ブロックチェーンコンセンサス・メカニズムの違い

この記事では、コンセンサス・メカニズムがブロックチェーンの特徴をどのように決定するのか、そしてこれがブロックチェーン技術の熱心な採用者である私たちにとって何を意味するのかについて説明します。

ブロックチェーンとコンセンサス・メカニズム

ブロックチェーン技術は、データの記録をブロックに暗号化し、それらをチェーンで繋いで時系列的な単一の真実のソースを作ることを可能にします。ブロックチェーンが強力なのは、その分散型であることです。ブロックチェーン・ベースのデータベースは一般に公開されているが、ネットワーク参加者の定足数の合意なしには調整できないため、信頼性、安全性、透明性が確保されます。

これらのネットワーク参加者は「ノード」とも呼ばれ、分散型ネットワークの利害関係者であり、検証を行い、取引を確認し、コミュニケーションセンターとして機能し、潜在的なデータ改ざんに注意を払うことで、安全で適切な機能に貢献しています。コンセンサス・メカニズムは、すべてのノードが互いに同期して動作することを確認するために定義されます。また、1つのネットワークの特定のセキュリティとインセンティブスキームも決定します。

この記事では、日々の取引で接する機会が多いパブリックブロックチェーンのみに焦点を当てます。パブリックブロックチェーンの2つの例は、伝説的なBitcoinと Ethereumです。

ブロックチェーンコンセンサスはPoWとPoSだけではない

BitcoinとEthereumは、その設立以来、ネットワークの状態を調整するためにプルーフ・オブ・ワーク（PoW）メカニズムを使用してきたが、EthereumはEthereum2.0計画で徐々にプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に移行しています。しかし、Bitcoinは、そのコードがコンセンサス変更の影響を受けないため、PoWに使い続けるでしょう。また、Bitcoinはエネルギー消費と結びついているため、その価値が現実のコストと結びつけています。PoWとPoS以外の他のタイプのブロックチェーンコンセンサスは、主にネットワークの戦略的優先順位に合わせて採用されます。

プルーフ・オブ・ワーク（PoW）

名前が示すように、このタイプのコンセンサスには多大な「作業」が必要です。 マイナーと呼ばれるネットワーク参加者は、高度なソフトウェアと強力なコンピューターを備えており、非常に複雑な数学的問題の解決策を見つけ、それによって新しい有効なブロックが作成されます。

通常、マイニングの難易度はマイナーの数と正の相関があるため、ネットワークに参加するマイナーの数が多いほど難易度は上がるとされています。これは、a) マイナーの数が多いほど高い安全性が達成され、b) すべてのマイナーに対して公平性が保証されることを意味します。

PoWブロックチェーンの場合、マイナーたちが利益を最大化するために安価な電気がある場所にマインング拠点を構えるため、組織と場所の点で真に分散化されています。電気は世界中の数カ所で少額の料金で利用可能のため、マイニング作業は世界中に分散しています。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）

PoWよりも環境に優しいのはPoSで、これは完全に資産のステーキングに依存しています。PoSネットワークの「ノード」になるということは、新しく生成されたブロックを受け取るチャンスを得るために、特別なスマートコントラクトに資金をロックすることです。PoSアルゴリズムは、ネットワークにおける資金のシェアに基づいて、ステーカー（staker）をランダムに選択します。たとえば、ステークされた資金の合計の10%を占めるステーカー（staker）は、新しく生成されたブロックを受け取る可能性が 10%あります。また、インセンティブもステーカー（staker）のステーク額とステークされた資金の合計との比率に比例して分配されます。その結果、この仕組みがPoS暗号資産の価値を高める主な原動力となっています。

採用例：Avalanche、Cardano、Algorand

委任型プルーフ・オブ・ステーク（DPoS）

DPoSはPoS（Proof of stake）の発展形として誕生したものです。PoSネットワークでは経済的資源が検証プロセスに直接影響を与えるが、DPoSネットワークではステーカー（staker）がブロック生成者に投票する権利を持ちます。これらのブロック生成者は、委任者/承認者としても知られ、その信頼性と信用度を反映するステークに基づいて選出されます。インセンティブとペナルティは、ステーカー（staker）と委任者の間で共有され、ネットワーク内の民主化を促進します。委任者は通常、説明責任を果たすためにアクティブな状態を維持しているため、取引スピードが大幅に加速されます。採用例：EOS、Tron

ノミネーテッド・プルーフ・オブ・ステーク（NPoS）

NPoSはDPoSに似ていますが、より複雑な投票プロセスを採用しています。ノミネーターと呼ばれるステーカー（Staker）は、自分のトークンを担保として割り当てることで、バリデーターを選択します。最も多くの担保を持つバリデータが新しいブロックを生成する権利を与えられるが、最終的なバリデーターはノミネーターとは全く異なるものになる可能性があります。これにより、すべてのノミネーターが報酬を受け取るチャンスが確保され、またバリデーターはコミュニティの信頼に値することを証明する必要があります。採用例：Polkadot、Kusama

プルーフ・オブ・オーソリティー（PoA）

ノード検証者のソーシャルキャピタルを重視するもう一つのコンセンサス・メカニズムはPoAです。コミュニティは、最も信頼できるユーザーやプロジェクトの戦略的パートナー、つまりネットワークの将来の成功に長期的な利害関係を持つユーザーを選び、新しいブロックを生成する権利を与えます。社会的地位以外、これらの承認されたバリデーターは、自分の資産をステーキングすることも求められます。採用例：VeChain、TomoChain

プルーフ・オブ・ヒストリー（PoH）

Solanaは2018年にPoSとPoHのハイブリッドを初めて導入し、より高速で効率的かつ安全な検証プロセスを約束しています。Solanaネットワークの各ノードには暗号時計が統合されており、これにより各データが検証可能な時間順に特定のタイムスタンプとともに記録されます。他のノードからの応答を待つ代わりに、各バリデーターはブロックメッセージの有効性を独立して決定できるため、Solana取引のコンセンサスプロセスが高速化されます。

この記事では、ブロックチェーン分野で既存の最も一般的なコンセンサス・メカニズムを紹介しました。ブロックチェーン分野の成長を受けてまもなく作られるコンセンサス・メカニズムはますます増えるでしょう。その設計がいかに異なっていようとも、コンセンサスの最終的な目的は、ブロックチェーンの効果的な運用を維持することです。そのため、コンセンサス・アルゴリズムの開発では、一意性、一貫性、誠実さによってデータの完全性を保護することが期待されています。

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