ステークの委任は、ADA保有者が指定しブロックチェーンに記録される委任証明書により機能します。ADA保有者は新たな委任証明書を発行することにより、いつでも委任の設定を変更できます。委任中であっても、ADA保有者は自分のADAを独自の裁量で使用する権利を保持します。

分散化の鍵となるのは、ステークホルダーがステークを委任できることです。Cardanoのようなプルーフオブステークシステムでは、ステークホルダーにプロトコル参加が義務づけられています。これが難しいステークホルダーが義務を果たせるようにするために、こうした義務を他者に委任することができるいわゆるステークプールと呼ばれる機能を設定しました。ステークプールは常にオンライン上にあるコアノードを操作し、プロトコルに参加してブロックチェーン内でブロックを生成します。IOHKの研究者はこれをどのように達成するかについてのアウトラインを示した論文「Reward Sharing Schemes for Stake Pools（ステークプールの報酬共有スキーム）」を発表しており、コードへの実装が始まっています。

すべてのADAステークホルダーがCardanoノードを恒常的に操作するリソース、知識、そして熱意を持っているわけではありません。これを踏まえたうえで、安定した効率の良いネットワークノードを推進するために、ADA保有者がCardanoステークプールにステーキングの権利を委任できるシステムが提供されます。ステークプールとは、Cardanoネットワークに恒常的に関与でき、応答時間、セキュリティ、即時性をサポートできる適切なハードウェア環境を備えたネットワーク参加者が運営するCardanoノードです。ADA保有者からステークを委任されたステークプールオペレーターは、ネットワークをサポートすることで報酬を獲得します。現在進行しているネットワークの分散化を確保し、数多くのステークプールへの委任を促進するために、インセンティブモデルおよび報酬モデルがデザインされています。インセンティブモデルにより促進された最適なステークプール数はパラメーターであり、ネットワークのパフォーマンスを整えるために調節することができます。

Cardanoの拡大に伴い、セキュリティの維持が不可欠となります。Ouroboros Praos（ウロボロスプラオス）はプルーフオブステークプロトコルであるOuroboros（ウロボロス）の改良版です。Praosは適応的攻撃者に対するセキュリティを強化し、より過酷なネットワーク環境を容認しながら効率化（すなわちスケーラビリティ）を実現します。

リーダーの選出を秘匿し、前方秘匿性の鍵変化型署名を使用することにより、Praosは強力な敵対者でも次のスロットリーダーを予測し、DDos攻撃といった対象を絞った攻撃を行うことを不可能にします。またこのプロトコルは、ステークの過半数が誠実なステークホルダーに保持されている限り、悪意によるメッセージ配信の遅延や、ステークホルダー数の拡大における個人参加者の漸進的腐敗への耐性を維持します。

Ouroboros Genesis（ウロボロスジェネシス）はOuroborosプロトコルを進化させた次世代バージョンであり、ダイナミックアベイラビリティにおける安全性を確保します。各ノードが事前のアレンジなしにオフラインとなり再接続しても、スムーズにプロトコルを実行できる関数型モデルを導入しています。

主要なセキュリティカンファレンスで発表された本 プロトコルはまた、信用できる第三者やチェックポイントを必要とせずにジェネシスブロックのみに基づいて実行チェーンに再参加する「ジェネシスからのブートストラップ」方式を可能とする、新たなチェーン選定ルールを採用しています。Genesisにより、各ステークホルダーは、新規参加であっても再参加であっても最新バージョンのブロックチェーンを得ることができるため、ロングレンジ攻撃を回避できます。

ここで重要となるのは、Ouroboros Genesisを通じて、Cardanoおよび他のプルーフオブステークブロックチェーンにプルーフオブワークブロックチェーンと匹敵する安全性が保証されるということです。

Shelley期に向けての開発段階において、OBFTの実装は主要なマイルストンとなります。Cardano 1.5およびOBFTのリリースは、段階的分散化に向けてネットワークの準備が開始されたことを示しています。ユーザーが現在使用する機能性にこの更新は直接影響しませんが、Shelleyの完全な分散化を準備するために必要な技術的ステップです。

Daedalus（ダイダロス）では、シンプルで直感的なUIを使用して、ユーザーがアプリケーション内からステーキングを委任することができるようになります。ADA保有者は委任先のステークプールを選ぶにあたり、利用可能なステークプールおよび、推定報酬額を含む関連情報を確認することができます。またユーザーは、いつでもウォレット内で委任設定を変更することができます。

Daedalusウォレットの新しいバックエンドデザインは、IOHKの研究者が作成したCardanoウォレットの形式仕様記述を基にしており、形式仕様記述から構築し、形式的検証を用いてテストした初の暗号通貨ウォレットです。通常ユーザーおよび取引所ユーザーのいずれもが、パフォーマンスの向上とともに、厳密な手法により作成されたウォレットが持つ比類のない安全性を享受できます。

ウォレット機能は、機能の独立性を高め、依存性を弱めるためにノードの実装から分離、削除されました。

安全性強化のため、ペーパーウォレットの新バージョンではオフラインでペーパーウォレットの生成を行うことができ、Daedalusをブロックチェーンと同期させる必要がなくなりました。新しい単一アドレス方式が使用されますが、ペーパーウォレットの復元では、前バージョンのペーパーウォレット証明書との互換性が保持されます。ペーパーウォレットを通常のADAウォレットにリンクさせるという、より簡単で直感的なプロセスになります。Daedalusは、監査を目的とした読込専用モードでのペーパーウォレット復元もサポートするため、秘密鍵はオフラインで安全に保存されます。

ハードウェアウォレットは当初YoroiおよびAdaLiteの各ライトウォレットでサポートされていましたが、Daedalusウォレットでもサポート対象となりました。これにより、ユーザーはLedger Nano、Ledger X、TrezorなどのハードウェアウォレットにADAを安全に保管できます。

ウォレット復元のプロセスが改善されました。ウォレットの残高が復元後即座に表示される一方、トランザクション履歴はバックグラウンドで復元されます。この作業自体は完了しましたが、ウォレット復元プロセスの改良は継続しています。

ウォレットにはユーザーエラーがつきものです。ウォレット復元方法の改良は、ユーザーエクスペリエンスの向上、ユーザーエラーの減少につながります。このため、BIP39ニーモニックコードを個別のハッシュキーにリンクさせます。これにより、ユーザーはニーモニックコードが正しく入力されているかを識別できるとともに、簡単にバックアップと復元ができるようになります。ハッシュキーは印刷またはペーパーウォレットや通常のウォレットとともに保管することができ、コードおよびベクターイメージの両方で表示されます。ニーモニックコードを入力すると、ハッシュキーが表示されます。ユーザーは表示された鍵と保管された鍵を比べればいいだけです。

従来、コールドウォレットは可読性を犠牲にして安全性を提供してきました。ホット＆コールドウォレットの実装により、ホットウォレットとコールドウォレットを入れ替えることが可能となりました。実際には、ホットウォレットから秘密鍵を削除することで、可読性を残しながらコールドウォレットとして機能させます。これにより可読性を持つコールドウォレットでトランザクションや資金のエビデンスを提供でき、第三者への送金を行うことができます。ただし、新規トランザクションを行うことはできません。

ブロックチェーンおよび、コンポーネント間コミュニケーションのステータスをグラフ表示する新たなインターフェイスが追加されます。システムの状態を確認できるため、あらゆる問題を特定することができます。

Cardanoは階層的決定性（HD）ウォレットを追加しています。HDウォレットはBIP32（ビットコインインプルーブメントプロポーザル）で紹介され、後にBIP44で改良されました。この鍵の誘導方式では階層的決定性を持つ鍵を使用して、鍵ペアを単一のマスターペアから引き出します。HDウォレットは親鍵からスタートして、親鍵のハッシュ値とインデックス値から新たに子鍵を生成します。インデックス値を変えることにより異なる鍵が生成されますが、これは親鍵にインデックス値を与えることによって確実に再構築することができます。HDウォレットでは、ユーザーが使用のたびに新たな鍵を生成、保管する必要はありません。親鍵のみを保管しておけば、残りの鍵は引き出すことができます。

ウォレットは複数のアドレスで構成されており、各アドレスにADAがあります。現在、ウォレットのアドレスは文字と数字の長い羅列であり、一目で各アドレスを特定することは困難です。Cardanoのアドレスはビットコインのアドレスに比べて非常に長いのが現状です。この機能によりウォレットアドレスを短くすることができ、取引きの際のコミュニケーションが容易になります。この取組みの目標はアドレスの長さをビットコインと同等のレベルまで近づけることです。このため、アドレスに含まれる情報を最小化し、ステーク委任情報の表現方法を改善します。

鍵変化型署名はセキュリティ機能であり、スロットリーダーの鍵を定期的に変化させることで、過去のスロットリーダーから盗まれたり不正に購入された鍵を使用して過去のスロットに変更を加えようとする悪意の使用を防ぎます。

Cardanoにおける複数署名方式（マルチシグ方式）トランザクションにより、Daedalusでは共同資産管理をしている複数の人々の間でウォレットを共有できます。例えば、二人で共有された単純なジョイントウォレットでのトランザクションはその二人の署名を必要とします。また、三人で共有するウォレットの場合に、トランザクションの必要署名者をそのうちの二人にするといったような、複雑な設定も可能です。これは、誰か一人の鍵が漏洩したときにも不正利用を防止するのに効果の高いセキュリティ機能であり、資産の利用に合意を必要とするようなジョイント式の資産管理を可能にします。

BIP44ウォレットアドレスの実装後も、従来のウォレットアドレスにADAが残っている場合があります。Cardanoは無期限で従来のウォレットアドレスをサポートします。したがって、新たなウォレットアドレス方式の導入後もADAを移動させる必要はありません。

ウォレットのバックエンドはノードから分離され、コミュニケーションインターフェイスは取り除かれました。これにより、技術仕様に従い、一つはHaskell、一つはRustといった複数のコードベースで同機能のノードを実装することが可能となります。

他のブロックチェーンに見られるようなハードフォークに陥ることなく、Cardanoではスムーズなコードの更新を実現します。一回の更新で旧コードから新コードへ移行する代わりに、新コードは旧コードとともに組み込まれ、旧コードのノードは継続して使用されます。そして、ネットワークで十分な数が更新されて初めてコードの移行が実施されます。

Shelley期ではストレージシステムの再設計、再構築によりI/O効率を改善し、Cardanoノードとウォレットの性能を向上させました。また、ブロックチェーンデータに近年起こった、終了前または中止時のシャットダウンによる破損など、一般的なデータ破損に対するウォレットの処理機能も向上しています。

Shelley期に向け、ネットワーク層のデザインにはパフォーマンスおよびリソースのフル活用に主眼を置いた抜本的な変更を施しました。パイプラインをサポートすることで複数のリクエストが毎回リプライを待たずとも送信できるようすべてのネットワークプロトコルを再設計し、ネットワークの利用効率を大幅に改善しました。

完全に分散化された暗号通貨は完全に分散化されたネットワーク層を必要とします。これが、ノードがネットワークに参加し、トランザクションとブロックの送受信を可能にするシステムの一部を構成します。ネットワークの分散化により、中央当局に頼らないP2Pトランザクションが可能になります。また現状では、特別なファイアウォールやホームインターネットの設定も必要としません。ネットワークは誰でも参加できるオープンなものである必要がありますが、既存のP2Pネットワークは少数の敵対的なノードに対してすら脆弱です。IOHKでは、このような既存のP2Pネットワークをたたき台として研究者達が推奨するベストプラクティスを実現しています。また新しいネットワーク層は、大規模なDDoS（分散型サービス拒否）攻撃から、ネットワークを保護する役割を果たします。

ネットワークプロトコル

上記を遂行するために、Cardanoは、以下のミニプロトコルで構成される、完全にカスタム仕様のネットワーク層を使用しています。

• ノード2ノードプロトコルバンドル
• ノード2クライアントプロトコルバンドル
• ハンドシェイクバージョンネゴシエーション
• ベアラートポロジー設定および管理 - ピアディスカバリーおよび選定
• チェーン同期プロトコル
• ブロックフェッチプロトコル
• トランザクション送信プロトコル
• 多重化層

BYRON-SHELLEY移行フレームワークは、Byron期からShelley期へ安全に移行する手段を提供しています。連合型ネットワークからの旧ノードはブロック生成の責任をステークプールへと徐々に委譲し、DevOpsチームはチェーンの成長や正常に委任されたステーク量など健康状態を監視します。このメカニズムがCardanoの重要な段階におけるリスク回避のカギとなります。

これはネットワークインフラストラクチャーの一部で、Shelleyへのアップグレード後もCardanoの新旧ノード間におけるコミュニケーションの継続を可能にします。Byron互換期では、このプロキシを使用することにより、ShelleyノードがByron期に生成されたブロックを検証することを可能にし、レガシーノードによるネットワークの運用性を確保します。

メモリープールはブロック生成前の未処理のトランザクションを保管します。Shelley期に向けて、効率性を高めて再実装したCardanoメモリープールにより、パフォーマンスが向上しました。また、DDoS（分散型サービス拒否）攻撃への耐性強化を意識してデザインされています。

Shelleyのコードベースでは、トランザクションの作成および送信プロセスは2段階に分かれています。これにより、ハードウェアウォレットや多くの取引所で要件となる、オフラインでのトランザクション作成および署名が可能となります。

チェーンの生成および検証コンポーネントは、テストを目的としたチェーンのランダムな生成および検証に使用され、様々なシナリオにおけるコンセンサスおよびネットワーク機能の徹底したテストを可能とします。チームはシステム上でこれらを使用したプロパティベースのテストを実行し、稀なエッジケースでのみ起こりうる、通常のテスト方式ではほぼ発見不可能な欠陥を特定し、修正することができます。

操作性能と不具合の診断を追跡する追加機能を備えた、ログシステムおよび監視システムが実装されました。構造的に機械と人間による可読性を持つフォーマットにより、検索可能性と使いやすさを高めています。ログシステムの改良により、ライブモニタリングおよび測量が可能となると同時に、ランタイム時にコンポーネントレベルで起動、調節ができるため、再起動なしにログ設定が変更できます。

Cardanoネットワークが初めて公開されてから、全コードベースを強化するために多大な努力が払われました。時には全面的な書き直しまで行いながら、コードの基本構造とともに効率を改善してきました。ストレージや同期といったネットワークの核となる要素もまた再設計ののちに再実装し、コードベース全体のパフォーマンス、信頼性、保全性の向上を実現しました。