有向非周期グラフ（DAG）と効率的なブロックチェーン

絡み、IOTAの有向非循環グラフ（DAG）アーキテクチャは、従来のブロックチェーンのコンセンサスメカニズムに代わる、スケーラブルで効率的な有望な選択肢を提供する。

モノのインターネット（IoT）が成長するにつれ、マイクロペイメントや相互接続されたデバイスが普及し、高いトランザクション処理能力を持つ分散型台帳が必要となる。

この投稿では、tangleがDAGを活用してどのように分散型コンセンサスとスケーラビリティを実現しているかを探る。

従来のブロックチェーンがスケールで苦労する理由

ビットコインやイーサリアムのようなブロックチェーンは、トランザクションをブロックに束ね、それぞれの新しいブロックが連鎖の中で前のブロックと暗号的にリンクしている。

このシーケンシャルな構造は、トランザクションのスループットをブロックサイズと作成レートに制限する。

ネットワークに参加するユーザーが増えると、ブロック内の限られたスペースをめぐる競争が激化し、取引手数料と確認時間が上昇する。

加えてプルーフ・オブ・ワーク・コンセンサス 多くのブロックチェーンで使われているトランザクションを検証し、ネットワークをセキュアにするためには、膨大なコンピューティングパワーが必要となる。

様々なソリューションがブロックチェーンのスケーラビリティの向上を目指しているが、その根底にあるデータ構造やコンセンサスメカニズム .

このことが、高度にスケーラブルで分散化されたネットワークを構築するための代替分散台帳アーキテクチャの研究の動機となっている。

もつれグラフと有向無サイクルグラフの紹介

IOTAのもつれは、従来のブロックチェーンとは大きく異なる。

ブロックの直線的な連鎖ではなく、タングルは有向非循環グラフ（DAG）データ構造である。

トランザクションはグラフ上の頂点で表現され、ブロック単位ではなく、互いにリンクされている。

新しいトランザクションを発行するには、ユーザーは小さなプルーフ・オブ・ワーク計算を実行することで、2つ前のトランザクションを検証しなければならない。

これらの承認は有向エッジで表され、発行されたトランザクションが先の2つのトランザクションを参照し、その有効性を検証することを確認する。

時間が経つにつれて、取引は相互にリンクされ、コンセンサスを提供する承認のネットワークを形成するようになる。

このDAG構造により、新たなトランザクションがネットワークに参加すると、タングルは水平方向にスケールすることができる。

ユーザーは過去の取引を確認するため、取引件数が増えれば確認回数も増え、セキュリティも向上する。

スループットを制限する固定ブロックサイズや間隔はない。ネットワーク上のアクティビティが多ければ多いほど、トランザクションの確認は速くなる。

タングル（DAG）の主な特性

タングルがスケーラブルで分散化された暗号台帳として機能することを可能にする主な特徴をいくつか挙げる：

• 非同期コンセンサス - 逐次的なブロックではなく、トランザクションは、DAGを横断する承認のランダムウォークを通じて確率的な終局に達する。これにより、ボトルネックなしに高いスループットが得られる。
• 取引手数料無料 - ユーザーはトランザクションを検証して自分のトランザクションを発行するため、トランザクションの提出にコストはかからない。これにより、マイクロペイメントやIoTデバイス間の頻繁な取引が可能になる。
• 分散型セキュリティ - ネットワークが大きくなればなるほど、より多くのトランザクションが検証・検証される。利用者が増えれば増えるほど、分散型セキュリティは向上する。
• スケーラブルなスループット - 検証プロセスが並列化されているため、1秒あたりのトランザクションはネットワークの活動に応じて増加する。ブロックサイズの制限はない。

Tangleは、IOTA暗号通貨ネットワークで使用されているDAGの一種です。

IOTAとそのTangleテクノロジーは、幅広いアプリケーションに適したスケーラブルな分散型台帳アーキテクチャを提供する：

• モノのインターネット（IoT） - 機械対機械のマイクロペイメントを可能にし、機器間の信頼できるデータ転送を提供する。例えば、電気自動車の充電、サプライチェーンの追跡、ワイヤレス・センサー・ネットワークなどがある。
• スマートシティ - コネクテッド・デバイス・ネットワークを通じて公共サービスの効率と透明性を向上。スマート廃棄物管理、汚染監視、スマートパーキングなどのアプリケーション。
• デジタル・アイデンティティ - ユーザーが分散型ネットワーク上で自分の個人データとアイデンティティを所有し、管理できるようにする。
• 金融サービス - 摩擦のないマイクロペイメントや、トークン化された資産を台帳上で決済するためのインフラを提供する。
• ヘルスケア - 医療記録の安全な共有と監査、医療用IoTセンサー・データへのアクセス、スマート・ヘルスケア・システムとの統合を可能にする。

IOTAのTangleの採用はまだ初期段階だが、そのスケーラビリティ、感触のないトランザクション、軽量なプロトコルは、IoTやマシンエコノミーのアプリケーションにおいて、従来のブロックチェーンとは異なる独自の利点を提供する。

すでにユースケースを模索している企業には、デル、インテル、TMフォーラム、ノルウェー最大の銀行DNB、エネルギー・ソフトウェア会社Grid+などがある。

ネットワーク効果の向上と技術の成熟により、企業や公共部門への導入は加速している。

有向無サイクルグラフ（DAG）とタングルはどのように機能するのか？

有向非巡回グラフ（DAG）は、ノードとエッジからなるデータ構造である。ノード サイクルはない。

つまり、あるノードからスタートして、エッジをたどって同じノードに戻ることは不可能である。

DAGは、タスク依存関係グラフやタイムラインなど、自然な順序を持つデータを表現するためによく使われる。

例えば、タスク依存グラフは、一連のタスクが完了しなければならない順序を表すために使用することができる。

TangleはDAGの一種で、IOTA暗号通貨のトランザクションの保存と処理に使用される。

Tangleは、ノードとして表現されるトランザクションと、トランザクション同士をつなぐエッジで構成される。

新しいトランザクションがタングルに追加されるとき、そのトランザクションは2つ前のトランザクションを参照しなければならない。

2つ前のトランザクションを検証するこのプロセスは「プルーフ・オブ・ワーク」（PoW）と呼ばれる。PoWは、無効なトランザクションを追加することを困難にすることで、Tangleの安全性を高めるのに役立つ。

トランザクションがTangleに追加されると、それは確認されたとみなされます。Tangleに追加される取引が多ければ多いほど、各取引はより安全になります。

以下は、タングルがどのように機能するかの簡略化した例である：

1. アリスは10 IOTAをボブに送りたい。
2. Aliceは新しいトランザクションを作成し、2つ前のトランザクションを参照する。
3. アリスはトランザクションをTangleネットワークにブロードキャストする。
4. Tangleネットワーク上の他のノードはトランザクションを受信し、それが以前の2つのトランザクションを参照していることをチェックすることによってそれを検証する。
5. トランザクションが有効であれば、ノードはそれを自分のTangleのコピーに追加する。
6. アリスの取引は確認されたとみなされた。

Tangleには、従来のブロックチェーンにはない以下のような利点がある：

• スケーラビリティ： Tangleは、1秒間に大量のトランザクションを処理できるようスケーラブルに設計されている。
• フィーレス： タングルの取引手数料は無料。
• 安全だ： タングルはPoWプロセスによって保護されている。

しかし、Tangleはまだ開発途上であり、スパム取引のリスクやネットワークのパフォーマンス向上の必要性など、対処すべき課題もある。

全体として、DAGとTangleはトランザクションの処理方法に革命を起こす可能性を秘めた有望な技術である。

結論

Tangleは分散型台帳技術の進化を象徴するもので、DAGベースの構造を用いることで、従来のブロックチェーンの主要なスケーラビリティの制限を克服している。

このため、大量のトランザクションを効率的に処理することができ、モノのインターネットにおけるマイクロペイメントや機械とのインタラクションの実現に適している。

ブロックチェーン・アプリケーションが探求され続ける中、tangleのようなDAGアーキテクチャは、真に分散化されたスケーラブルなトランザクション・ネットワークを構築するための興味深い新しい方向性を提供する。

要約すると

• タングルはリニアブロックチェーンではなくDAGを使用し、スケーラビリティを高めている。
• トランザクションは2つ前のトランザクションを検証し、非同期のコンセンサスを可能にする。
• マイナーも取引手数料も不要、IoT向けマイクロペイメントを実現
• ユーザー数の増加により、セキュリティとスループットが向上。
• 手数料が不要でスループットが高いため、マシン・ツー・マシン取引に最適
• DAG構造で従来のブロックチェーンのスケーラビリティ問題を解決