Arweave 第 17 版白皮书解読（1）：空間と時間の穿越

作者：PermaDAO

以前のいくつかのArweaveのコンセンサスメカニズムの進化に関する記事の「前提条件」を経て、Arweaveに注目している友人たちは、このプロトコルのコンセンサスメカニズムについて比較的直感的な理解を持っていることでしょう。しかし、筆者自身は小さな疑問を抱いていました。2.6バージョンがそれほど画期的であるなら、なぜそのコンセンサスメカニズムには具体的な名前がないのでしょうか？（以前は「制限付きSPoRAメカニズム」と名付けていました）。この疑問を持って、私はArweave公式のコアコンセンサスメカニズムエンジニアと深く議論し、SPoResというシンプルなコピー証明が実際にはArweave 2.6のコンセンサスメカニズムの名称であることを知りました。

つまり、2023年12月26日に発表された「Arweave: The Permanent Information Storage Protocol」というタイトルの第17版ホワイトペーパーは、基本的にArweave 2.6の公式説明文書であり、その時のバージョン番号はすでに2.7.0に達していました。良いニュースは、以前の「一文で理解するArweaveのコンセンサスメカニズムの進化の歴史」と「Arweave 2.6は中本聡のビジョンにより合致するかもしれない」という2つの記事が、基本的にArweaveメカニズムの重要な内容をカバーしていることです。浅く知りたい友人にとっては、これで十分でしょう。

しかし、私は第17版ホワイトペーパーについてさらに深く章ごとの解説を行うことに決めました。これは高次のArweave参加者にとって非常に重要です。なぜなら、もしあなたがそれを読んだことがあれば、そこに満ち溢れる数学的公式やモデリングの証明が人を躊躇させるからです。しかし、これこそがプロトコルの美しさを最もよく表現しているのかもしれません。

ホワイトペーパーのアドレス：https://www.arweave.org/files/arweave-lightpaper.pdf

空間と時間を超えて

印刷技術は人類文明に深遠な影響を与えています。その出現により、人類の情報の伝播と膨張速度は急激に増加し、20世紀末のインターネットの出現によってそのピークに達しました。情報の効率的な伝播は社会の透明性を高め、個人の意識の覚醒を促進しました。それにもかかわらず、インターネットは依然として中央集権的な機関の管理と検閲を受けており、中央集権的な配信が情報の流通を操作する意図から生じる情報の「フィルターバブル」は、現在人類が直面している最大の問題です。毎年、一定の割合の有用な情報がこのために失われています。

Arweaveの誕生は、この問題を解決する使命を担っています。ホワイトペーパーの冒頭では、Arweaveプロトコルを明確に定義しています：

空間と時間の2つの次元において、非仲介的（Disintermediated）な形で情報を伝送するプロトコル。

ここでは2つの次元、空間と時間が言及されています。地球上の99%のデータストレージサービスとは異なり、それは「タイムカプセル」のようなもので、情報データを保持するだけでなく、時間という重要な次元も加えています。

この2つを組み合わせることで、Arweaveプロトコルの形態は永久的な情報ストレージシステムとなります。「永久的」という言葉にはさまざまな定義があります。「オックスフォード英語辞典」では「持続的に存在し、無期限に変わらない」と定義され、「ウェブスター辞典」では「継続または持続的に存在し、基本的または顕著な変化がない」と定義されています。

この2つの永久性の定義に基づき、Arweaveは最大限の期間内にデータを保存し、データは一切変化しないことを目指しています。この目標を達成するために、Arweaveのプロトコルには3つのコア原則が必要です：

• 暗号化ストレージ証明：データのコピーとアクセス可能性を検証するためのシンプルな暗号証明システム。
• ストレージ保険基金：時間の経過とともに発生する技術の進歩によるデフレーション効果を利用して、永久ストレージの費用を支払う予測可能で自己実行的な保険基金。
• インセンティブ進化：強制的でないネットワークのアップグレードを生成し報酬を与えることで、プロトコルが長期的に健全な進化メカニズムを持つことを許可します。

これらを実現する主な方法は、「シンプルコピー証明SPoRes」という新しいブロックチェーンコンセンサスメカニズムを通じて目標を達成することです。これは、最大限の非中央集権性を維持しつつ、計算コストと帯域幅の要求を最小限に抑えることができるプロトコルです。これとストレージ保険基金が組み合わさることで、データのコピー保存を促進するインセンティブモデルが構築され、ネットワークは完全に自律的、透明で予測可能な方法で数百年にわたって持続的に運営されることが可能になります。

中本聡コンセンサスの調整

非中央集権的なコンセンサスは分散コンピューティングの一分野であり、ネットワーク内の参加者、たとえ競争関係にある参加者であっても、特定の状態に関して合意を形成する重要な研究を含んでいます。この分野はビットコインの「中本聡コンセンサス」の出現により広く注目を集めました。このメカニズムは、競争的かつ許可不要の環境で合意を形成することを初めて可能にしました。この革新により、ビットコインは中央集権的な人間の行動者に依存せずに通貨政策を管理する最初のデジタル通貨を創出し、10年以上にわたり良好に機能しています。

Arweaveはビットコインのプルーフ・オブ・ワークメカニズムからコンセンサスを得るインスピレーションを受け、それを調整してネットワーク内の情報の永久的な保存の目標に適合させました。

Arweaveは「ノード」から構成されるグローバルな非中央集権的コンセンサスシステムであり、これらのノードはシステムにアップロードされたすべてのデータの複数のコピーを共同で保存します。Arweaveに情報を保存したいユーザーは、ネットワークのストレージ基金に一度のストレージ費用を支払い、データをネットワーク内のノードに転送することで相応のデータをアップロードします。あるノードがブロックを成功裏に掘り出す（確認する）たびに、ノードたちは定期的にグローバルに分散されたデータベースネットワークに新たに入ってくるデータに対して合意を形成します。1つのブロックには取引リストが含まれており、各取引はネットワークに保存される新しいデータ、またはそのデジタル通貨$ARの転送取引、またはその両方を含みます。マイニングとは、各ノードが新しいデータがネットワークに入るのを受け入れると同時に、以前にアップロードされたデータの保存状況を検証するプロセスを指します。ノードは取引を含むブロックを確認した後、ネットワーク内の他のノードから「引き出す」ことで、マイニングのために複製したいデータを取得します。

プロトコル設計の原則

このプロトコル設計の2つの主要な原則は次のとおりです：

• ミニマリズム：プロトコル設計は、できるだけ広範なネットワークコンセンサスを促進するために、直接的で最小限の主観的判断を維持することを目指しています。Arweaveは、そのデータ構造とアルゴリズムを構築する際に、十分にテストされた暗号原則のみを使用しています。
• インセンティブによる最適化：プロトコルは、期待される行動を規定することを主要な目標とせず、参加者が理想的な結果を達成するためのインセンティブを提供することを主要な目標としています。したがって、これらの結果を実現する具体的なメカニズムは自然に生じ、時間とともに進化します。

Arweaveプロトコルは、永久かつ拡張可能なデータストレージというビジョンにのみ焦点を当てており、このようなミニマルで集中した設計原則の下で、プロトコルに基づくアプリケーション層は高い拡張性と組み合わせ性を持ち、ネットワークの応用範囲もより広範で多様化しています。これにより、近年、多くの非中央集権的なスマートコントラクトプラットフォーム、データベース、アプリケーションが生まれました。さらに、Arweaveの効率的な証明システムはハードウェアと帯域幅の要求が非常に低く、ネットワークの参加度と非中央集権性を最大化しています。

ビットコインにおける効率的なマイニングのインセンティブは、計算ハッシュ速度の著しい向上とコストの低下を促進しましたが、インセンティブによる最適化の方法も非常に効果的です。ビットコインネットワークを例にとると、ビットコインはマイナーがランダムな数（nonce）を発見することで報酬を与えます。このランダムな数は候補ブロックと共に、特定の値（難易度係数）を下回るハッシュ値を生成します。これにより、マイナーは最低コストで最大数のハッシュ値を計算する方法を常に探し続けることが奨励され、専用のASICマイナーの発展が促進されました。2011年以降、毎秒計算できるハッシュ数は10^13倍に急増しました。同じ期間内のムーアの法則（10^10）の成長速度を上回っています。さらに、これにより同時期のビットコインネットワークにおける各ハッシュのコストは100万倍に低下しました。具体的な曲線は図示されています。この原則に基づいて、私たちはArweaveプロトコルにおいてビットコインのインセンティブメカニズムを、参加者がストレージ証明とデータ転送の問題を最適化する解決策を促進するように調整しました。

これが、Arweaveプロトコルの背後にある空間と時間を考慮したメカニズム設計の原則です。次の記事では、ホワイトペーパーの非常に核心的な部分、すなわちストレージの暗号証明がどのように実現されるかを体系的に解読します。