ブロックチェーンネットワークは、中央機関や規制がない分散型です。取引の検証や承認は疑いようのない安全性で確保されていますが、これが可能なのは何故でしょうか？それはコンセンサスアルゴリズムの存在によるものです。

コンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーンネットワークの中核部分であり、分散台帳の現在の状態についてすべてのピアや参加ノードが共通の合意（コンセンサス）に達するためのプロトコルです。コンセンサスアルゴリズムは、分散システムのすべてのエージェントやステークホルダーが単一の事実に同意し、異なる問題を考慮することができるように構築されています。コンセンサスアルゴリズムは、システムが耐障害性で信頼性があることを確保します。

ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムとは何ですか？

コンセンサスアルゴリズムは、参加ノードがブロックチェーンエコシステムでどのように相互作用し、関与するかを規定する一連のルールです。これにより、ブロックチェーンネットワークとそれに構築されたすべてのプロトコルが信頼性を持ち、参加ノード間で高い信頼を確保します。

ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムは、分散配置でユーザーまたはマシンが調整および連携することを保証し可能にするスマートなメカニズムです。コンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーンネットワークの運用に中心的な役割を果たしています。

ブロックチェーンネットワークのような分散型のセットアップでは、複数の参加ノードやステークホルダーが異なる意見を持つ可能性があります。どのように合意に達し、すべての参加ノードがその取り決めを完全にサポートすることを確認するのでしょうか？この文脈で相互合意を提供するのがコンセンサスアルゴリズムです。

ブロックチェーンネットワークには、異なるサーバー、ノード、マイナー、および他の場所に広がるステークホルダーが存在します。これらすべての参加者は、検証前にトランザクションまたはブロックが正確であることに合意し、コンセンサスに達しなければなりません。コンセンサスアルゴリズムは、これらの相互合意を可能にし、ネットワークを信頼性が高く、高度に保護されたものとします。ブロックチェーンネットワークで達成するために設計されたコンセンサスアルゴリズムのいくつかの目標があります。

ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムはどのように機能するのでしょうか？

ブロックチェーンネットワークは堅牢で分散型です。開発者が構築できるものに制限はなく、すべての開発者がプロトコルに展開したいコンセンサスアルゴリズムを選択する自由があります。
展開できる注目すべきコンセンサスアルゴリズムとその動作方法は次のとおりです:

作業証明（PoW）

The 作業証明コンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーンネットワークで最も古く、最も注目されているコンセンサスメカニズムです。 プルーフ・オブ・ワークでは、参加ノードはマイニングを使用してトランザクションを検証し、新しいブロックを作成し、それらはマイナーと呼ばれます。

プルーフ・オブ・ワークのコンセンサスメカニズムは、総合的な計算能力を使用して複雑な数学パズルを解くためにマイナーに要求します。このコンセンサスアルゴリズムで使用されるマイニング方法には、GPUマイニング、CPUマイニング、ASICマイニング、FPGAマイニングが含まれます。

Proof of Workコンセンサスアルゴリズムを使用するブロックチェーンプロトコルには、Bitcoin、Litecoin、Primecoin、Zcash、Moneroなどが含まれています。

ステークの証明（PoS）

ザステークの証明このメカニズムは、最も優れた環境に優しいコンセンサスアルゴリズムの1つと見なされています。PoSコンセンサスアルゴリズムは、マイナーの代わりにバリデータを使用し、貢献ノードは新しいブロックを誰よりも優先して作成できるバリデータです。PoSコンセンサスアルゴリズムはエネルギーを節約し、トランザクションの検証や新しいブロックの作成に費やす時間を短縮します。deleGate.iodおよびリースされたProof of Stakeメカニズムは、ブロックチェーン上で展開できます。

Proof of Stakeには、与えられたブロックチェーンの目標に基づいて使用されるいくつかのバリエーションがあります。最もよく使用されるバリアントの1つは、DeleGate.iod Proof of Stake (DPoS), トークン保有者が「デリゲート.ios」として知られる少数のユーザーに投票し、新しいブロックを作成し、ブロックチェーンの整合性を維持する責任があります。デリゲート.iosは受け取った投票の数に基づいて選ばれ、通常ネットワークで大きなステークを持っています。
DPoSの主な利点の1つは、スケーラビリティであり、大量の取引を1秒あたり処理することが可能で、比較的低いエネルギー消費が可能です。これにより、高い取引性を持つプロジェクトに適した選択肢となっています。

Dash、Peercoin、Pivx、Reddcoin、およびEthereum 2.0などのブロックチェーンプロトコルは、ステークの証明アルゴリズムを使用しています。

権威の証明（PoA）

Proof of Authorityメカニズムは、事前承認された「バリデータ」に依存するブロックチェーンネットワークで使用され、新しいブロックを作成しネットワークの整合性を維持するために使用されます。バリデータは通常、評判、アイデンティティ、または専門知識に基づいて選択されます。 PoAネットワークでは、各バリデータに固有のアイデンティティが割り当てられ、バリデータは新しいブロックを作成し、それをブロックチェーンに追加するために交代で行動します。これにより、バリデータが新しいブロックを作成するために互いに競争する必要がないため、ネットワークが比較的高速かつ効率的であることが保証されます。

PoAアルゴリズムは、企業がプライバシーを維持しつつ、同時にブロックチェーンの利点を享受することができるため、サプライチェーンにとって効果的なソリューションです。

Proof of Authorityコンセンサスアルゴリズムを利用するブロックチェーンプロトコルには、VeChainとBNB Chainが含まれます

Proof of Workコンセンサスアルゴリズムの利点

Proof of Workコンセンサスアルゴリズムの顕著な利点は次のとおりです:

• 高いセキュリティレベル: Proof of Workアルゴリズムは、ブロックチェーンプロトコルが高いセキュリティを確保することを保証します。PoWメカニズムを展開してブロックチェーンネットワークのセキュリティファイアウォールを迂回したり妥協することは困難です。

• 取引の分散化された方法: トランザクション処理は、Proof of Workメカニズムにおいて分散型です。ユーザーは互いに事前の関係を持つ必要も信頼を築く必要もなく運営することができます；彼らの主な目標は手元のプロジェクトです。すべての利害関係者間の統一された合意により、検証が正確であり、公開台帳の状態が更新されることが保証されます。

• 暗号報酬: ブロックチェーンプロトコルは、プルーフオブワークメカニズムを使用し、マイナーに暗号トークンを報酬として与えます。新しいブロックを採掘したり、トランザクションの正常な検証に成功した後、マイナーは暗号報酬を受け取る権利があります。

Proof of Workコンセンサスアルゴリズムのデメリット

Proof of Workコンセンサスアルゴリズムの欠点のいくつかには、次のようなものがあります:

• 高エネルギー消費: Proof of Work（PoW）コンセンサスアルゴリズムは、高エネルギーを消費する計算アルゴリズムの解決を含みます。マイニング活動はエネルギーを大量に消費します。

• 遅い取引と混雑: PoWメカニズムは取引を検証するのに時間がかかります。ほとんどの場合、取引は検証を待って溜まってしまいます。PoWは通常よりも取引の妥当性を検証するのに時間がかかります。

Proof of Stakeコンセンサスアルゴリズムの利点

Proof of Consensusアルゴリズムの顕著な利点は次の通りです:

• 省エネルギー: プルーフ・オブ・ステークのブロック検証者は、計算アルゴリズムやパズルの解決に従事しません。そのため、検証とステーキングプロセスはエネルギーを消費しません。

• スケーラビリティ: Proof of stakeコンセンサスアルゴリズムを採用するブロックチェーンプロトコルは、よりスケーラブルで使用しやすくなります。また、シャーディングのようなスケーリング技術も可能にします。

Proof of Stakeコンセンサスアルゴリズムのデメリット

Proof of Stakeコンセンサスアルゴリズムの欠点の一部には、次のようなものがあります:

• システムの複雑さ: Proof of Stakeコンセンサスアルゴリズムにはいくつか複雑なシステムがあります。たとえば、ブロックの検証者選択は複雑です。

• 初期配布: PoSでのバリデータになるには、特定のトークンを持っている必要があります。初期配布要件を満たしていない場合は、資格がありません。

プルーフオブオーソリティコンセンサスアルゴリズムの利点

Proof of Authorityコンセンサスアルゴリズムの注目すべき利点は次のとおりです:

• 増加したセキュリティ:バリデーターが既知のアイデンティティであるため、ネットワークは匿名の悪意のある行為者からの攻撃に対してより脆弱ではありません。

• 計算能力要件の削減:PoAは他のコンセンサスアルゴリズムよりも少ない計算パワーを必要とし、これによりコストとエネルギー消費を削減するのに役立ちます。

• より速く、より効率的:PoAは、バリデーターが互いに競争する必要がないため、より速く効率的なブロック作成を可能にします。

プルーフオブオーソリティコンセンサスアルゴリズムの欠点

Proof of Authorityコンセンサスアルゴリズムの欠点のいくつかには、次のようなものがあります:

• 中央集権:バリデータは通常、中央の組織やグループによって選ばれます。これにより、少数の人々やエンティティの間で権力が集中し、ネットワークが検閲や操作に対してより脆弱になる可能性があります。

• 限定的な匿名性：バリデータが既知のアイデンティティであるため、ネットワークは他のブロックチェーンネットワークよりもプライベートで匿名性が低い可能性があります。

• 単一障害点:バリデータの1つがオフラインになるか、侵害されると、ネットワークでボトルネックが作成され、トランザクションの確認が妨げられる可能性があります。

結論

コンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーンの運用に不可欠であり、すべての参加ノード、マイナー、および利害関係者が相互の合意に達することを保証するための手順とルールを提供します。これらのアグリーメントは、トランザクションの検証、新しいブロックの作成、または重要な更新の実装を行うことができます。

Proof of WorkおよびProof of Stakeのコンセンサスメカニズム以外にも、開発者の好みやプロトコルのユースケースに応じて展開できる他のいくつかのメカニズムがあります。Proof of Capacity、Proof of Importance、ビザンチン容認過ち許容などが含まれます。

したがって、上記で強調された複雑な状況を排除するために、ブロックチェーンプロジェクトに最適なコンセンサスメカニズムを選択することが望ましいです。