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ビザンチン将軍問題(ビザンチン障害)とは?

ビザンチン将軍問題とは、数学者であるレスリー・ランポート博士によって1980年に提唱された、「複数人の合意形成を行う際に、意図的な操作や不具合などによって正しい合意形成が行われない可能性が潜んでいる」という合意形成の問題のことです。

 

また、ビザンチン将軍問題が原因となって発生する問題は、「ビザンチン障害」と呼ばれています。ビザンチン将軍問題の名前の由来になっているのは、1,700年以上前に行われたビザンチン帝国の戦いであり、ビットコインブロックチェーンはコンセンサスアルゴリズム(PoW)を採用することで、この問題の現実的な解決策を示しています。

ビザンチン将軍問題の舞台となったビザンチン帝国の戦いとは?

今から1,700年以上前の4世紀に強大な帝国としてヨーロッパに君臨したのがローマ帝国です。そのローマ帝国の東側を支配するビザンチン帝国(東ローマ帝国)と現在のトルコに位置するオスマン帝国との間で行われた戦いがビザンチン将軍問題の舞台となりました。

 

オスマン帝国からは9人の将軍が率いる軍が派遣され、ビザンチン帝国の首都を包囲することに成功したものの、首都攻撃計画については9人の将軍の合意の下、全軍を挙げた総攻撃が必要であると考えられていました。

 

ビザンチン帝国の首都攻略を成功させるためには全軍を挙げた総攻撃を仕掛けるか、全軍撤退で次の機会を狙うかの合意が必要でした。しかしそれぞれの軍が駐屯する場所が離れていて将軍たちが一同に会した会議が行えず、伝令を使って他の将軍の意向を確認する必要がありました。

 

ビザンチン将軍問題解説01オスマン帝国に忠誠を誓っていない者の存在も噂されることから、正確に9人の合意を得ることが難しいと考えられます。例えば1人の裏切り者の将軍が他の将軍に対して、4通の総攻撃と4通の全軍撤退の書簡を発行した場合は、首都攻略に必要な兵力の半分以下しか参戦することがなくオスマン帝国軍は大敗してしまいます。

 

ビザンチン将軍問題解説02

仮に将軍が正確な合意を行える条件を発進した場合でも敵に伝令が捕まることや、伝令の手によって書簡が改竄される可能性も否定できません。

 

このことから合意形成に直接的や間接的に関わる者の意図的な操作やトラブルなどの不具合によって、下される合意の信憑性が揺らいでしまうという合意形成問題はビザンチン将軍問題(ビザンチン障害)と呼ばれています。

ビットコインとビザンチン将軍問題

ビットコインのブロックチェーンではトランザクションの承認をマイナーが行い、承認されたトランザクションデータは暗号化され分散した状態で保存されます。新たなトランザクションが発生すると、分散して保存された取引データに新たな暗号データを更新することで、ブロックチェーンが形成されていきます。

 

暗号化しているとはいえ、分散させ保存しているトランザクションデータが意図的に改竄されたり、エラーなどの不具合を起こす可能性が否定できないことから、ビットコインのブロックチェーンには合意形成問題であるビザンチン将軍問題が潜んでいるのではないかと考える人もいるでしょう。

 

しかしブロックチェーンが採用するコンセンサスアルゴリズムPoWは、「トランザクションデータの暗号化のプロセスに膨大な計算を必要とすること」や、「トランザクションデータを分散して保存すること」で合意形成問題であるビザンチン将軍問題の解決方法を証明したと考えられています。

ブロックチェーンがビザンチン将軍問題を解決する

ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムでは、最も早くトランザクションデータの暗号化に成功したマイナーの作業のみが採用されます。

 

データの暗号化には高度な演算能力が必要となる暗号式が用いられ、マイナーはトランザクションが発生する度に分散されている暗号化されたデータを収集し、最も一致率の高い過去データを基に新たなトランザクションデータの暗号化を行います。

 

ブロックチェーン上に保存されるデータを改竄するためには、分散されている暗号化データを改竄する必要があり、ハッカーはまず標的とするトランザクションデータがどこに保管されているかを探り当てる必要があります。

 

仮にいくつかのトランザクションデータの改竄に成功した場合でも、新たなトランザクションデータは最も一致率が高い暗号データを基に演算されるため、データ改竄を有効化するためには少なくとも51%以上の分散データを改ざんする必要があります。

 

仮想通貨取引におけるビザンチン将軍問題は、意図的なデータ改竄とエラーなどの発生による不具合によって引き起こされる可能性がありますが、ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムでは1つの暗号化データを分散化して保存することで意図的なデータ改竄やエラーによる不具合のリスクを回避しています。

 

事実ブロックチェーンのトランザクションデータの暗号化には、非常に高度な演算機能をもつマイニングマシーンと呼ばれる専用演算機が必要なほど高度なもので、仮に意図的に51%以上のデータ改竄を行うためには莫大な資金と膨大な時間が必要となるために物理的に実現不可能だと考えられています。

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