この記事では、#Arweave 第17版ホワイトペーパーの第4節「プロトコル機関」部分を解説します。

ネットワークパラメータからパーティションの総数を測定する方法は？

前述の方程式とArweaveネットワークが提供する情報を使用することで、ネットワークが保存しているコピーの総数を計算できます。マイナーが新しいブロックを掘り出すたびに、そのブロックの解決策ハッシュが第一回溯範囲からのものであるか、第二回溯範囲のSPoAチャレンジからのものであるかを判断できます。完全なコピーが保存されているネットワークでは、この比率は基本的に1:1です。しかし、マイナーが不完全なデータパーティションや重複したパーティションを保存している場合（そのため効率的な罰を受ける）、この比率は1未満になります。

観察されたSPoAの出所比率を計算することで、各パーティションの平均ハッシュ値を計算できます。過去1,000ブロックの中で、n1個の第一範囲SPoAとn2個の第二範囲SPoAがあったと仮定します。これは、平均コピーの完全性がn2/n1であることを意味します。したがって、各パーティションのマイニング効率は次のようになります：

公式の注釈：この公式では、n1とn2の数量比が1:1の場合、e_mは1になります。

上記の式を使用して、ネットワーク内のパーティションの総数を正確に推定できます。難易度パラメータがdの場合、試行されるハッシュの期待値は次のように示されます：

各パーティションの効率がe_mのみである場合、120秒の間に生成される試行に必要な期待パーティション数は次のようになります：

公式の注釈：E[trials]はネットワークの試行ハッシュ数の総期待値であり、800は1パーティションあたりの最大ハッシュ数で、e_mを掛けることでそのマイニング効率下でのハッシュ数を得て、120を掛けることでそのマイニング効率下でのマイニングサイクル（通常は約2分）の総ハッシュ数を得ます。

パーティションのサイズが3.6TBであることを考慮すると、ネットワークの展開ストレージ容量を導き出すことができます：

ストレージデータセットと平均コピーの完全性に関するこれらの指標は、ネットワークから観察された値から自ら計算できます。

データルーティングの最適化のインセンティブ

マイナーに完全なコピーを構築させてマイニング効率を向上させるこのメカニズムは、プロトコルに有益な一連のインセンティブを引き起こします。その中には、ピアツーピアネットワークでデータを迅速に転送するために、マイナーが最適化されたデータルーティングソリューションを開発することを促すものがあります。これは、この種の複雑で重要な課題に対する強力な推進力です。ノードはネットワーク内の任意のデータブロックを迅速に転送できる必要があるため、ユーザーや他のマイナーがデータにアクセスしやすくするために再利用可能なルーティング能力を維持することが求められます。

マイナーにとって、このデータルーティングの新しいインセンティブは、ビットコインマイナーがより高効率の専用マイニングハードウェアを開発するために競争する状況に似た競争環境を生み出す可能性があります。この競争は、ルーティングインフラの革新を促進し、最終的にはより効率的で強力な分散型ネットワークを実現します。

帯域幅共有のインセンティブ

Arweaveのマイニングインセンティブメカニズムのストレージコピーに対するもう一つの派生効果は、マイナーがネットワーク内のデータを強く必要とすることです。これにより、さまざまなデータアクセスの市場モデルが生まれます。これには以下が含まれます：

• カルマと楽観的な相互利益の原則：Arweaveネットワーク内のノードは、BitTorrentに似た帯域幅共有ゲームに共同参加しています。このゲームでは、ノード間でデータを相互に共有します。さらに、ノードは時折ランダムにデータを共有し、将来のリターンを楽観的に期待します。各ノードは、自分のピアのランキングを維持し、これらのランキングがどのようにまたはなぜ決定されたかを報告する必要はありません。このようなメカニズムは、BitTorrentのようなデータ共有プラットフォームで非常に顕著な成功を収めており、一時期は世界の約27%のインターネットトラフィックを占めていました。
• 物理ディスク配布の利益：ノードオペレーターは、織り込まれたネットワーク（weave）データを保存した物理ディスクを直接購入または販売し、金銭または他の形態の支払いと交換できます。帯域幅が制限されているマイナーにとって、Arweaveノードを運営するために必要な大量のデータを考慮すると、これはより望ましい選択肢かもしれません。この転送方法は、従来のデータパケットフィルターやファイアウォールを回避します。実際、元のデータのダウンロードは、多くの新しいマイナーが越えなければならない障壁であり、全ネットワークのデータが徐々に増加するにつれて、この形式のデータ取得チャネルはより便利で効率的になります。
• 支払いプロトコル：ノードは、データにアクセスする際に支払いを行うことを許可するプロトコルや市場にも参加できます。Permaweb Payment Protocol（P3）は、このような方法を提供し、Arweave内のさまざまなサービス（簡単なデータアクセスを含む）を支払チャネルで促進します。

スケーラビリティ

Arweaveがブロックを生成する平均時間は約2分であり、各ブロックには最大1,000件のトランザクションが含まれています。この制限により、ブロックの検証と同期が非常に軽量に保たれ、ネットワーク全体が広範に分散化されることが可能になります。しかし、このトランザクション数の制限は、特定のブロックに保存されるデータのサイズや数量に対して何らかの制限を課すものではありません。なぜなら、Arweaveは「バンドル（bundling）」メカニズムと呼ばれるものを使用しているからです。バンドルは、コアプロトコルに基づく全ネットワークの標準（標準番号 #ANS104）であり、多くの異なるデータエントリを単一のトランザクションに統合するために使用されます。これらのデータエントリは、機能的にはネットワーク上のトップデータストレージトランザクションと同等であり、取得時にバンドルされたトランザクションはその構成要素に「アンバンドル」されることができます。

Arweaveの最大トランザクションサイズは2\^{256}-1バイトであり、これは潜在的な再帰的パッケージングにおいて任意の数の個別データエントリに分割できます。これにより、ネットワークのスループットは実際の制限なしに拡張できます。この最適化が可能なのは、Arweave上のデータアップロードがパラメータ化されていないためです------ネットワーク上の各バイトは同じグローバルなマークル化データセットの一部であり、共有されたストレージ基金（endowment）によって支えられています。この設計の要素の一つは、単一のデータ項からアップロードされたパッケージの支払いの集約です。ユーザーは、1つのパッケージトランザクション内でデータ項の支払いを統合するか、支払いを完全にオフチェーンに移し、パッケージサービスプロバイダーが他のユーザーのデータ項と統合することを選択できます。

図1：バンドルによりデータを再帰的にスタックしてトップトランザクションにアップロードできます。

Arweaveでは、すべてのトランザクションはその総価値に基づいて、各ブロックの1,000のスロットに含まれるよう選択されます。なぜなら、マイナーが得る包含料はトランザクション手数料に比例するからです。これにより、ブロックスペースが不足している場合、パッケージサービスはトランザクションを再帰的に組み合わせることを促進し、ネットワークのスケーラビリティを向上させます。したがって、パッケージャーやユーザーの数に関係なく、任意の時点でネットワークにデータを書き込むことができ、他のブロックチェーンのようなブロックスペースの入札メカニズムを引き起こすことはありません。さらに、パッケージャー間でより大きなトランザクションを構築するための競争は、ユーザーの最終的な費用コストに下方圧力をかけます。これは、限られたブロックスペースに対する競争が非常に激しい他のブロックチェーンとは対照的であり、その結果、ユーザーが支払う必要のある費用が増加し、一部のユーザーが費用の高さからネットワークの使用を停止せざるを得なくなることがあります。

図2：より大きなデータパッケージへの好みが、パッケージャーによるデータの再帰的なパッケージングを促進し、費用コストを最小化します。

ユーザーは、オフチェーンのパッケージサービスプロバイダーを通じてデータをアップロードすることもでき、これによりユーザーはパッケージサービスプロバイダーがサポートする任意の支払い方法でArweaveストレージの支払いを行うことができ、パッケージャーはARでグループ化されたデータを決済します。現在、パッケージサービスを通じて、Arweaveネットワークは少なくとも18種類の異なる支払い方法をサポートしています。