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Midnight Consensus

Midnight Network は、改変された Substrate コンセンサススタックを使用します。ブロック生成には AURA、ファイナリティには GRANDPA を使用します。どちらも、Cardano Partnerchain としての Midnight 向けに拡張されています。

アーキテクチャの概要

flowchart TB
  subgraph Selection["Validator selection"]
    SPO["Cardano SPO stake delegation"]
    Perm["Optional permissioned validators"]
    VS["Custom validator set function"]
    SPO --> VS
    Perm --> VS
  end

  subgraph Production["Block production — AURA"]
    VS --> Slots["Round-robin slots + session keys"]
    Slots --> Block["New block proposed"]
  end

  subgraph Finality["Finality — GRANDPA"]
    Block --> Votes["Validator votes on chain"]
    Votes --> Final["Provable finality"]
  end

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バリデーターの選定

標準的な Substrate チェーンとは異なり、Midnight では独自のバリデーターセット選定関数を使用し、次のことが可能です。

• Cardano ステークプールオペレーター（SPO）からのステーク委任を考慮し、既存の Cardano バリデーターが Midnight のコンセンサスに参加できます。
• ハイブリッド型のパブリック／プライベートネットワークを展開するために、許可型バリデーターを任意で追加できます。

モデル	役割
SPO 委任	Cardano のステークを Partnerchain のバリデーター適格性に反映します
許可型セット	規制対象またはコンソーシアム型のネットワーク向けに、既知のオペレーターを追加します
独自の選定	両方を組み合わせて、アクティブなセッションのバリデーターセットを構成します

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AURA：ブロック生成

**AURA（Authority Round）**は、各ブロックを生成するバリデーターを決定するプルーフ・オブ・オーソリティ（PoA）アルゴリズムです。

• バリデーターはラウンドロビン方式で順番に処理します。
• スケジューリングには、事前定義されたスロットとセッションキーを使用します。
• 特性：シンプル、高速、決定論的です。既知のバリデーターセットを持つ高スループットのチェーンに適しています。

AURA はMidnight 固有のものではありません。OpenEthereum で開発されました。Polkadot protocol glossary — AURAを参照してください。

sequenceDiagram
  participant V1 as Validator 1
  participant V2 as Validator 2
  participant V3 as Validator 3
  participant Chain as Chain

  Note over V1,V3: Slot N — Validator 1's turn
  V1->>Chain: Produce block N
  Note over V1,V3: Slot N+1 — Validator 2's turn
  V2->>Chain: Produce block N+1
  Note over V1,V3: Slot N+2 — Validator 3's turn
  V3->>Chain: Produce block N+2

**署名：**AURA のブロック生成者メッセージは sr25519 で署名されます（Cryptography スキルを参照）。

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GRANDPA：ファイナリティ

**GRANDPA（GHOST-based Recursive ANcestor Deriving Prefix Agreement）**は、非同期で証明可能なファイナリティを提供します。

• ブロック生成とは独立して動作します。
• バリデーターがチェーンに投票し、十分な支持を得たブロックが確定します。
• 汎用的な Polkadot コンポーネントです。正式な仕様とPolkadot の用語集を参照してください。

flowchart LR
  A["Blocks produced (AURA)"] --> B["GRANDPA voters observe chain"]
  B --> C{"≥ threshold support?"}
  C -->|Yes| D["Block finalized — irreversible"]
  C -->|No| E["Remains unfinalized / fork possible"]

**署名：**GRANDPA のファイナリティメッセージには Ed25519 を使用します。

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AURA と GRANDPA の連携

レイヤー	責務	Midnight における拡張
AURA	次のブロックを生成する主体	Partnerchain バリデーターセットでの標準的な PoA
GRANDPA	確定するブロック	標準的な非同期ファイナリティガジェット
バリデーターセット	参加できる主体	SPO 委任＋任意の許可型オペレーター

**重要なポイント：**GRANDPA が以前のブロックを非同期に確定している間も、ブロック生成は継続できます。これにより、スループットと安全性が切り離されます。

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関連スキル

• midnight-cryptography/ — AURA と GRANDPA で使用する署名方式
• midnight-onchain-logic/ — ランタイムのパレット（pallet-aura、pallet-grandpa、セッション管理）
• midnight-p2p-networking/ — バリデーターの検出と通信の仕組み