Epoch 197
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Qubicにおけるクォーラム・コンセンサス・アルゴリズムは、Computor（コンピューター）と呼ばれる分散した参加者が、共同で計算タスクを検証することを可能にします。このアプローチはネットワークの有用なプルーフ・オブ・ワーク（UPoW）モデルにとって極めて重要であり、計算効率を確保しながら、誤ったノードや悪意のあるノードに対する回復力を提供します。
クォーラム・コンセンサスの数学的基盤
1. クォーラムの選定 (Quorum Selection): クォーラムは、計算の検証を実行するのに十分な、ネットワーク全体のComputorのサブセットを表します。Qubicにおいて、Computorは一つ以上の物理ノード上でホストできる論理エンティティです。しかし、ネットワーク内では常に1台のComputorにつき1つのアクティブなノードのみが許可されます。一方で、そのComputorをホストする追加のノードはスタンバイ状態でネットワークに参加でき、必要に応じてプライマリノードに代わって即座に交替する準備ができています。このアプローチはネットワークの障害耐性を強化し、ネットワークの安定性を維持するとともに、クォーラム参加の高い可用性を保証するのに役立ちます。
さらに、個々のノードは複数のComputorをホストすることが可能です。Computorの数と物理サーバーの数を切り離すことで、Qubicはスケーラビリティと柔軟性を実現しています。
数学的には、Nがネットワーク内のComputorの総数を表す場合、f台の故障したComputorを許容するためには、以下の条件を満たす必要があります：
f ≦ (N - 1) / 3
このとき、クォーラムサイズQは以下の条件を満たさなければなりません：
Q ≧ 2f + 1
N = 676台のComputorで構成されるQubicのネットワークでは、システムは最大で以下の故障を許容するように設計されています：
f = (676 - 1) / 3 = 225台の故障したComputor
したがって、クォーラムサイズは少なくとも以下である必要があります：
Q ≧ 2 × 225 + 1 = 451
この基準により、ビザンチン障害が存在する場合でも、クォーラムにコンセンサスに達するのに十分な誠実なComputorが含まれることが保証され、ネットワークの混乱や悪意のある活動に関わらず信頼性の高い合意が可能になります。
2. 投票メカニズム (Voting Mechanism): N台のComputor（Qubicネットワークでは676台）のそれぞれが、割り当てられた計算を独立して実行し、その結果に投票します。少なくともQ台のComputorが結果に同意すれば、コンセンサスが達成されます。
ここで：
コンセンサスは以下の時に達成されます：
Σ (i=0 から N-1) vi ≧ Q
ここで、vi はComputor i による個別の投票であり、結果を支持する場合（vi = 1）または反対する場合（vi = 0）のいずれかです。
Q ≧ 2f + 1（fはネットワークが許容できる故障または悪意のあるComputorの最大数）であることを踏まえると、この多数決メカニズムはネットワークの安定性と効率的な意思決定を維持するために不可欠です。これにより、合意された結果がクォーラムメンバーの3分の2以上によって承認されることが保証され、BFT（ビザンチン障害耐性）の要件と一致します。
3. コンセンサスの確定 (Finalisation of Consensus):
クォーラムがコンセンサスに達すると、その結果は承認され、ネットワーク上に記録されます。Qubicのコンセンサス・アルゴリズムは、単純なクォーラムベースのアプローチに依存しており、膨大な数のComputorを活用して計算を検証・確認することで、コンセンサスの質を確保しています。このアプローチは、コンセンサスプロセスにおける広範な参加と冗長性を強調することで、ネットワークの堅牢性を強化します。
Qubicのアプローチは、単一の相互に信頼された当事者に依存する従来の中央集権型信頼モデルを回避します。中央集権型ではその当事者が単一障害点（SPOF）となり、悪意のある行動や失敗に対して脆弱になりますが、Qubicはクォーラムメカニズムを通じて複数のノードに信頼を分散させることで、セキュリティと障害耐性を高めています。これは、各ノードが独立して検証を行う分散型仮想信頼モデルにより密接に整合しており、中央の監視なしで全ネットワーク規模の合意を達成することを可能にします。
