Floc Basics Vol.5 P2Pの構造と技術

CAP定理

CAP定理は ブリュワーの定理とも呼ばれ、 分散コンピュータシステム のマシン間の情報複製に関する定理。ウェブサービスを想定して作られた定理。 ノード間のデータ複製において、同時に次の3つの保証を提供することはできない。 一貫性 (Consistency)すべてのデータ読み込みにおいて、最新の書き込みデータもしくはエラーのどちらかを受け取る。 可用性 (Availability)ノード障害により生存ノードの機能性は損なわれない。つまり、ダウンしていないノードが常に応答を返す。単一障害点が存在しないことが必要。 分断耐性 (Partition-tolerance)システムは任意の通信障害などによるメッセージ損失に対し、継続して動作を行う。通信可能なサーバーが複数のグループに分断されるケース（ネットワーク分断）を指し、1つのハブに全てのサーバーがつながっている場合は、これは発生しない。ただし、そのようなネットワーク設計は単一障害点をもつことになり、可用性が成立しない。RDBではそもそもデータベースを分割しないので、このような障害とは無縁である。 この定理によると、分散システムはこの3つの保証のうち、同時に2つの保証を満たすことはできるが、同時に全てを満たすことはできない。単一障害点があれば、ネットワーク分断が発生した際にシステムがバラバラに分裂しても、そこを基準に一貫した応答ができる(分断耐性+一貫性)が、可用性が成立しなくなる。 一般的な 関係データベース、 LDAP、 NFS などは一貫性と可用性しか成立しない。 2相コミット はこれに該当。ネットワーク分断が発生した際は、片方を切り捨てる。Amazon Relational Database Service の Multi-AZ 配備も該当。 可用性＋分断耐性のケースでも、一定時間以内に一貫性を成立させるシステム（ 結果整合性; eventually consistent）は構築可能である。 Amazon SimpleDB や Apache Cassandra などがこの方式を採用している。 DNS や HTTP キャッシュなども該当。3種の中ではこの方式が最も障害に強い。 Apache HBase などが採用している。HBase の場合、 単一障害点 がある上、ネットワーク分断に対して整合性をとる仕組みが不完全であるため、可用性が犠牲となっている。 この定理は、 インクトミの創業者でもあり、 カリフォルニア大学バークレー校の 計算機科学の 教授でもあるエリック・ブリュワーが 2000年の Symposium on Principles of Distributed Computing (PODC) で提案（数学的な用語では 予想 ）したのが始まりである。 2002年に MITのSeth Gilbertと ナンシー・リンチがブリュワーの予想の厳密な証明を提出し、 定理 として確立した。

ライトニングネットワーク

ライトニングネットワークとは、 ブロックチェーン（ほとんどの場合 ビットコイン）上で動作する「セカンドレイヤー」ペイメントプロトコルである。ライトニングネットワークは理論的には参加ノードの間での高速なトランザクション処理を可能にし、また ビットコインのスケーラビリティ問題の解決策と謳われている。ライトニングネットワークは資金の管理券を委譲することのない双方向 ペイメントチャネルを通して 暗号通貨の マイクロペイメントを行う ピア・ツー・ピアのシステムを特徴としている。ライトニングネットワークの実装は アトミックスワップ を簡素化する。 ライトニングネットワークは通常、関連したブロックチェーン上で開かれたペイメントチャネルにファンディング（入金）トランザクションを加えることから始まる。その後、チャネルにファンディングした額の暫定配分額を更新するライトニングトランザクションをブロックチェーンに送信することなく任意の回数行う。チャネルを閉じる際に、その時点の配分額を最終版として実際の配分を行うトランザクションをブロックチェーンに送信する。 ライトニングネットワークを想定通りに動作させるためには、ビットコインの Segregated Witness(SegWit)のような トランザクション展性 の修正が必要となる。 Joseph Poon と Thaddeus Dryja はライトニングネットワークのホワイトペーパーを2015年に発表した。より詳細な仕様が複数の団体によって開発された。非営利なものとしては、MIT Digital Currency Initiativeによる実装、 Blockstream の Bitcoin Core/bitcoind による実装、 Lightning Labs による実装、 ACINQ による実装がある。 2017年11月に、互換性のある一連の試験用トランザクションがBitcoin Core 上で作成された。 2018年1月に、Blockstream はウェブの小売業者を対象とした決済処理システムを公開した。Blockstream はこの際、ライトニングネットワークのノードは2018年1月18日現在mainnet で60あり、「試験運用中」であることを考慮すべきと付した。 2018年5月15日、Lightning Labs の CEO Elizabeth Stark は、 lnd(ライトニングネットワークの実装の一つ) の初版であるバージョン 0.4-beta(開発者向け) をリリースした。これはビットコインとライトコインのmainnet において試験する目的のためのものであった。 2018年3月、モバイル決済の起業家であるJack Dorsey がライトニングネットワークの構想を支持した。 2018年4月から2018年8月まで、ビットコインのライトニングネットワークは月に約15%の成長を遂げた。 ノード数は1,500から3,000に増加し、チャネル数は4,000から11,000に増加した。 2018年4月、eclair wallet は Google Play から公開後数日で削除された。アプリの開発者が署名用の秘密鍵を紛失し、致命的なバグを更新できなくなったからである。 2018年5月、世界初のビットコイン／金の交換所であるVaultoro.com はmainnet でのライトニングネットワークでの入金を承認した。 2018年7月1日、決済処理会社 CoinGate はライトニングネットワーク支払いを承認するためのサービスをマーチャント向けにリリースした。 2018年3月20日、ライトニングネットワークノードは DDoS 攻撃に晒された。攻撃はおよそ200のオフラインのノードに対して送られ、これによりノード数がおよそ1,050から870まで減少した。できるだけ多くのノードに対して新たな接続を妨害するために エクスプロイト が用いられた。1ヶ月前の2月、Bitcoin Core の開発者である Peter Todd はライトニングのプロトコルは「現在の実装では、DoS攻撃に対して脆弱性があることの証明」をしたと述べていた。これはブロックチェーンはもちろん、P2Pプロジェクトにも危険をもたらすとある暗号学者は述べた。 ペイメントチャネルは、その参加者が ブロックチェーンにトランザクションを公開することなく相互に資金を送り合うことを可能にする。これは協調性に欠ける参加者を罰することにより実現される。チャネルを開いたとき、参加者はファンディング(入金)をしなくてはならない(ブロックチェーン 上の ファンディングトランザクション)。CheckSequenceVerify や …