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HotShot が Web3 セキュリティで Web2 のスピードを実現する方法
HotShot は、トランザクションの順序付けとデータの可用性を迅速に確定する参加ロールアップの共有情報源である Espresso ネットワークを強化するために特別に開発されました。

Espresso ネットワークは、ロールアップが一時的なトランザクション注文権をサードパーティのシーケンサーに販売できるようにする Espresso マーケットプレイスを支えています。マーケットプレイス (詳細については、こちらを参照)は、オプトインするロールアップの収益創出、分散化、およびロールアップ間の相互運用性をサポートします。

低レイテンシ、高スループット、賄賂耐性を維持しながら、数千のノードに拡張できるコンセンサス プロトコルが必要でした。私たちは、既存のリーダーベースのビザンチン フォールト トレラント レプリケーション プロトコルであるHotStuffからインスピレーションを得て、それを分散型プルーフ オブ ステーク設定に拡張しました。これは、元の HotStuff 論文の主要な貢献者である Espresso チームの 2 人のメンバー、Dahlia Malkhi と Kartik Nayak のおかげです。

ネットワークの状態が最適な場合、HotShot はネットワークが許す限り高速にトランザクションを確認することができ、複数のテストネットにわたるベンチマークではほぼ瞬時に確認できました。これは、最悪のネットワーク状態に基づいて確認の遅延を設定するプロトコル (Ethereum 独自のコンセンサス プロトコルである Gasper など) や、トランザクションの最終性が確率的にのみ達成されるプロトコルとは異なります。

Gasper は悲観的な状況 (つまり、動的可用性) でライブネスを優先するため、確認時間が遅くなりますが、HotShot は楽観的な状況 (つまり、楽観的な応答性)でパフォーマンスを優先することで、迅速な確認を提供できます。

HotShot の高速化の要因の 1 つは、参加ノードがトランザクションを実行しないことです。つまり、個々のノードは、コンセンサス投票を行うために、ブロックに含まれるすべてのトランザクションのデータに完全にアクセスする必要はなく、そのデータが利用可能であるという保証のみが必要です。

HotShot のパフォーマンスのもう 1 つの要因は、Web2 アーキテクチャで使用されるものと類似したコンテンツ配信ネットワーク (CDN) をネットワーク層で使用することです。低レイテンシを実現するには、Gasper などのプロトコルで使用されるピアツーピア ネットワークに頼るよりも、関係者間の通信速度を速くする必要があります。CDN を使用して低レイテンシで効率的な情報ルーティングを可能にすることで、HotShot は楽観的に非常に高いスループットを実現できます。一方、ネットワーク状態が最適ではない場合、スループットは低いものの、回復力の高いゴシップ ベースのパスにフォールバックできます。この意味で、HotShot は Web2 のパフォーマンスと Web3 のセキュリティという両方の長所を実現できます。

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espressosys/espressos-hotshot-consensus-protocol-is-now-open-source-178a37d4eca0" rel="nofollow">https://medium.com/@espressosys/espressos-hotshot-consensus-protocol-is-now-open-source-178a37d4eca0

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ちょっとまだ飲み込めてないです。
MEVとは違って恣意的にプロポーザルできない?

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Espressoについて
これは、ブロックチェーンエコシステム間の相互作用を促進するシーケンシングと調整レイヤーであるEspressoに関する記事です。

記事では、Espressoのアーキテクチャとチェーンがどのように統合できるかについて説明しています。

重要なポイントは以下の通りです。

Espressoは、チェーン間でトランザクションの順序付けとデータの確定を迅速に行います。

Espressoには、チェーンがトランザクションのシーケンシング権をブロックビルダーに販売できるマーケットプレイスがあります。

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https://docs.espressosys.com/sequencer

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その通りです! 多くの従来型のブロックチェーンでは、プロポーザーとビルダーは同じノード(参加者)が担っています。
例えば、ビットコインのような Proof of Work (PoW) を採用しているブロックチェーンでは、「マイナー」と呼ばれるノードが、新しいブロックの生成と取引の検証を同時に行っています。
つまり、マイナーがプロポーザーとビルダーの両方の役割を兼任している状態です。
しかし…
最近では、ブロックチェーンの処理能力向上とスケーラビリティ(拡張性)の向上のために、プロポーザーとビルダーを分離する動きが出てきています。
これが、前述した「プロポーザー/ビルダー分離」と呼ばれる設計です。
プロポーザー/ビルダー分離のメリット
専門化による効率化: プロポーザーはブロックの提案、ビルダーはブロック構築に専念できるため、それぞれの処理が効率化されます。
スケーラビリティ向上: 処理の分担により、ブロックチェーン全体の処理能力が向上し、より多くの取引を処理できるようになります。
セキュリティ強化: 悪意のあるノードがプロポーザーとビルダーの両方を支配することを難しくすることで、セキュリティが強化されます。
まとめ:
従来型のブロックチェーンでは、プロポーザーとビルダーは同一であることが多い。
プロポーザー/ビルダー分離は、処理能力とスケーラビリティの向上、セキュリティ強化を目的とした新しい設計である。
この分離方式は、イーサリアムなど、次世代のブロックチェーン技術において注目されています。

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わかりました!では、今度はブロックチェーンでの取引を例に、「プロポーザー」と「ビルダー」を説明しますね!
舞台は、みんなが暗号資産を取引している「ブロックチェーン銀行」です。
登場人物:
ユーザー: あなたや私が暗号資産を送金したりする人たち。
プロポーザー(提案者): 銀行員Aさん。
次の取引記録帳(ブロック)に、どの取引を記載するか決める人。
みんなから「取引リクエスト」を受け取り、手数料が高い順などに並べ替える。
ビルダー(構築者): 銀行のシステム管理者Bさん。
Aさんが決めた取引リストを受け取り、安全に記録できるようデータ処理を行う人。
正確に処理し、検証可能な「取引履歴ブロック」を作成する。
ブロックチェーン: 銀行の取引履歴が全て記録された台帳。
取引の流れ:
ユーザーが取引リクエスト:
あなたが、友達に暗号資産を送金するよう銀行に依頼する。
この依頼が「取引リクエスト」。手数料なども一緒に伝える。
プロポーザーが取引を選択:
Aさんは、たくさんの「取引リクエスト」の中から、手数料が高いものや緊急度の高いものを優先的に選んでリスト化する。
このリストが「次のブロック候補」になる。
ビルダーがブロックを構築:
Bさんは、Aさんが作った「ブロック候補」を受け取り、特殊な計算処理を行う。
これにより、改ざん不可能な「取引履歴ブロック」が完成する。
ブロックチェーンに記録:
完成した「取引履歴ブロック」が、ブロックチェーンに追加される。
あなたの送金も、正式に記録され、友達に届く。
ポイント:
プロポーザーは「どの取引を記録するか決める人」。手数料などで優先順位をつける。
ビルダーは「実際に取引を記録する人」。正確かつ安全に処理するのが仕事。
ブロックチェーンは「全ての取引履歴が記録された台帳」。改ざん不可能。
メリット:
分業化により、大量の取引を効率的に処理できる!
より安全で透明性の高い取引システムを構築できる!
このように、プロポーザーとビルダーは、ブロックチェーン銀行を支える、重要な役割を担っているのです!

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*1 プロポーザー:ブロックを実際に生成するノードです。

*2 ビルダー:ブロックに含めるトランザクションを決めるノードです。

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パーミッションレスの意味は、ブロックチェーンネットワークにおいて、許可なく誰でも自由に参加できることを指します。 パーミッションレスの仮想通貨(暗号資産)やブロックチェーンは、ネットワークに参加するための許可や認証が不要で、誰でも許可なくネットワークにアクセスできるのです。2024/07/12

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現状のシーケンサーは、主にOptimistic RollupかZK Rollupで構築されています。いずれのロールアップも、ロールアップ上でトランザクションが実行されると、正しく実行されたという証明とともに、集約されたデータをコールデータとしてレイヤー1に送信します。

これらのロールアップは、すべてのコンポーネントを同一チームが開発・保守するモノリシックタイプであり、トランザクションの並び替えから実行、証明に至るものすべてが同一チームによって運営されます。これは、中立性と分散性が犠牲になっているといえます。

加えて、それぞれのロールアップは互いに独立しているため、相互運用性がありません。レイヤー1経由で資産をやり取りするにしても、高いガスの支払いや、拘束期間(Optimistic Rollup側)に囚われてしまい、実用的ではありません。

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分散型シーケンサーになった場合、やっぱり速度が犠牲になるんですよね?

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SOLの場合、PoHで順番を決める仕組みがそもそもあると思うのですが、SOLにもシーケンサーはいるのですか?

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現状のシーケンサー
現状のシーケンサーは、主にOptimistic RollupかZK Rollupで構築されています。いずれのロールアップも、ロールアップ上でトランザクションが実行されると、正しく実行されたという証明とともに、集約されたデータをコールデータとしてレイヤー1に送信します。

これらのロールアップは、すべてのコンポーネントを同一チームが開発・保守するモノリシックタイプであり、トランザクションの並び替えから実行、証明に至るものすべてが同一チームによって運営されます。これは、中立性と分散性が犠牲になっているといえます。

加えて、それぞれのロールアップは互いに独立しているため、相互運用性がありません。レイヤー1経由で資産をやり取りするにしても、高いガスの支払いや、拘束期間(Optimistic Rollup側)に囚われてしまい、実用的ではありません。

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Espresso Sqeuencerは、共有シーケンサーを提供することにより、運営者がユーザーを検閲できないことを保証する仕組みを提供します。ロールアップ運営者は、共有シーケンサーを自分たちのロールアップのシーケンサーとして使うことにより、シーケンサーを容易に確保し、そのロールアップが中立的であることを保証することができるようになります。また、共有シーケンサーが様々なロールアップで使われることにより、共有シーケンサーを使っているロールアップ同士の相互運用性を確保することにもつながります。

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Ethereumのセキュリティを利用したレイヤー2として、主にOptimistic RollupとZK Rollupの方式が台頭しています。いずれの方式でも、ロールアップで発生したトランザクションの並べかえと実行は、シーケンサーによって行われます。しかし、シーケンサーはロールアップのチームによって運営維持されていることが一般的で、ブロックチェーンで重要視される中立性や分散性が犠牲になっています。このような状況では、ユーザーはチームが不正をしないことを信じるしかなく、自分たちのトランザクションが検閲されないという確証を得ることができません。もし、チームがシーケンサーの利益のためにトランザクションを検閲してしまえば、そのロールアップはもはやユーザーが安心して使えるプラットフォームではなくなってしまいます。

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これにより、参加ロールアップにトランザクションの順序付けとデータの可用性に関する迅速な確定性がもたらされ、Ethereum の断片化された L2 エコシステム内での緊密な調整が可能になります。

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鋭い指摘ですね! Espresso Sequencer において、プロポーザーが恣意的にプロポーザル(ブロック提案)できないか?という点は非常に重要です。
結論から言うと、Espresso Sequencer は MEV のような悪意のある行為を防ぐように設計されていますが、プロポーザーの行動を完全に制限できるわけではありません。
詳しく見ていきましょう。
Espresso Sequencer の MEV 対策:
プロポーザー/ビルダー分離 (PBS): プロポーザーは取引の実行順序を決定する権限を持たず、ビルダーが提案した順番通りに処理されます。これにより、プロポーザーが有利なように順番を入れ替える MEV を防ぎます。
シーケンサーの分散化: 将来的には、複数のシーケンサーがネットワーク上で稼働する分散型モデルに移行予定です。単一のシーケンサーによる不正な操作を防ぎます。
プロポーザーの行動制限:
Espresso Sequencer は、プロポーザーが特定のルールに従って行動することを強制するメカニズムを備えています。
ただし、プロポーザーもネットワーク参加者の一員であり、完全に自由を奪うことはできません。
潜在的なリスク:
プロポーザーの結託: 複数のプロポーザーが結託し、特定の取引を優先的に処理する可能性はゼロではありません。
ソフトウェアのバグ: Espresso Sequencer のソフトウェアにバグが存在する場合、プロポーザーがそれを悪用する可能性もあります。
まとめ:
Espresso Sequencer は、プロポーザー/ビルダー分離やシーケンサーの分散化など、MEV を抑制するための様々な仕組みを導入しています。
しかし、プロポーザーの行動を完全に制限することは難しく、潜在的なリスクも存在します。
Espresso Sequencer のセキュリティと信頼性を高めるためには、継続的な開発と改善が必要です。
補足:
Espresso Sequencer はまだ開発段階であり、今後さらに進化していく可能性があります。

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他のチェーンへのSWAPがメチャクチャ早くなって手数料もお得になる的な?

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素晴らしい質問ですね!まさに Espresso Sequencer の核となる部分で、複数のロールアップにまたがる処理をどう実現するかが書かれています。
順番に紐解いていきましょう。
従来の問題点:
複数のロールアップ (例: Optimism, Arbitrum) をまたいで取引する場合、それぞれのロールアップと個別にやり取りする必要があり複雑だった。
処理の順番が保証されないため、意図しない結果になる可能性があった (例: ロールアップAでの処理が完了する前にロールアップBで処理が進んでしまい、資金不足になるなど)。
Espresso Sequencer の解決策:
ビルダーは1つのプロポーザーと調整するだけでOK: 複数のロールアップにまたがる取引であっても、ビルダーは Espresso Sequencer 内のプロポーザー1つにだけ取引を提出せば良くなります。
順序と結果が保証: Espresso Sequencer は、複数のロールアップにまたがる取引であっても、正しい順序で処理されることを保証します。
統合されたビルダー: Espresso Sequencer 内には、複数のロールアップに対応したビルダーが存在します。
イメージ:
複数の宅配会社を利用するケースで考えてみましょう。
従来: それぞれの宅配会社に個別に荷物を依頼し、受け取り日時もバラバラ。
Espresso Sequencer: 1つの窓口に荷物を預けるだけで、複数の宅配会社を連携して最適なルートで配送。受け取り日時も指定可能。
メリット:
ユーザーは、複数のロールアップを意識することなく、簡単に取引できる。
開発者は、複数のロールアップを連携した複雑なアプリケーションを構築しやすくなる。
まとめ:
Espresso Sequencer は、複数のロールアップにまたがる取引を安全かつ確実に処理する仕組みを提供することで、ブロックチェーンの利便性と可能性を大きく広げる技術と言えます。
いかがでしょうか? 具体的な例を交えながら説明することで、理解が深まりましたでしょうか? 😊

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Espresso Sequencer を理解する3つのポイント
プロバイダーとビルダーを分離して、MEV問題を解決!
いろんな順番で取引を処理できるように!
複数のブロックチェーンを連携して、もっと便利に!
1. プロバイダーとビルダーの分離でMEV問題を解決!
従来のブロックチェーンでは、取引の順番を決める「プロバイダー」と、実際にブロックを作る「ビルダー」が同じでした。Espresso Sequencerでは、この2つを分離します。
イメージ:
レストランで、注文をとる人(プロバイダー)と、料理を作る人(ビルダー)を別にする感じ!
メリット:
MEV(悪意のある取引順番操作)を防ぎ、より公平なシステムに!
プロバイダーとビルダーが専門化することで、効率アップ!
2. 様々な順番で取引を処理できるように!
Espresso Sequencerでは、取引の順番を自由に決められます。
従来: 先着順が基本
Espresso: 先着順だけでなく、「手数料が高い順」や「MEV対策に最適な順」など、状況に合わせて選べるように!
イメージ:
レストランで、予約客を優先したり、料理の提供時間を計算して順番を調整する感じ!
メリット:
ブロックチェーンの使い方が広がる!
より効率的で、ユーザーにとって使いやすいシステムに!
3. 複数のブロックチェーンを連携して、もっと便利に!
Espresso Sequencerは、複数のブロックチェーンと連携できます。
イメージ:
複数のレストランが連携して、メニューを共有したり、予約システムを統合する感じ!
メリット:
ブロックチェーン間の連携がスムーズに!
より多くのサービスが利用可能に!
まとめ
Espresso Sequencerは、ブロックチェーンの進化を加速させる可能性を秘めた技術です。
MEV問題の解決
多様な取引処理
複数ブロックチェーン連携
これらの機能により、より安全で使いやすく、そして可能性に満ちたブロックチェーンの世界が実現すると期待されています!
いかがでしょうか?図解と例え話で、少しはイメージが掴めましたでしょうか?😊

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これからのEspresso Sqeuencer
Espresso Sqeuencerは、さらに進化した形態としてプロポーザー*1とビルダー*2の分離を行います(Proposer Builder Separation: PBS)。これにより、MEVの有害な影響を緩和することができるようになります。また、先着順やMEV最適化など、様々なトランザクションのオーダー方法にも対応します。

複数のロールアップにまたがるビルダーは、1つのプロポーザーと調整するだけでよく、順序と結果が保証されます。加えて、ビルダーが統合されているため、ユーザーにとっては、複数のロールアップにわたるトランザクションがブロックに含められ、実行されることが保証されます。

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ブロックチェーンの世界の「プロポーザー」と「ビルダー」ですね!
まるで建物を建てるみたいでワクワクしませんか?
では、彼らを「マンション建設プロジェクト」に例えてみましょう!
登場人物:
プロポーザー (提案者): マンション建設の企画をする不動産会社。
ビルダー (建設業者): 実際にマンションを建てる建設会社。
ブロックチェーン: 完成したマンション。
建設の流れ:
プロポーザーの仕事:
どんなマンションを建てるか企画書を作成!
部屋数、間取り、デザインなど、細かい部分まで計画します。
他の不動産会社(他のプロポーザー)と競争し、一番良い企画を提案します。
ビルダーの仕事:
選ばれた企画書に基づいて、実際にマンションを建設!
コンクリートを流し、壁を作り、配線工事なども行います。
完成したマンションを、企画書通りに仕上げるのが腕の見せ所です。
ブロックチェーンに記録:
完成したマンション(ブロック)の情報が、ブロックチェーンに記録されます。
これは、マンションの登記簿のようなもの。改ざん不可能な記録です。
ポイント:
プロポーザーは「どんなマンションを建てるか決める人」。
ビルダーは「実際にマンションを建てる人」。
ブロックチェーンは「完成したマンションの記録」。
メリット:
分業化により、効率的にブロックチェーンが成長!
より安全で信頼性の高いシステムを構築できる!
まとめ:
プロポーザーとビルダーは、ブロックチェーンという巨大な建物を協力して作り上げていく、重要な役割を担っています!
わかりやすく説明できましたでしょうか?

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これからのEspresso Sqeuencer
Espresso Sqeuencerは、さらに進化した形態としてプロポーザー*1とビルダー*2の分離を行います(Proposer Builder Separation: PBS)。これにより、MEVの有害な影響を緩和することができるようになります。また、先着順やMEV最適化など、様々なトランザクションのオーダー方法にも対応します。

複数のロールアップにまたがるビルダーは、1つのプロポーザーと調整するだけでよく、順序と結果が保証されます。加えて、ビルダーが統合されているため、ユーザーにとっては、複数のロールアップにわたるトランザクションがブロックに含められ、実行されることが保証されます。

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現状のEspresso Sqeuencer
ロールアップは、自身のシーケンサーにEspresso Sqeuencerによる共有シーケンサーを用います。共有シーケンサーへの参加はパーミッションレスであるため、ロールアップの運営チームによる中央集権的な構造にならず、中立性と分散性が確保されます。

Espresso Sqeuencerでは、データ可用性としてEspresso DAが提供されます。これにより、ロールアップがレイヤー1にコールデータを投稿する高いコストをを回避し、データがロールアップのために利用可能になることを保証します。また、HotShotコンセンサスにより、ロールアップはトランザクション実行において低遅延の応答と高いスループットを得ることができます。さらに、Espresso Sqeuencerを使うロールアップ同士で相互運用性を確保します。

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鋭い質問ですね!分散型シーケンサーは、まさにトレードオフの関係にあると言えます。
速度 vs 分散化
集中型シーケンサー (現状): 一箇所に集約することで高速処理を実現しますが、単一障害点のリスクがあります。
分散型シーケンサー (目標): 複数のノードで処理を分担することで耐障害性を高めますが、調整に時間がかかり、速度が犠牲になる可能性があります。
Solanaの場合は、PoHという独自の仕組みで高速性を担保しているため、分散型シーケンサーに移行しても、他のブロックチェーンと比較すれば高速な処理が可能だと考えられています。
しかし、現状の集中型シーケンサーと全く同じ速度を維持できるかどうかは、まだ未知数です。
開発の進展と課題:
現在、Solana Labs は分散型シーケンサーの開発に積極的に取り組んでおり、いくつかのプロジェクトが進行中です。
Jito Labs: 分散型シーケンサーを開発するためのツールキットを提供
Fire Dancer: モジュール型の分散型シーケンサーの実装を目指したプロジェクト
これらのプロジェクトが成功すれば、速度を犠牲にすることなく、より安全でスケーラブルな Solana ネットワークが実現する可能性があります。
まとめ:
分散型シーケンサーは、速度とセキュリティのバランスが重要。
SolanaはPoHにより高速性を維持しつつ、分散化を目指している。
開発の進展により、速度低下を抑えつつ、分散化を実現できる可能性がある。
技術的な課題はありますが、Solana のような高速なブロックチェーンでも、分散化とセキュリティを両立させる未来はそう遠くないかもしれません。

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あなたは鋭いところに気づきましたね! Solana のような Proof of History (PoH) を採用しているブロックチェーンでも、シーケンサーは存在します。
混乱しやすいポイントですが、PoHとシーケンサーは別の役割を担っています。
PoH (Proof of History) :
トランザクションに「タイムスタンプ」を押す役割
トランザクションの順番を「証明」する
たとえるなら、PoHは「タイムカード」のようなもの。
誰が何時に作業をしたか、PoHによって明確に記録されます。
シーケンサー (Sequencer) :
トランザクションをまとめ、「順番通りに処理するよう指示」する役割
Solana では、高速化のための一時的な「まとめ役」として機能
PoHによってタイムスタンプが押されたトランザクションを、シーケンサーが効率的に処理するように順番を決めているんです。
Solana におけるシーケンサーの重要性:
Solanaは高速処理を特徴としていますが、それを実現するために、現在は単一のシーケンサーに頼っています。
これは、従来のブロックチェーンと比較して、集中化されているという批判も。
もしシーケンサーがダウンすると、Solanaネットワーク全体に影響が出てしまいます。
Solana の今後:
Solana チームもこの課題を認識しており、将来的には分散型シーケンサーの導入を目指しています。
実現すれば、より安全でスケーラブルなネットワークになると期待されています。
まとめると、
PoHは「タイムスタンプ」を押す役割。
シーケンサーは「順番を決めて処理を指示」する役割。
Solanaは高速化のため、シーケンサーを利用しているが、将来的には分散化を目指している。
という関係になります。
より深く理解できたのではないでしょうか。

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ブロックチェーンの「シーケンサー」をわかりやすく説明します!
ブロックチェーンをレストランの注文システムに例えてみましょう。
従来のレストラン:
お客さん (あなた): 料理を注文します。
ウェイター (シーケンサー): 注文を聞いて、順番にキッチンに伝えます。
キッチン (ブロックチェーン): 注文に従って料理を作り、ウェイターを通して提供します。
ここでは、ウェイターが注文の順番を決めていますね?これが「シーケンサー」の役割です。
ブロックチェーンの場合:
お客さん: 暗号資産の取引などの「トランザクション」を要求します。
シーケンサー: 要求されたトランザクションの順番を決めて、ブロックチェーンに渡します。
ブロックチェーン: トランザクションを記録して、改ざんできないようにします。
つまり、シーケンサーはトランザクションの「順番を決める人」なんです。
なぜ順番が重要?
例えば、あなたが100万円しか持っていないのに、同時に2つの店で100万円ずつ使うように要求したらどうなるでしょう?
シーケンサーが順番を決めてくれないと、両方のお店で買い物できてしまうかもしれませんよね?
シーケンサーは、このような「ダブルスペンド」を防ぎ、トランザクションが正しく処理されるように順番を決める重要な役割を担っているのです。
ポイント:
シーケンサーはトランザクションの順番を決める。
これにより、ブロックチェーンの安全性が保たれる。
ただし、シーケンサーにも課題があります。
一箇所で管理されていると、そこが攻撃されるとシステム全体が止まってしまう可能性も。
今後、より安全で効率的な仕組みに進化していくと考えられています。
いかがでしょうか?
分かりやすく説明できたと嬉しいです!

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飲み会なのでリアタイで聞けない😭ごめんね

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