アルゴランドのネットワークアーキテクチャ

アルゴランドのネットワークは、完全に分散化されたシステムとして設計されており、世界中に分散配置されたノードがブロックチェーンを維持し、その機能を確保しています。これらのノードは、ブロックチェーンの状態のコピーを保存し、トランザクションを検証し、参加しています。

ノードの種類と役割
Algorandのアーキテクチャは、主に2つのタイプのノードで構成されています: 参加ノードとリレーノード:

参加ノード
参加ノードは、ネットワークの合意メカニズムにとって基本的です。彼らはトランザクションの検証、ブロックの提案、投票、および認証プロセスに責任を持ちます。ALGOトークンを保有しているユーザーは参加ノードを運用できます。これにより、ネットワークが包括的で分散化された状態を維持します。これらのノードは、リレーノードと直接通信し、トランザクションやブロックをネットワーク全体に伝播させます。

リレーノード
リレーノードはネットワーク内で高容量のハブとして機能します。彼らは直接的にコンセンサスプロセスに参加するのではなく、ブロックや取引などのデータの効率的な配布を促進するための仲介者として機能します。中心的な通信ポイントとして機能することで、リレーノードはネットワークのパフォーマンスとスケーラビリティを向上させながら、分散型の構造を維持します。

参加と中継ノードの役割分担により、ネットワークの効率とスケーラビリティが最適化され、セキュリティや包括性を損なうことなく実現されます。

ゴシッププロトコル

ゴシッププロトコルは、Algorandネットワーク内での基本的な通信メカニズムであり、分散型の方法でノード間で情報を迅速かつ効率的に伝播させるために設計されています。このピア・ツー・ピア・プロトコルは、リアルワールドのゴシップで情報が広がる方法に触発されて動作し、ノードはデータを仲間と共有し、それが次に他のノードに伝播されます。この反復的かつ分散型のプロセスにより、ネットワーク内のすべてのノードが最終的に中央当局に頼らずに同じ情報を受信することが保証されます。

ゴシッププロトコルの特性には、次のようなものがあります:

• 分散化：単一のノードや中央集権的なサーバーが情報の伝播を制御することはなく、プラットフォームが障害や攻撃に対して強力であることを保証します。
• 効率: このプロトコルは、データを小さなインクリメントに分割して複数のノードに同時に配信することでレイテンシーを最小限に抑えます。
• スケーラビリティ：ネットワークは多数のノードを収容しながら高速な通信を維持できます。

分散化とセキュリティ

Algorandの分散アーキテクチャにより、ネットワークを単一のエンティティや組織がコントロールすることはありません。これは、ノードをグローバルに分散配置し、どのユーザーでも参加ノードを実行できるようにすることで実現されています。広範な参加を可能にすることで、Algorandは独占や操作の可能性を減少させ、攻撃に対するネットワークの強靭性を高めています。

ネットワークの暗号技術（VRFなど）に依存することで、合意タスクのノード選択がランダムで改ざん防止されることが保証されます。このランダム性により予測が不可能となり、悪意のある行為者が特定のノードを標的にすることやネットワークを危険にさらすことがほぼ不可能になります。

スケーラビリティとパフォーマンス

アルゴランドのアーキテクチャは、高い取引スループットと低レイテンシをサポートするよう設計されており、幅広いアプリケーションに適しています。リレーノードはコミュニケーションを効率化し、取引やブロックがネットワーク全体に伝播するのに必要な時間を短縮します。さらに、参加ノードの軽量な性質により、ユーザーは専門のハードウェアや高度な計算リソースを必要とせずにネットワークの運用に貢献できます。

環境への配慮

ネットワークのアーキテクチャは、アルゴランドの持続可能性への取り組みと一致しています。Proof-of-Workなどのエネルギー集約型システムとは異なり、アルゴランドのアーキテクチャとPure Proof-of-Stakeコンセンサスメカニズムは、最小限のエネルギー消費を必要とします。この設計により、ネットワークは環境への影響を大幅に減らしながらも高いパフォーマンスとセキュリティを維持することができます。

ブロック提案と最終化プロセス

Algorandのブロック提案および最終化プロセスは異なるステップで動作します。各ラウンドで、暗号ソーティションを通じて選択されたユーザーのサブセットである提案委員会が新しいブロックを提案します。選択された各ユーザーはブロックを組み立て、自分の委員会メンバーシップを証明するための暗号証明を含めてネットワークにそれを拡散させます。

ノードは、一定期間のブロック提案を受けるのを待ちます。新しい委員会、ソフト投票委員会が選ばれ、これらの提案を評価し、最も優先度の高い提案についてビザンチン合意に達します。メンバーは受け取った提案を分析し、最適な提案に投票します。

ソフト投票フェーズでの投票の閾値が達成されると、別の委員会である認証委員会が選ばれ、提案されたブロックの内容が検証され、台帳の状態に適合していることが確認されます（たとえば、二重支払いや無効な状態遷移がないこと）。合意が得られると、ブロックはネットワーク全体に配信され、台帳に追加されます。

この構造化されたプロセスにより、各ブロックが効率的に提案、評価、および最終決定され、ブロックチェーンの完全性と連続性が維持されます。

トランザクション処理と検証

アルゴランドの取引は包括的なプロセスを経ます。まず、ユーザーが取引を開始し、それがゴシッププロトコルを介してネットワークを伝播します。ノードは取引を受信し、それらを保留プールに配置してブロックに含まれるのを待ちます。

ブロック提案フェーズでは、選択された提案者が保留中のプールから有効な取引を新しいブロックに含めます。ブロックが提案されると、ソフト投票委員会と証明委員会がブロック内の取引を検証し、それが正当でプロトコルのルールに準拠していることを確認します。検証が成功した後、ブロックはブロックチェーンに追加され、取引は最終的と見なされます。

Algorandの設計はフォークの確率を最小限に抑えています。合意プロトコルにより、各ラウンドで1つのブロックのみが認定され、即座の取引確定が提供されます。このアプローチは、他のブロックチェーンとは対照的で、最終性を達成するために複数の確認が必要なフォークを経験する可能性があることから異なります。Algorandでは、ブロックが追加されると不可逆的であり、セキュリティが向上し、ネットワークの信頼性に対するユーザーの信頼感が高まります。

ハイライト

• Algorandの分散型ネットワークアーキテクチャは、ゴシッププロトコルを介して通信する世界中に分散されたノードに依存しています。
• ブロック提案と最終化プロセスには、効率的で安全なブロックの追加を確実にするために、暗号ソーティングと複数の委員会が関与しています。
• 取引は作成、伝播、検証、および最終化を通じて処理され、迅速かつ安全な処理が実現されます。
• プロトコルの設計はフォークを効果的に防ぎ、即時の取引確定を提供し、ネットワークの信頼性を高めます。