ブロックチェーンにおけるノードとは何か？
Rachel Essel
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分散型台帳技術は、コンピュータの全く新しい使い方を生み出し、それに伴って学ぶべき新しい用語も生まれました。この現代の技術を学ぶときに必須となるのが「ノード」です。
ノードはブロックチェーンのインフラに欠かせない存在であり、分散型台帳とそのインフラを構成する一つの要素です。一般的に、ノードはブロックチェーンネットワークの参加者によって、再配布ポイントや通信エンドポイントとして機能するものです。しかし、全てのノードが同じではなく、それぞれ異なる機能を果たします。ネットワークノードは、メッセージを作成したり、受信したり、送信したりできるポイントを形成します。
ここでは、ノードが必要な理由、ノードの機能、ノードの種類について詳しく説明します。
合意形成の仕組みとノードの役割
ビットコインやイーサリアム、Aptosなどのチェーンや暗号通貨は、単一のサーバーやグループによって制御されているわけではなく、人々が相互作用するピアツーピアのネットワークによって動作し、ノードはその稼働を支える役割を果たします。
分散型のブロックチェーンが機能するためには、ブロックチェーンのコピーがネットワークの全ての参加者にわたって保存され、同時にこのリストが有効で正しいということに合意する必要があります。ネットワーク上の全員が現在の状態について合意するプロセスは、「コンセンサスの達成」と呼ばれています。コンセンサスプロトコルの詳細な仕組みについてがこの記事では割愛します。
ブロックチェーンネットワークには多くの参加者が必要であり、コンセンサスメカニズムは各参加者がブロックチェーンシステムで確立されたルールに準拠していることを保証します。コンセンサスメカニズムは、ブロックチェーンネットワークによって、異なるメカニズムが採用されており、最も一般的なものとして、Proof-of-Work（PoW）とProof-of-Stake（PoS）が知られています。
PoWは、最初の暗号通貨として知られるBitcoinによって導入されたオリジナルのコンセンサスアルゴリズムで、主に2つの考え方で構成されます。
1）マイナーは、正直さを証明するための複雑な課題をこなす必要がある
2）各計算の結果を迅速かつ容易に確認する必要がある
マイナーは、任意の数学的問題を解くノードを操作し、毎秒数百万個のハッシュを生成し、計算力によってターゲットとなるハッシュを見つけていきます。各ブロックには前のブロックのハッシュが含まれていて、チェーンの繋がりが変更されないようになっています。ブロックは、ネットワーク上の他のノードにブロードキャストされ、コンセンサスを得る必要があります。
ブロックチェーン技術が発展するにつれて、代替的な合意形成メカニズムとしてPoSが導入されました。ネットワーク参加者がノードを操作し、ハッシュを発見して悪意ある行為を阻止するために、自らのリソースをステーク（ロック）するというのが主な考え方です。より大きなステークを持つノードは次のブロックを見つける可能性が高く、ブロックが見つかって作成されると、コンセンサスのためにネットワーク全体にブロードキャストされる仕組みです
ノードの機能
トランザクションのブロックがブロックチェーンに追加されるためにノードのネットワーク全体にブロードキャストされると、ノードはトランザクションの有効性に基づいてそれを受け入れるか拒否するかのいずれかを行います。新しいブロックがノードに受け入れられると、そのブロックは既存のブロックの上に保存され、保管されます。
ノードは主に3つの機能を持ちます：
- トランザクションのブロックが有効かどうかを判断し、それを受け入れるか拒否するかを決定する。
- ブロックデータを保存し、ブロックチェーンのトランザクション履歴を保存する。
- ブロックチェーンと同期する必要がある他のノードと、保存されたデータをブロードキャストして送信する。
これらの機能をすべて実行するノードもあれば、一部しか実行しないノードもあります。それでは、ノードの種類とその機能を見ていきましょう。
ブロックチェーンノードの種類
フルノード
フルノードは、ネットワークの全ブロックチェーン履歴のコピーを保存し、同期するコンピュータです。システムのコンセンサスルールに従って取引とブロックを検証するプロセスを行うことが主な任務であり、ネットワークに不可欠な存在です。また、新しいトランザクションやブロックを他のノードやブロックチェーンに中継することもでき、それによって前節で述べたあらゆるノード機能を実行することができます。フルノードはまた、ネットワークへの変更案について投票し、PoSネットワークのガバナンスに参加します。
フルノードは、マスターノードとして知られるパブリックノードと、プライベートノードの2種類があります。パブリックノードは可視化されており、アクセス可能です。プライベートノードは可視化されていなく、通常はファイアウォールの後ろやTorなどの隠しプロトコルで動作しているか、接続をリッスンするように設定されていません。
マイニングノード
全てのマイナーはフルノードを運用しなければなりませんが、全てのフルノードがマイナーというわけではありません。マイナーは、ブロックをマイニングするために、専用のハードウェアとプログラムに投資する必要があります。新しいブロックを作成し、検証するためには、ブロックチェーンの全トランザクション履歴を知る必要があり、フルノードを運用する必要性が生じます。コンセンサスのルールは、分散したノードのネットワークによって決定・確保され、マイナーでなくとも誰でも完全検証ノードを運用することが可能です。
ライトノード／SPVクライアント
ライトノードと軽量ノードは、フルノードとして機能せず、ブロックチェーンの完全なコピーを保存しません。ブロックヘッダーのみをダウンロードし、ユーザーのダウンロード時間とストレージスペースを大幅に節約します。軽量ノードは、ブロックデータ全体をダウンロードすることなく、あるトランザクションがブロックに含まれているかどうかをユーザーが確認できる方法である単純支払検証（SPV）に使用されます。これらのノードは、フルノードから提供されるデータに依存して機能します。
スーパーノード
スーパーノードは、マスタノードまたはリスニングノードとも呼ばれ、一般に公開されているフルノードです。スーパーノードは、トランザクションを検証および記録し、そのデータを世界中の複数のノードに送信します。スーパーノードとの接続を確立することを決定したノードは、スーパーノードから情報を提供され、通信することができます。スーパーノードは通常、24時間365日利用可能で、他のノードよりも多くのRAMを持ち、いくつかの接続を確立しています。一般に、スーパーノードは、隠蔽された完全なノードと比較して、より多くの計算パワーとより良いインターネット接続を必要とします。PoSネットワーク上でスーパーノードを実行するには、ネットワークのネイティブトークンの形で自分の資金をロックする必要があり、したがって、ユーザーはネットワークの報酬のシェアを獲得することができます。
オーソリティノード
Delegated Proof-of-StakeやProof-of-Authorityのような完全な分散型ではないネットワークでは、権威ノードが使用されます。ネットワークによっては、開発チームまたはコミュニティが投票によって、どれくらいの数の権威ノードが必要で、誰がそれを運営するのかを決定します。権限ノードは他のネットワークのフルノードと同じように機能します。
ライトニングノード
ライトニングノードはビットコインブロックチェーンに固有のもので、その主な機能はブロックチェーンの外部にいるユーザー間の接続を確立し、「オフチェーントランザクション」を可能にすることにあります。ライトニングトランザクションは、ネットワークの負荷を軽減し、より高速で安価なトランザクションを可能にします。
ノードの設定と運営方法
ネットワークのノードは誰でも運営することができ、一般的にネットワークのノードが多いほど、ネットワークはより分散化され、安全性が高まります。ノードをセットアップするためには、以下のことが必要です：
- 参加したいブロックチェーンネットワークを選択します。
- ネットワークに応じて、フルノード、ライトノードのいずれを運用するかを決定します。ライトノードを運用する場合、一般的にはPoW上のマイニングプールに参加するか、PoS上のステーキングプールに参加します。プールの管理者は、フルマイニングノードを操作します。
- ノードの運用を開始する。
どのような種類のノードを動かすにも、対応するハードウェアが必要ですが、必要スペックを満たしている限りどのコンピュータでもかまいません。Google CloudやAmazon Web Servicesなどのサービスを通じてクラウドでノードをホストすることも、ローカルデバイスでノードを実行することも可能です。ローカルデバイスでノードを実行する場合の欠点は、多くのハードディスクスペースとRAMを必要とすることです。
結論
ノードがなければ、ブロックチェーン・ネットワークは単に存在しないことになります。彼らはエコシステムの不可欠な部分であり、その機能を理解することは、ブロックチェーンの仕組みを理解し、あなたが使用しているネットワークについてより詳しくなるために不可欠です。
ノードは、ネットワークのルールが守られていることを確認し、攻撃や不正行為からブロックチェーンを保護します。悪意のある活動を行ったノードは、他のノードにすぐに認識され、ネットワークから切り離されます。
健全で誠実なノードがピアツーピアネットワークの基礎となり、ユーザーは中央管理のないブロックチェーンを信頼できるようになります。
今後のPontem Networkの取り組みにご期待ください！
