Messari：Minaの技術的特徴、運用メカニズムと経済モデルの詳細
Stellarは、スピードとスケールを向上させ、国境を越えた金融アクセスと包摂性を促進することを目的としています。原著者：Kunal Goel
原标题：《Mina Protocol - 小さくても強力》
翻訳：胡韬，链捕手
重要な洞察
- 伝統的なブロックチェーンは、増大するデータの保存において非効率的です。この状態膨張問題は、ネットワークの分散化に悪影響を及ぼします。なぜなら、ブロックチェーンのノード検証に参加できるユーザーが少なくなるからです。
- Minaプロトコルは、状態膨張問題を解決する新世代のLayer1ブロックチェーンです。zk-SNARKの強力な機能を活用し、Minaは約11 kBの固定サイズを維持しています。分散化に加えて、zk-SNARKはMinaを他のチェーンよりもプライバシーと効率性の面で優れたものにしています。
- 他の新世代ブロックチェーンは、ブロックチェーンの三重苦のスケーラビリティに最適化されていますが、その過程で分散化に影響を与えています。Minaは分散化を優先しています。理論的には、どんなスマートフォンやブラウザでもMina上で完全なノードを運用できます。
- しかし、Minaの多くの革新的な機能はまだ開発中です。製品ロードマップは野心的であり、チームの提供能力がプロトコルの成功を決定します。
ブロックチェーンの三重苦に基づくと、ブロックチェーンの三つの理想的な目標（スケーラビリティ、分散化、安全性）のいずれかの改善は、他の二つの目標の犠牲を伴います。ブロックチェーン技術が数年にわたって進歩する中で、最新の世代のブロックチェーンは三重苦を克服するためにいくつかの成功を収めています。彼らはスケーラビリティに焦点を当て、スループットを数桁向上させましたが、分散化と安全性の面でさまざまなトレードオフを行っています。例えば、Solanaの取引スループットはEthereumの1,000倍以上ですが、検証者に産業用ハードウェアの使用を要求し、継続的なアップグレードを約束させています。これにより、より広範なコミュニティがブロックチェーンのノード検証に参加できなくなり、分散化が妨げられます。
ビットコインやイーサリアムなどの旧世代のブロックチェーンは、分散化を優先するため、低いスケーラビリティの影響を受け続けています。しかし、これらのブロックチェーンの分散化も圧力にさらされています。なぜなら、サイズが現在数百GBを超えており、完全なノードを運用するための要件が高まっているからです。その結果、分散化の良い事業のために大量のリソースを費やす能力のある愛好者に責任が残されます。Vitalik Buterinはブログ記事"ブロックチェーンのスケーラビリティの限界"の中で、一般ユーザーがノードを運用できない場合、ブロックチェーンのパラメータを大幅に増加させることは"極端な中央集権"を引き起こす可能性があると警告しています。
Minaプロトコル
Minaプロトコルは現在、支払いチェーンとして機能しており、2022年3月23日にメインネットの立ち上げから1周年を迎えました。zkAppsと呼ばれるスマートコントラクトは、2022年第2四半期の製品ロードマップに含まれています。今月初め、三箭キャピタルやFTXベンチャーズなどの大手暗号投資家から9200万ドルを調達し、Web3のためにプライバシーとセキュリティの層を構築するというビジョンを実行します。
他の第1層ブロックチェーンが最近スケーラビリティを最大化している一方で、Minaプロトコルは分散化を最大化することを選択しました。Minaはシンプルなブロックチェーンとして、再帰的暗号技術を使用してブロックチェーンの検証可能なバージョンを約11kBの固定サイズに制限していますが、SolanaのようなLayer1はPB級のサイズです。
他の第1層ブロックチェーンが各ブロックの追加に伴い成長するのに対し、Minaは一連の自己参照型の暗号証明を使用して固定サイズを維持することができます。Minaの再帰的暗号学的プロセスをブロックチェーンの写真を撮ることに例えると理解しやすいです。新しいブロックが追加されるたびに、既存のブロックチェーンの新しいブロックの写真を撮り、そのサイズを1枚の写真に制限しながら、すべての情報を保持します。
この紹介を通じて、本報告書は伝統的なブロックチェーンを悩ませる状態膨張問題をより深く掘り下げ、Minaがどのようにゼロ知識証明を使用してこの問題を解決し、同時によりプライバシー、分散化、効率的なブロックチェーンを提供するかを探ります。また、Minaの設計選択と主要な参加者がどのようにしてその原生トークンMINAのサポートの下でシンプルなブロックチェーンとして機能できるようにしているかを探ります。最後に、Minaの将来の発展、製品ロードマップ、崇高なビジョンを実現するために構築中のチームについて議論します。
状態膨張
"ブロックチェーンと状態膨張は、ほとんどのユーザーが検証できなくなるまで、同期した完全ノードのコストを永遠に増加させます。これが、保守的なブロックサイズの上限を持つことが非常に重要な理由です。" -- Hasu、Flashbotsの戦略
状態膨張は、ブロックチェーンが生成する増大するデータ、取引、アカウント、トークン、契約、その他の情報の成長に関する問題です。信頼のない方法で現在の状態に正確に到達するためには、各完全なブロックチェーンノードが使用される各アドレス、取引の各トークン、鋳造された各NFT、および創世ブロックからの他の取引の履歴を保存する必要があります。
古いブロックチェーンはその長い歴史により状態が膨張していますが、新しいブロックチェーンはその高いスループットによりこれらの問題に直面しています。例えば、Ethereumで最も人気のあるクライアントGethの状態サイズは約600GBで、毎週約11GB増加しています。理論的には消費者向けハードウェアで運用可能ですが、状態サイズの増加に伴い、将来的には実現できない可能性があります。Ethereumは後の"The Purge"と呼ばれるアップグレードのセットで状態サイズの問題を解決する予定です。
一方、Solanaは高性能ブロックチェーンとして、毎秒1GBまたは年間4PBの速度でデータを生成しています。最初は、取引の履歴を維持するために"アーカイバー"のセットを使用する予定でしたが、ノードは最近の数日のデータのみを保存することになっていました。その後、このプロジェクトは放棄され、Arweaveのpermawebを使用して帳簿データを保存する計画に変更されました。しかし、Arweaveは現在52TBのデータしか保存できないため、Solanaのニーズを満たすためには大幅な拡張が必要です。Solanaは現在、取引履歴を保存するための分散化された解決策を持っておらず、GoogleのBig Tableをストレージソリューションとして使用しています。
Minaはこの問題を解決します。Minaは、再帰的zk-SNARKと呼ばれる独特の暗号技術を使用して、小さく固定されたサイズを維持します。これは、ゼロ知識簡潔な非対話的証明を表します。
再帰的zk-SNARK
ゼロ知識 (zk)
ゼロ知識証明は、特定の事実を証明する方法であり、検証者には真実であるという声明以外の情報はありません。例を通じて理解する方が簡単です。あなたがゲームショーにいて、目の前に千の扉があり、その後ろに賞品が隠れていると想像してください。賞品を見つけるための最良の戦略は、扉を順番に開けることです。もし誰かに賞品がどこにあるかを証明したい場合、扉の番号を教えることができます。彼らは自分で確認できます。これは、あなたが答えを持っていることを示す簡単な証明ですが、検証者と解決策を共有することが重要です。
しかし、もし彼らを賞品の扉の前に連れて行く前に目隠しをし、回転させた場合、あなたは扉の番号を共有することなく、賞品がどこにあるかを知っていることを証明できます。これがゼロ知識証明です。あなた（証明者）が解決策を知っていることを確認しますが、検証者にはそれを漏らしません。注目すべきは、作業には非対称性が存在することです。証明者が答えを見つけるために行う作業量は、検証者が答えが正しいかどうかを確認するために行う作業量をはるかに上回ります。証明者は正しい扉を見つけるまで、すべての扉を検索しなければなりませんが、検証者は1つの扉を確認するだけで済みます。
簡潔な非対話的知識論証（SNARK）
SNARKはゼロ知識証明の一種です。彼らは小さく、検証が容易であるため、簡潔と呼ばれます。Mina上のSNARK証明は約7kBで、検証にはわずか200ミリ秒しかかかりません。
一部のzk証明は証明者と検証者の間で情報を往復交換する必要がありますが、非対話的証明は、証明者とのさらなる対話なしに検証者が検証できます。
Argumentsは証明の形式主義です。暗号学においては、有効な主張のみを生成できる証明があり、過剰な計算能力を使用すると無効な論証証明が生成される可能性があります。しかし、これは理論的な違いに過ぎず、私たちの目的においては、論証を証明と同じものと見なすことができます。
Knowledgeは、証明者が答えを持っているという事実を指します。私たちの例では、彼らは賞品があることを証明するだけでなく、賞品がどの扉の後ろにあるかを知っていることを証明します。
したがって、SNARKは小型で、検証が容易な知識証明であり、証明者と検証者の間の往復通信を必要としません。
再帰
最後に、MinaはPicklesと呼ばれるzk-SNARKを使用しており、これにより自己参照的に証明を作成し、ブロックチェーンのサイズを固定に保つことができます。Picklesのもう一つの特性は、他のSNARKとは異なり、信頼された設定を必要としないことです。信頼された設定は理想的ではないと考えられています。なぜなら、将来のユーザーは、元の設定が適切な管理の下で公平に実行されたと信じる必要があるからです。
Minaとzk-SNARK
zk-SNARKの助けを借りて、Minaは小さく固定されたサイズのブロックチェーンバージョンを持つことができます。新しいブロックが追加されるたびに、前のブロックを持つzk-SNARKを証明する新しいzk-SNARKを作成する必要があります。このSNARKは、ブロックデータが正しい場合にのみ作成されます。したがって、SNARKは現在のブロックが有効であることを証明し、前のブロックのSNARKを参照してそれが有効であることを証明します。このようにして、ブロックチェーンの全体の状態は、現在のSNARKを検証することで確認できます。なぜなら、それは一連の有効なSNARKの上に生成される必要があるからです。
しかし、暗号証明だけでは完全なノードを運用するには不十分です。証明だけではノードが基本機能を実行できず、アカウント残高などの明確な情報を提供しません。さらに、ノードが機能するためには4つの情報が必要です。最初の情報は、帳簿を含むハッシュデータ構造のプロトコル状態です。次に、SNARK証明とプロトコル状態の検証キーが必要です。次に、ノードはアカウント情報とプロトコルに一致するMerkleパスを保存する必要があります。これにより、アカウント情報が正しいことを信頼せずに確認し、現在のプロトコル状態と関連付けることができます。
Minaのマーケティング資料は、ブロックチェーンが約22kBであると主張していますが、技術の進歩により、実際には11kBになるでしょう。
11 KB、本当ですか？
さて、完全にはそうではありませんし、今もそうではありません。このようなノードは完全な取引履歴を持たないため、コンセンサスに参加できず、非コンセンサスノードと呼ばれます。しかし、これは従来のブロックチェーンの軽量ノードよりも強力です。なぜなら、信頼の仮定なしに運用されるからです。ノードはブロックチェーンデータを独立して検証し、アカウント残高を抽出し、取引を放送できます。この点で、これはビットコインやイーサリアムの完全な非マイニングノードに似ています。もう一つ注意すべき点は、非コンセンサスノードは現在まだオンラインではなく、Minaプロトコルをサポートするチームによって開発中であるということです。
zk-SNARKの利点
Minaのzk-SNARKの実装は、従来のブロックチェーンと比較して独自の利点を持つ魅力的な代替手段となっています。
分散化の改善
非コンセンサスノードを運用するには、非常に少ないディスクスペースと計算能力が必要です。他のブロックチェーンが状態膨張に苦しみ、完全なノードを運用するために強力な産業用ハードウェアを必要とする可能性がある一方で、Minaの非コンセンサスノードはスマートフォンやブラウザ上で運用されます。すべてのユーザーが自分のノードを運用できるため、分散化が大幅に改善されます。自己監視のブロックチェーンの理想を超えて、自己検証を実現できるのはMinaだけです。
作業の非対称性
従来のブロックチェーンでは、各ノードが各取引を独立して実行する必要があり、計算リソースの浪費と取引コストの増加を引き起こします。取引を検証するためのゼロ知識証明は、取引自体を実行するために必要なリソースよりもはるかに少なくて済みます。これは、イーサリアム上のzk-rollupsの前提であり、Buterinはこれがイーサリアムの拡張の旅の中で最も重要な部分であると考えています。しかし、Minaはそのプロトコル設計にゼロ知識証明を組み込んでいます。
プライバシー
ゼロ知識証明は、不要な情報を漏らさないことでプライバシーをサポートします。Minaブロックチェーンのzk-proofは、状態が有効であることを証明するだけで、相互アカウントを表示しません。Minaのコンセンサスノードでさえ、最後の290ブロックの履歴しか保持していません。
コンセンサス
Minaは、CardanoのコンセンサスメカニズムOuroborosの修正版であるOuroboros Samasikaというメカニズムを使用しています。Ouroboros Samasikaは、完全な取引履歴を保持しない簡潔なブロックチェーンの追加属性を持っています。他のプルーフ・オブ・ステークチェーンと同様に、ブロック生成者に選ばれる確率は、ノードがステークしたMinaの量が総ステークの量に対してどの程度であるかに依存します。Cardanoと同様に、Minaはノードが資金をロックする必要がなく、ネットワークは資金を削減しません。ネットワークは、オフラインまたは不正行為を行っているノードに報酬を割り当てることを停止します。
ネットワークは次のブロック生成者を知らず、発表しません。また、複数のブロック生成者が条件を満たす可能性があります。この曖昧さはプロトコルの安全性を高め、ブロック生成者に対するサービス拒否攻撃に対する自然な防御を作り出します。しかし、その欠点は、時折短期的な分岐が発生することです。複数のブロック生成者が異なる有効なブロックを生成した場合、次のブロック生成者は標準的なコンセンサスルールに従い、最も長いチェーンの上に構築します。同じ長さのチェーンしか利用できない場合、ブロック生成者は最初に見たチェーンの上に構築するか、別のより高い検証可能なランダム関数の出力を持つものに置き換えます。
この設計選択は、Minaが確率的決定論を持つことも意味します。90%の誠実なステークと4分のブロック生成時間を持つMinaは、15ブロック（すなわち60分）内に99.9%の最終決定性を達成します。これは、SolanaやAvalancheなどの他の新しいブロックチェーンが数秒で取引を完了する必要があるのに比べて、はるかに長いです。
取引フロー
Minaの取引実行プロセスには、ブロック生成者とSNARKerという2つの重要な参加者がいます。ブロック生成者は、他のプルーフ・オブ・ステークチェーンの検証者に似ています。彼らは、ステークの割合に基づいてランダムに選ばれ、ブロックを生成します。SNARKerまたはSNARK作業者は、ブロックチェーンの単一取引のSNARK証明を生成します。彼らの役割をよりよく理解するために、Mina上の取引ライフサイクルを見てみましょう。
- まず、取引を実行するために、ユーザーは支払う手数料情報と共にネットワークにブロードキャストします。これらの手数料は取引メモリプールに収集されます。
- SNARKerは、これらの取引のSNARK証明を独立して提供するために絶えず努力します。これにより、取引はブロックに含まれることができます。
- ブロック生成者が選ばれると、彼らはメモリプール内の利用可能な取引から最も利益の高い手数料の高い取引をキューに追加します。しかし、ブロック生成者は、キューに追加する取引と同じ数の取引のSNARK証明も追加する必要があります。彼らは自分でSNARK証明を作成することも、SNARKerから購入することもできます。
- SNARKerは、最も低コストでSNARK証明を提供するために競争します。Minaのブロックエクスプローラーによると、過去100ブロックのすべてのSNARK証明は、SNARKerによって無料で提供されました。SNARKerは、マイニングに似たプロトコルインセンティブによって補助される可能性があります。これをSNARKマイニングと呼びます。
- ブロック生成者は次にキューを更新します。キューは一定のサイズを維持し、新しいunSNARKed取引の数は、SNARKed後に削除される取引の数と等しくなります。
- 次に、ブロック生成者はSNARKed取引をブロックに含め、プロトコル状態のzk-SNARK証明を更新します。
- 新しいブロックとSNARK証明はネットワークを通じて広がり、他のノードによって確認されます。
出典：Minaプロトコルホワイトペーパー
検閲抵抗
Minaは手数料市場を使用しており、ビットコインに似て、各取引はブロック生成者が追加するまでメモリプールで待機します。通常、ユーザーは十分に高い手数料を支払うか、十分に長い時間待つことで、ブロック生成者が彼らの取引をブロックチェーンに追加することを保証できます。
検閲される取引については、すべてのSNARKerがSNARK証明を提供することを拒否するか、すべてのブロック生成者がSNARKed取引をブロックに追加することを拒否する必要があります。Ouroborosの下では、ネットワークが分散化されており、ブロック生成者が共謀していないと仮定できます。
すべてのSNARKer間の共謀は非常に困難です。まず、誰もSNARK取引に入る障壁がありません。SNARKingのコストが非常に低いため、誰でもSNARK取引証明を作成し、SNARKing手数料を稼ぐことができます。たとえ取引手数料が低くても、ブロック生成者はSNARKed取引をブロックに含めることができ、利益を得るべきです。
ネットワーク統計
Minaは比較的新しいブロックチェーンであり、独自のアーキテクチャを持っています。そのため、ネットワークとその採用に関するデータは限られています。現在利用可能なリソース管理者やダッシュボードから以下の情報をまとめました。
Minaの理論的なスループットは、1秒あたり1取引です。明らかに、Minaはスループットの面で他の新しいブロックチェーンと競争することはありません。Minaは単にブロックチェーンのスループットの数を比較するのではなく、より包括的なScaDe（分散化の単位あたりのスケール指標）で競争しようとしています。ScaDeの最前線は、ブロックチェーンの三重苦の推論であり、ブロックチェーンのスループットは完全ノードの数に反比例することを示しています。Minaの目標は、理論的にノード数に制限がない状態で最大限の分散化を実現することですので、ScaDeの境界を超えて運用しています。
MINAトークン
MINAはブロックチェーンのネイティブトークンであり、取引手数料の支払いに使用され、ブロック報酬を通じてコンセンサス参加を奨励します。現在、オンチェーンでもフォーラムでも、ガバナンスプロセスはトークンに基づく投票を行っていませんが、計画があります。
MINAはインフレ通貨であり、初期インフレ率は12%で、メインネットの立ち上げから4年後に7%に減少します。インフレは固定されており、ステーク参加率の変化に応じてステークリターンが変動します。インフレが高く見えるかもしれませんが、これはチェーンの安全性を維持するのに役立ちます。なぜなら、ステーク参加を奨励するからです。
MINAの供給量を確認する方法はいくつかあります。例えば、タイムロックされたトークンを除外した循環供給量や、それらを含む完全希薄供給量などです。最も簡単で正確な方法は、ステーク供給を通じて確認することです。MINAの初期総供給量は10億トークンで、そのうち8.06億トークンがリリース時にステーク可能です。これらのトークンの大部分は販売のためにロックされていますが、ステークすることができ、全体的な報酬を得ることができます。時間が経つにつれて、残りの1.94億の初期供給トークンは、増圧報酬、SNARKマイニング報酬、エコシステム助成金の形でコミュニティに配布されます。
出典：Mina
Minaエコシステムは、累計で1.4億ドルを調達しており、最近の9200万ドルの調達は2022年3月に行われました。Minaの支持者には、FTX Ventures、三箭キャピタル、Paradigm、Coinbase Ventures、Polychain Capital、Electric Capital、Multicoin Capitalなど、最も著名な暗号リスクファンドが含まれています。コミュニティ販売も大きな投資家の関心を引き起こし、Coinlistは各投資家の上限を1,000ドルから500ドルに引き下げることを余儀なくされました。
超過報酬
最近、Looks Rareとそのステーク報酬が崩壊しました。Minaと同様に、内部者はロックされたトークンを保有しており、これらは流通供給の一部ではありませんが、報酬を得るためにステークできます。これにより、リリース後の最初の数日間に大きな割合のステーク報酬を得ることができました。著名なTwitter人物Cobieは、最近のブログ"インセンティブ構造"でこれを紹介しました。
Minaは、より良い報酬構造を設計することで、この論争を回避しました。リリース後の最初の15ヶ月間、ステークされたロックされていないトークンのユーザーは、超過報酬と呼ばれるより多くのブロック報酬を受け取ります。現在、ロック解除されたステーク者が得る報酬は、ロックされたステーク者の2倍であり、コミュニティに好まれる報酬配分を実現し、Looks Rareチームが直面した論争を回避しています。
ロードマップ
Minaはエキサイティングな製品を持っていますが、チームはまだその最も革新的な機能を構築しています。現在、数百の検証者を持つ支払いチェーンとしてのみ機能しています。スマートコントラクト機能、非コンセンサスノード、インターネットから信頼なしにデータを抽出できるオラクルは、2022年に追加される予定の有望な機能です。Minaはまた、オフチェーンでデータを保存するzk-Rollupを開発する計画もあり、これによりスループットを拡張することができます。
チームとパートナー
基本的な製品と野心的なロードマップが整ったことで、貢献チームが成功の最も重要な要素となります。
Minaの背後にあるコアチームは、O(1) Labsであり、Minaにスマートコントラクトとzk-Oracleを追加することに専念しています。Mina財団の現CEOであるEvan Shapiroは、O(1) LabsのCEOを務めていました。Evanはカーネギーメロン大学を卒業し、コンピュータサイエンスの修士号を取得し、2017年にO(1) Labsを設立しました。
O(1) Labsの暫定CEOはEmre Tekişalpで、彼はCoinbaseでビジネス開発マネージャーを務め、コロンビアビジネススクールのMBAを取得しています。Izaak MecklerはO(1) LabsのCTOで、現在カリフォルニア大学バークレー校で暗号学の博士号を取得中です。
=nil; Foundationは、MinaからEthereumや他のEVMチェーンへの橋を構築しています。2021年9月、Ethereum財団とMina財団は、この橋を建設するために120万ドルの助成金を提供しました。
Chainsafeは、Rustを使用してMinaを再実装し、ブラウザベースのノードのMVPを構築しています。
PolygonとMinaは、Polygonのプルーフ・オブ・ステークチェーン上でMinaのサポートを構築するために協力しています。これにより、開発者はMinaのzk-SNARKの利点を活用してPolygon上でdappを構築できるようになります。
結論
世界がプラットフォーム戦争やEthereumのスケーリングソリューションに注目する中、Minaは分散化を損なうことなくゼロ知識証明の可能性を活用する有望なソリューションを構築し続けています。強力なチーム、印象的なパートナーと支持者、そして新しい資金の備蓄を持つMinaは、野心的なロードマップを実行し始めることができます。Minaの貢献者は、2021年にSolana、Avalanche、Terraなどの代替プラットフォームチェーンが達成した成果からインスピレーションを得ることができます。勝者はまだ決まっておらず、Minaが強力な製品を構築できれば、ユーザーと投資家が集まるでしょう。
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