キャップ定理とは何ですか？

CAP定理によって支配された分散システム、暗号通貨は、一貫性、可用性、またはパーティション許容度のいずれかを犠牲にしなければなりません。セキュリティ、スピード、回復力に影響を与える選択。

2025/03/13 16:15

キーポイント：

• CAP定理は、分散データベース（暗号通貨に関連する）の​​コンテキストで、分散データストアは、一貫性、可用性、パーティション許容度の3つの保証のうち2つしか提供できないと述べています。
• 分散システムである暗号通貨は、設計目標に基づいて優先順位を付ける2つの保証を選択する必要があります。
• 異なる暗号通貨は異なるトレードオフを行い、ストレス下でのパフォーマンスと回復力に影響を与えます。
• キャップ定理を理解することは、さまざまな暗号通貨の長所と短所を評価するのに役立ちます。

キャップ定理とは何ですか？

Brewer's Theoremとしても知られるCAP定理は、分散システムの基本的な概念です。分散データストアでは、次の3つの望ましいプロパティの3つすべてを同時に提供することは不可能であることを示しています：一貫性、可用性、およびパーティション許容度。これは、基本的に分散されたシステムである暗号通貨ネットワークの設計に固有のトレードオフを理解するために重要です。

一貫性：これは、ネットワーク内のすべてのノードが同じデータを同時に見ることを意味します。書き込み操作が発生した場合、すべてのノードは、さらなる操作が許可される前にその変更を反映する必要があります。これにより、データの整合性が保証されますが、ネットワークパーティション中の可用性に影響を与える可能性があります。

可用性：これにより、その応答が最も最新のデータではない場合でも、すべてのリクエストが応答を受信することが保証されます。機能システムにとって可用性は重要ですが、特にネットワークの問題に対処する場合は、データの一貫性を損なう可能性があります。

パーティション許容度：これは、ネットワークの一部が利用できないか切断されていない場合でも、システムが動作を続ける機能です。暗号通貨のコンテキストでは、ネットワークパーティションは一般的な発生であるため、これは不可欠です。ただし、パーティション許容度を維持するには、多くの場合、一貫性や可用性が妥協する必要があります。

キャップ定理と暗号通貨：

暗号通貨は分散型台帳で動作し、CAP定理を非常に関連性があります。各暗号通貨は、3つのプロパティのうち2つを優先順位付けする必要があります。この選択は、ネットワークのパフォーマンス、セキュリティ、および回復力に大きな影響を与えます。

一般的なトレードオフを探りましょう。

• CA（一貫性と可用性）：このアプローチは、データの整合性と応答性を優先します。ただし、パーティションの許容範囲を犠牲にします。つまり、ネットワークパーティションが発生した場合、システムが故障する可能性があります。これは、真に分散型の暗号通貨にとって実用的ではありません。
• CP（一貫性とパーティション許容度）：これは、多くの暗号通貨にとって一般的な選択です。ネットワークパーティションにもかかわらず、データの整合性と機能する機能を優先します。ただし、高いネットワークの混雑または重要なパーティションの期間中に可用性を犠牲にする可能性があります。トランザクションは、ネットワークが安定するまで遅延するか、一時的に利用できない場合があります。
• AP（可用性とパーティショントレランス）：このアプローチは、ネットワークパーティションに対するシステムの応答性と回復力を優先します。一貫性を一時的に犠牲にする可能性があります。これは、異なるノードがコンセンサスに到達するまで短期間、わずかに異なる状態を表示する可能性があることを意味します。このアプローチは、ネットワーク全体の完全なデータの一貫性がわずかに遅れていることを意味する場合でも、高スループットとクイックトランザクションの確認時間を優先するシステムでよく見られます。

異なる暗号通貨がキャップ定理をどのように処理するか：

さまざまな暗号通貨がさまざまなコンセンサスメカニズムを利用して、CAP定理へのさまざまなアプローチにつながります。

• Proof-of-Work（POW）システム（ビットコインなど）：これらのシステムは通常、CP（一貫性とパーティションの許容範囲）を優先します。ネットワークの混雑中にトランザクションを遅らせることができますが、ブロックチェーンの最終性と一貫性を確保することに焦点が当てられています。
• Proof-of-Stake（POS）システム（Cardano、Ethereum 2.0など）： POSシステムは、多くの場合、CPとAPのバランスを目指しています。彼らは、コンセンサスメカニズムを通じて高レベルの一貫性を維持しながら、高い可用性を求めています。
• その他のコンセンサスメカニズム：委任されたプルーフオブステーク（DPO）や実用的なビザンチンフォールトトレランス（PBFT）などのさまざまなコンセンサスメカニズムは、一貫性、可用性、パーティション許容度の間のさまざまなトレードオフを提供します。

パーティションを処理するCPシステムの段階的なイラスト：

ネットワークパーティションを経験しているCPシステムを使用した単純化されたシナリオを想像しましょう。

• パーティションが発生します：ネットワークの一部は残りから分離されます。
• ノードは独立して動作します：各パーティションのノードは、トランザクションの処理を継続します。
• 潜在的な矛盾：各パーティションは、ブロックチェーンのわずかに異なるビューを持っている可能性があります。
• パーティション解決：ネットワークが再接続すると、和解プロセスが発生し、矛盾を解決し、異なるトランザクション履歴を統合します。

意味を理解する：

CAP定理は、分散システムの基本的な制限を強調しています。解決するのは「問題」ではなく、設計の選択に影響を与える制約です。暗号通貨開発者は、システムを設計する際にこれらのトレードオフを慎重に検討し、セキュリティ、スケーラビリティ、ユーザビリティの必要性のバランスをとる必要があります。選択は、ユーザーエクスペリエンス全体とシステムの堅牢性に影響を与えました。

よくある質問：

Q：暗号通貨システムは3つの保証（CAP）すべてを達成できますか？

A：いいえ。キャップ定理は、分散システムが一貫性、可用性、およびパーティション許容度を同時に保証することが不可能であることを証明しています。これらの少なくとも1つを犠牲にする必要があります。

Q：暗号通貨に最適なキャップトレードオフはどれですか？

A：単一の「最高の」トレードオフはありません。最適な選択は、特定の設計目標と暗号通貨の優先順位に依存します。セキュリティとデータの整合性（CP）に優先順位を付ける人もいれば、速度と応答性（AP）を強調する人もいます。

Q：ネットワークの混雑はキャップトレードオフにどのように影響しますか？

A：ネットワークの混雑は、可用性に影響を与える可能性があります。 CPシステムでは、混雑はトランザクションの確認時間が遅くなる可能性がありますが、APシステムでは、ノードがコンセンサスに到達するのに苦労しているため、一時的な矛盾が生じる可能性があります。

Q：CAP定理でコンセンサスメカニズムはどのような役割を果たしますか？

A：コンセンサスメカニズムは、ネットワークがどのように一貫性を達成し、パーティションを処理するかを決定します。さまざまなメカニズムは、一貫性、可用性、パーティション許容度の間のさまざまなトレードオフを提供します。メカニズムの選択は、3つのキャッププロパティのうち2つが優先順位付けされていることに直接影響します。