HOPRベーシック：Proof of Relay

HOPRの基本を解説するシリーズの6話目です。過去のエピソードへのリンクは、記事の最後にあります。

インセンティブ付きミックスネットの構築には、「インセンティブだけもらって何もしないのではなく、ノードがきちんとデータを中継することをどうやって確認するのか」というパラドックスがあります。

HOPRの解決策はproof of relayと呼ばれるもので、今回のエピソードではその仕組みについて説明します。

トラストレスプライバシー

ルールを守ることが正しいということで、人々がルールを守るという確信はありません。ルールを守ることが合理的で利益を生むようにする必要があるのです。これが多くのクリプトシステムの基礎であり、トラストレス（少し紛らわしい言葉だが、システムを構成する誰も信用する必要がないため、信頼できるシステムであることを意味する）である理由である。基本的に、最も利己的な行動様式が、システムがあなたに望む行動様式でもあるとき、私たちは誰かが親切であることに信じる必要はないのです。

HOPRの場合、全員が公平に報酬を得られるような方法が必要ですが、それはデータを中継した後でなければなりません。この仕組みは、すべての人を明示的に追跡したりチェックしたりすることなく、誠実さを保つ必要があり、そうでなければ、ミックスネットを設計するために行ったすべてのプライバシーに関する作業が水の泡になってしまいます。

ノードの信頼性を維持する

前回は、ユーザーがネットワーク上の全経路の代金を前払いし、各ホップでノードランナーが自分の取り分を取り、残りをチェーンに渡すという、素朴な支払い方法について説明しました。

これの問題は保証がないことです。お金を取って、データを転送しないのはいかがなものか？HOPRネットワークの匿名性により、ノードは中継作業を行わずにシステムから盗むことができるだろう。データパケットが通るはずの完全なルートを知っているのは送信者だけで、ミキシングはルートがどこで失敗したかを追跡する方法がないことを意味することを忘れなてはいけません。

そのため、ノードが中継を行った後にのみ支払いを受けるようにする方法が必要です。これは直感的な解決策です。結局のところ、人々は通常、仕事の前ではなく、仕事をした後に報酬を得ます。しかし、どうすれば実現できるでしょうか。

1つの簡単なアプローチは、チェーンの各ノードが前のノードに支払いを行うようにすることです。つまり、DmytroがChiaoからデータを受け取ったとき、Chiaoの支払いを報酬として送るのです。しかし、ここでまた同じ問題に突き当たります。なぜDmytroは悩む必要があるのでしょうか？手間を省いて、お金を送り返さないようにすればいいのでは？ここでもまた、ネットワークのプライバシーが保たれているため、バレることはありません。

(これは少し単純化しすぎです。結局、Chiaoは自分がDmytroにデータを送ったことも、支払いを受けなかったことも知っています。しかし、彼はそれが悪意あるものであることを証明することができなかった。ネットワークでは常に問題が起きているのです。また、Dmytroが支払いを伝えないという評判が立ったとしても、ネットワークから脱退し、新しいIDで再出発することができる。ここでも、プライバシーは諸刃の剣となります)。

では、どうすれば解決できるのでしょうか。

Proof of Relay

HOPRの革新的な点は、チェーン内の連続する各ペアのノードが、支払いについて互いに依存し合うようにしたことです。ChāoはDmytroにデータを中継するまで支払いを請求できませんが、DmytroもChāoのシェアをアンロックするまで支払いを請求できないようになっています。
これは暗号技術によって実現されているのですが、実は簡単に理解することができるのです。

HOPRネットワークでデータが送信されると、チェーン内の各ノードに対して支払いが発生する。これは暗号鍵でロックされています。鍵の全体を持っていれば、支払いを請求することができる。しかし、その一部が欠落していると、価値がありません。

この鍵は半分に分割されているので、両方の鍵が揃って初めて支払いを請求することができます。

データがチェーン上を通過するとき、連続するペアのノードが互いに鍵の半分を交換する。Chāoは自分の鍵の前半とBettyの鍵の後半を交換する。DmytroはDmytroの鍵の前半をDmytroの鍵の後半と交換する。そして、Betty→Chiao→Dmytroの順に鍵の交換を行い、支払いを受けることができます。

このように、すべての人がルールに従って行動することを強制されます。もし私があなたからのデータを受け取るノードなら、キーの半分を交換しない限り、どちらもお金を請求することはできない。責任を回避するメリットも、お金を盗む抜け道もないのです。自分勝手な行動とは、協力することであり、つまり全員のインセンティブが完全に一致することです。

プライバシーの保護

このシンプルかつ非常に強力なイノベーションは、あらゆる可能性を解き放ちます。リレーの証明によって、私たちはついに、完全にインセンティブが働くプライベートミックスネットを構築することができ、それを運営する信頼できる利他的な人々を見つけることに頼る必要がないため、無制限に成長することができます。

しかし、まだ安心はできません。各支払いがパブリックブロックチェーン上のトランザクションを生成する場合、ネットワークで発生するすべてのデータベースを誤って提供する危険な状態に近づいている。HOPRでは、確率的支払いを利用してHOPRの決済レイヤーをメッセージングレイヤーから切り離し、プライバシーを確実に保護する。その仕組みは次回に説明します。

Sebastian Bürgel,
HOPR Founder

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HOPRベーシック エピソード一覧：

Episode 1: HOPRについて
Episode 2: メタデータについて
Episode 3: 匿名ルーティング
Episode 4: ミックスネット
Episode 5: インセンティブ
Episode 6: Proof of Relay
Episode 7: チケットと支払いチャンネル
Episode 8: 確率的支払い
Episode 9: カバートラフィック
Episode 10: カバートラフィックノード
Episode 11: カバートラフィックのバランス
Episode 12: HOPR DAOの紹介