コンセンサスメカニズムとは?

ブロックチェーンのコンセンサスメカニズムは、Web3、金融、ガバナンスの新興分散型社会の礎石です。 しかし、この新しい世界の設計者は、これらのメカニズムの設計について長い間議論してきました。 また、スケーラビリティ、セキュリティ、分散化の完璧なバランスを求めて、終わりのないオプションのリストを作成しました。

したがって、ブロックチェーンとそれに対応するエコシステム上に構築または比較したい人は、トレードオフの歴史をくまなく調べる必要があります。 ここでは、スピードアップするために知っておくべきことをご紹介します。

テイクアウェイ:

• コンセンサスメカニズムは、分散型コンピュータネットワークがブロックチェーンの状態に合意できるようにするプロトコルのゲーミフィケーションシステムです。 これらは、ネットワークにセキュリティ、スケーラビリティ、分散化のバランスを提供することを目的としています。
• 業界は、主にプルーフ・オブ・ワーク(PoW)とプルーフ・オブ・ステーク(PoS)のコンセンサスメカニズムに落ち着いています。
• 最も人気のあるブロックチェーンを中心としたユーザーによる採用とアプリケーション開発により、代替のコンセンサスメカニズムが業界を混乱させることが困難になっています。
• しかし、イーサリアムの最近のPoWからPoSへの移行は、ディスラプションが起こり得ることを示しました。

このガイドでは、コンセンサスメカニズムがどのように機能するか、および最も顕著なタイプ間の決定的な違いについて説明します。

コンセンサスメカニズムの仕組み

コンセンサスメカニズムがどのように機能するかを理解するには、まず、最終目標は、ネットワーク参加者のすべてのやり取りとトランザクションの安全で公開された記録を維持することであることを認識することが重要です。 マイナーまたはバリデータノードは、そのレコードに対するすべての更新と変更を管理します。 このようなシステムでは、ピアが他の参加者を騙そうとしないようにし、誠実なトランザクションを台帳に追加するための信頼できる方法を確立することが重要です。 たとえば、ユーザーは所有している資産を二重に使用したり、システムを操作して元よりも多くのコインを保持したりすることはできません。

コンセンサスメカニズムは、ブロックチェーン台帳がこのような潜在的に悪意のあるトランザクションから身を守るために使用する一連のプロトコルとルールを提供します。 ほとんどの場合、このプロトコルは、ネットワークリーダー(マイナーまたはバリデーター)がユーザーが実行しようとする各トランザクションの真正性を検証できるようにする暗号化チャレンジと報酬インセンティブを通じてこれを実現します。 バリデーターがトランザクションの正当性について合意(コンセンサス)に達すると、プロトコルはそれを不変のブロックチェーンレコードに追加します。

コンセンサスメカニズムは、インセンティブと報酬(通常は新しいコイン)を使用して、ネットワークリーダーが正当なトランザクションのみをピアに提案することを奨励します。 これにより、システムをだまそうとする人にとっては困難で費用がかかります。 ほとんどのプロトコルでは、ユーザーはネットワークのコンピューティングパワーの51%以上を同時に制御するか、基盤となるネットワークの通貨のかなりの部分を取得する必要があります。

なぜ種類があるのですか?

ブロックチェーンアーキテクトは、さまざまなブロックチェーンのユースケースやネットワーク条件に対して、さまざまなタイプのコンセンサスメカニズムを設計しました。 また、有名なブロックチェーンのトリレンマに対処するための複数の方法も提供します。

トリレンマは、分散システムが3つの要件のうち、スケーラビリティ、分散化、セキュリティの2つしか達成できないことを提案しています。 したがって、ブロックチェーンは特定の目的に基づいてトレードオフを行う必要があります。

ソース: Ledger

実際の例では、ビットコインの プルーフオブワーク (PoW)は分散化とセキュリティを支持しますが、イーサリアムの プルーフオブステーク (PoS)モデルは、分散型アプリケーション(DApps)を強化するためのスケーラビリティに傾倒しています。 ただし、プロトコルのセキュリティと分散化に関する議論は複雑で微妙なため、この例は単純化しすぎています。

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さらに、他のブロックチェーンコンセンサスメカニズムは、達成したい速度、セキュリティ、または分散化の程度に応じて、PoWまたはPoSの修正バージョンを実装します。

ブロックチェーンのコンセンサスメカニズム

ビットコインの作成者は、コンピューターネットワーク上のピアが分散型の方法で台帳の状態についてコンセンサスに達するための新しい方法を世界に紹介しました。 それ以来、技術者は他のコンセンサスモデルを試し、上記のトレードオフを行ってきました。

プルーフ・オブ・ワーク(PoW)

最初のコンセンサスメカニズムである プルーフオブワーク は、ビットコインの生みの親であるサトシナカモトによって発明されました。 ライトコインやドージコインなど、他のブロックチェーンネットワークも採用しています。 このモデルでは、マイナーと呼ばれるネットワークリーダーが、非常に複雑な暗号パズルを解くために計算能力を費やす必要があります。 最初にパズルを完成させ、この「プルーフ・オブ・ワーク」を他の仲間に提出することで、マイナーはブロックチェーンに新しいブロックを追加し、関連するコイン報酬を受け取る資格を得ます。

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PoWモデルの安全性は、マイナーが以下のプルーフ・オブ・ワークを解決するための終わりのない競争に費やす膨大な量の計算能力にあります。 複数のマイナーがネットワークの利益のために行動すると、システムを攻撃するための経済的コストが大幅に増加し、悪意のあるアクターが他の方法で攻撃を試みることが現実的ではなくなります。

PoWは、ビットコインを地球上で最も安全なコンピューティングネットワークにします。 しかし、多くの人は、PoWブロックチェーンの詳細なガイドで取り上げられているネットワークのエネルギー使用量について誤解しています。

プルーフ・オブ・ステーク(PoS)

プルーフオブステークは 、ビットコインのPoWの代替として2012年に登場しました。 このモデルでは、マイナーがバリデーターに置き換えられ、関心のあるエンティティが、ブロックチェーンに新しいブロックを提案して追加する権利を得るために、基盤となるネットワークの通貨のかなりの部分を賭けることを要求しました。 ネットワークのセキュリティは、インセンティブの調整から得られますが、これは、大きなステークを持つためには、当然、バリデーターが誠実に行動する必要があるからです。

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イーサリアムは、2022年のPoWからの歴史的な切り替え後、最大のPoSネットワークになりました。 PoSコインは暗号市場全体の価値の29% に過ぎません が、コンセンサスメカニズムが最も広く使用されています。 BNB ChainやCardanoなどの他の人気のあるブロックチェーンは、Blockworksのプルーフ・オブ・ステーク・ガイドで説明されているセキュリティのトレードオフが広く知られているにもかかわらず、このモデルを実装しています。

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委任されたプルーフ・オブ・ステーク(DPoS)

委任されたプルーフ・オブ・ステーク(DPoS)コンセンサスメカニズムは、PoSの修正版であり、一般的にはより民主的であると考えられています。 このモデルでは、ユーザーはトークンをステークして、ネットワーク上のトランザクションを検証するデリゲートに投票します。 バリデーターに委任されたトークンが多ければ多いほど、ネットワーク上でブロックを生成し、ステーカーと共有する報酬を獲得する可能性が高くなります。 DPoSモデルを実行する主要なブロックチェーンネットワークの例としては、Solana、Tron、EOS、Tezosなどがあります。

権限の証明 (PoA)

プルーフ・オブ・オーソリティ(PoA)は、ネットワークバリデーターが、評判に基づいて事前に承認された参加者で構成されるコンセンサスモデルです。 これは通常、プライベートブロックチェーンや、台帳の更新に必要なバリデーターのセットが限られている特定の組織のユースケースに最適です。 PoAシステムに必要なバリデーターは少ないため、拡張性は高いですが、中央集権化されています。 VechainとBlockstreamのLiquidサイドチェーンは、PoA実装を使用したパブリックブロックチェーンの最も有名な例です。

プルーフ・オブ・アクティビティ(PoA)

プルーフ・オブ・アクティビティ(PoA)は、PoWとPoSの側面を実装するハイブリッドコンセンサスモデルです。 このプロセスは、まずマイナーが暗号パズルを解いて新しいブロックを提案し、そのブロックがバリデーターによって署名されてからブロックチェーンに追加されることから始まります。 マイナーとバリデーターは、ネットワークのセキュリティへの貢献に対してブロック報酬の一部を受け取ります。 Decredは、権限の証明に基づいて実行されるブロックチェーンプロジェクトの最も重要な例です。

プルーフ・オブ・バーン(PoB)

プルーフ・オブ・バーン(PoB)コンセンサスメカニズムは、PoWシステムの重エネルギー要件を削減するための新しいアプローチを実装しています。 この修正されたモデルでは、マイナーは保有コインの一部を燃やして仮想マイニングマシンを受け取り、新しいブロックを提案してマイニングする権利を付与します。 マイナーは、検証可能な使用不可能なアドレスに資金を送金し、収益性を最大化するために仮想マイニングリグの成長に集中します。 2014年にローンチされたSlimcoinは、2022年にローンチされたモジュラーブロックチェーンKoinosと同様に、PoBコンセンサスモデルを実装しています。

容量の証明 (PoC)

プルーフ・オブ・キャパシティ(PoC)は、PoWの高いエネルギー需要を低減しようとするもう一つのコンセンサスモデルです。 このモデルを利用するブロックチェーンでは、マイナーはコンピューターの利用可能なハードドライブ容量を使用して、それほど複雑でない暗号パズルの解決策を提供する必要があります。 このジレンマに対する答えは、ユーザーがノードになったときにあらかじめ保存されており、ハードドライブのスペースが大きいほど、マイナーがブロック報酬を獲得する可能性が高まります。 Chia、SpaceMint、Storjなどの第1世代のブロックチェーンは、PoCモデルを実装しています。

経過時間の証明(PoET)

Proof of elapsed time(PoET)は、Intel Corporationによって開発されたコンセンサスアルゴリズムであり、主に許可型ブロックチェーンネットワークで利用されています。 次のブロックのバリデーターを選択するための宝くじのようなモデルを実装しています。 不変でオープンに検証可能なコードを使用することで、すべての参加者がバリデーターとして選ばれるチャンスを平等に得ることができます。 特に、このモデルは主に組織や企業に使用されるため、PoET参加者には通常、経済的報酬はありません。 企業向けの分散型台帳ソリューションであるHyperledger Sawtoothは、PoETモデルを実装しています。

プルーフ・オブ・ヒストリー(PoH)

プルーフ・オブ・ヒストリーは、Solanaブロックチェーンによって開拓された時間ベースのコンセンサスモデルです。 これは、PoWシステムの欠陥、つまりバリデーターがトランザクションの時間と順序について合意するために費やすリソースに対処します。 PoHは、暗号証明に基づく内部クロック機能を実装し、ほぼ瞬時の処理とトランザクションのファイナリティを可能にします。 Solanaは、このコンセンサスモデルを利用する唯一の既知のパブリックブロックチェーンですが、このプロジェクトでは、スケーラビリティを確保するためにPoSやその他のテクノロジーで補完しています。

投資家にとっての意味

コンセンサスモデルは、プロジェクトの長期的な可能性を評価するための指標を提供します。 最も実行可能なネットワークは、適度なレベルの分散化を維持しながら、持続可能性とスケーラビリティへの明確な道筋を持っているのが理想的です。 新しいコンセンサスモデルが出現する可能性はありますが、業界が主流の採用に向けて前進するにつれて、最も広く採用されている実装は引き続き重要な役割を果たします。

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