチェーンに追加されます。PoHによってトランザクションの順序が事前に確定されているため、Tower BFTは、ブロックの検証と合意形成を効率的に行うことができます。これにより、ソラナは、高いトランザクション処理能力と低い手数料を実現しています。

3.1 pBFTの基礎とTower BFTの改良点

pBFTは、分散システムにおけるコンセンサスアルゴリズムの一つであり、ビザンチン将軍問題と呼ばれる問題を解決するためのアルゴリズムです。ビザンチン将軍問題とは、複数の将軍が敵の城を攻撃する際に、一部の将軍が裏切り者である可能性がある状況で、どのようにして攻撃のタイミングを一致させるかという問題です。pBFTは、リーダーノードが攻撃のタイミングを提案し、他のノードがその提案を検証することで、合意形成を行います。Tower BFTは、pBFTをベースにしていますが、PoHによってトランザクションの順序が事前に確定されているため、ブロックの検証と合意形成を効率的に行うことができます。また、Tower BFTは、ノード間の通信コストを削減するための最適化も施されています。

3.2 リーダー選出とスロットの概念

Tower BFTでは、リーダーノードがブロックを提案する役割を担います。リーダーノードは、一定期間ごとに交代し、その期間を「スロット」と呼びます。スロットは、PoHによって確立されたタイムスタンプに基づいて決定されます。各ノードは、自身の持つSOLの量に応じて、リーダーノードに選出される確率が異なります。SOLの量が多いノードほど、リーダーノードに選出される確率が高くなります。リーダーノードは、スロット中にブロックを提案し、他のノードがそのブロックを検証します。検証の結果、過半数のノードがブロックを承認した場合、そのブロックはブロックチェーンに追加されます。このプロセスを繰り返すことで、ソラナのブロックチェーンは、継続的に更新されます。

4. マイニングとの比較：ソラナの優位性

ソラナのPoHとTower BFTの組み合わせは、従来のマイニングと比較して、いくつかの優位性を持っています。まず、電力消費量が大幅に少ないことが挙げられます。PoWのような計算競争に依存するマイニングは、膨大な電力消費を伴いますが、PoHは、計算競争を必要としないため、電力消費量を大幅に削減することができます。次に、トランザクション処理能力が高いことが挙げられます。PoHによってトランザクションの順序が事前に確定されているため、ブロック生成の待ち時間を短縮し、トランザクション処理能力を向上させることができます。また、手数料が低いことも挙げられます。トランザクション処理能力が高いため、ネットワークの混雑が起こりにくく、手数料を低く抑えることができます。これらの優位性により、ソラナは、高速かつ低コストなトランザクション処理を実現し、様々な分散型アプリケーション（DApps）の基盤として利用されています。

5. まとめ

ソラナは、PoHとTower BFTという革新的なコンセンサスアルゴリズムを採用することで、従来のマイニングとは異なる、高速かつ低コストなトランザクション処理を実現しています。PoHは、トランザクションの発生順序を暗号学的に証明する仕組みであり、Tower BFTは、PoHによって確立されたトランザクションの順序に基づいて、ブロックの検証と合意形成を行うためのアルゴリズムです。これらのアルゴリズムの組み合わせにより、ソラナは、高いトランザクション処理能力と低い手数料を実現し、様々なDAppsの基盤として利用されています。ソラナの技術的な特徴を理解することは、ブロックチェーン技術の進化を理解する上で非常に重要です。今後も、ソラナのような革新的なプラットフォームの登場により、ブロックチェーン技術は、さらに進化していくことが期待されます。