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コンセンサスアルゴリズムとは

昨今話題のブロックチェーンを支えるデータ承認システムのことです。

 

ブロックチェーンの特性に大きく関わる要素ですので興味がある方必見です。

 

本記事では

用語の解説〜コンセンサスアルゴリズム種類の比較まで踏み込んで解説していきます。

コンセンサスアルゴリズムとは?

#

ビットコインやブロックチェーンについて調べていると

『コンセンサスアルゴリズム』という言葉を目にする機会がありますね。

 

『コンセンサスアルゴリズムって何?』

『ビットコイン以外のコンセンサスアルゴリズムは?』

など考えることがあるのではないでしょうか?

 

今回は、コンセンサスアルゴリズムについて簡単に詳しく解説していきます。

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コンセンサス(Consensus)+アルゴリズム(Algorithm)

コンセンサスアルゴリズムは直訳すると

「合意方法」となります。

 

読んで字のごとく合意形成の方法を指しています。

 

ではなぜブロックチェーンにおいてこの”合意方法”が話題になるのでしょうか?

ブロックチェーンは管理者がいない

ブロックチェーンの特徴として

非中央集権的であるが故に管理者がいないことが多いです。

*ただし全てに当てはまるわけではないです。

 

今までの多くのサービスは管理者がいました。

例えば銀行です。

自分の口座から知り合いの口座に送金を行った際その作業を認知・実行・記録しているのは銀行です。

 

ブロックチェーンではこの管理者を無くした上で行われた作業等のデータが正しいか否か

  • 誰が
  • どのように

判断するかを定める必要があります。

 

その為コンセンサスアルゴリズムが重要なのです。

ブロックチェーンの仕組みをわかりやすく簡単に徹底図解!!|Coinwall [コインウォール]

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【初心者向け】ブロックチェーンって何?世界一簡単に解説!|Coinwall [コインウォール]

ブロックチェーンについて初心者の方向けに書いた記事になります。基礎から学びたい方は是非ご覧ください。

コンセンサスアルゴリズムの主な3種・比較

#

コンセンサスアルゴリズムには種類があり

そのブロックチェーンの特徴の一つとなるくらい重要なファクターです。

 

まずは主に用いられる

  • PoWProof of Work
  • PoS Proof of Stake
  • PoI  Proof of Importance

を簡単に比較したいと思います。

 

PoW

(Proof of Work)

PoS

(Proof of Stake)

PoI

(Proof of Importance)

特徴 計算の早さに依存

通貨の保有量に依存

通貨の取引量と保有量に依存
メリット

取引記録の改竄に強い

消費電気量が少ない

51%攻撃を受けにくい

通貨の流動性が高くなる

デメリット

膨大な電気量が必要

51%攻撃を受けやすい

貧富の差が生まれる

通貨の流動性が低くなる

貧富の差が生まれやすい

採用通貨

BTC

Monero

Zcash

ADA

NEXT

Ethereum(予定)

Nem

 

では次にそれぞれのメリット・デメリットについてより詳しく解説して行きます。

PoW(Proof of Work・プルーフオブワーク)とは?

#

PoW

「膨大な計算量を必要とする作業を成功させた人が取引の承認者となり、ブロック生成権利を得られる仕組み」

です。

 

一言で言ってしまうと「計算早い者勝ち」ということです。

メリット

  • 取引記録の改竄に強い

 

PoWではマイニングにおいて不正を行おうとしている人間にとって

「不正による利益<マイニングを正当に行って得られる報酬」

となるようにしています。

 

より詳しく説明すると

前述の通りPoW方式ではCPUの計算量に応じて発言権が生じます。

つまり強い発言権を保つためには膨大なコストをかけてCPUパワーを集めなければならず

障壁がかなり高くなります。

 

一方でそのCPUパワーを集めた場合には報酬をもらえる仕組みとなっている為

不正を行う労力が無駄という心理を生み出します

デメリット

  • マイニングに膨大な電気代が必要になる

PoWでは膨大なCPUエネルギーが必要なのでそれなりの電気代が必要になります。

世界中でマイナー達が膨大な電気を消費しており

国際問題に発展している程大きな問題です。

 

  • 51%攻撃を受ける可能性がある

PoWでは

膨大な電気代を必要とすることや専用の集積回路(ASIC)を用いたマイニングが有利です。

つまり

大規模なマイニング集団が圧倒的資金力を使いハッシュレートを占有する

承認権を得て恣意的にブロックを作成可能に

となる可能性があります。

 

この状態を

「悪意ある集団が全体のマイニングプール(全体の採掘量)の51%を超える」ことから

51%攻撃と呼んでいます。

 

このデメリットを克服する為に現れたアルゴリズムがPoSです。

ビットコインの51%攻撃とは? 中国のマイニングプールの独占で起きる!?|Coinwall [コインウォール]

51%攻撃についてはこちらの記事で詳しく解説しています。ぜひご覧ください!

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POWを採用するBTCとは? こちらのページで詳しく解説しています。ぜひご覧ください!

PoS(Proof of Stake・プルーフオブステーク)とは?

#

PoS

CPUGPUによる計算量に関係なく、その通貨を保有している量によってブロック生成権利が決まる仕組み」

です。

 

一言で言ってしまうと「持ってるもの勝ち」です。

メリット

先ほどのPoWのデメリットを克服していることがメリットになっています。

 

  • マイニングにおいて電気代をかける必要がない

PoSCPUに膨大な計算をさせなくて済むので電気代がかかりません。

この仕組みはPoWに続いて目立つようになってきました。

 

  • 51%攻撃を受けにくい

PoSにおいて51%攻撃を仕掛けるためには過半数のコインを所有する必要があり

そのコストが膨大にかかってしまいます。

つまりPoWのときよりもはるかに難しいので51%攻撃の可能性が大幅に減ります

ブロックチェーンの鉄則・哲学である「非中央集権化」がPoSによって守られたとも言えます。

デメリット

  • 貧富の差が生まれやすい

通貨を多く持っている人にブロック生成権限およびインセンティブが与えられるので

貧富の差ができやすいです。

 

  • 流動性を失う

多くの通貨を保有することでインセンティブが発生するので

「リリース」という行動を抑制することになり

通貨の本質である流通からは遠ざかる可能性があります。

 

ここでデメリットを克服するべく新たに現れたのがPoIです。

Cardano(カルダノ・ADA)の特徴、チャート、将来性、取引所など徹底解説!|Coinwall [コインウォール]

PoSを採用するADAとは? 詳しくはこちらの記事をチェック!

PoI(Proof of Importance・プルーフオブインポータンス)とは?

#

PoI

「マイニング参加者の中で重要度が高い人に、ブロック生成権利を与える仕組み」

です。

その重要度というのが

  • その通貨の「保有量」
  • その通貨を用いた「取引量」

によって決まります。

 

つまり

どれだけ持っていて・どれだけ様々な人と取引してくれたか(=流動性を高めてくれたか)

で評価するということです。

メリット

  • 通貨の流動性

 

PoIでは「取引にその通貨を使用することでインセンティブを得られる」

逆に言えば「使用しなければインセンティブを得られない」

ということなので流動性を向上させることができます。

 

流動性は貧富の差を埋めることに繋がるのではないか?と言われています。

デメリット

  • 一定の保有量がないとインセンティブを得られない

 

PoIの仕組みでインセンティブを得ることをharvesting(ハーベスティング)と呼びます。

 

このharvestingに参加する為には一定量の通貨を所持する必要があり

結局貧富の差が埋まらないのではないか?という意見もあります。

今話題沸騰中の仮想通貨ネム(NEM・XEM)、その特徴・将来性について徹底解説!|Coinwall [コインウォール]

Polを採用するNEMとは? こちらの記事で詳しく解説しています!

独自のコンセンサスアルゴリズムを持つブロックチェーン

続いて独自のコンセンサスアルゴリズムを持つブロックチェーンを紹介しようと思います。

LISK(リスク)のDPoS

#

LISKではDPoS(Delegated Proof of Stake)を用いています。

 

このDPoSProof of Stakeを少し変えた承認システムとなっています。

LISK保有者の投票によって決める」ようなシステムです。

 

Liskについては以下の記事をご参照ください!

仮想通貨Lisk(LSK)とは?特徴・将来性・ニュース・今後の価格予想|Coinwall [コインウォール]

独自のコンセンサスアルゴリズムを採用しているLiskについて解説しています!

Ripple(リップル)のPoC

#

RippleではPoC(Proof of Concensus)を用いています。

 

PoCでは

「取引を承認する人(Validator)が予め決められていて、そのValidatorのうちの8割が承認すれば取引が承認される仕組み」

になっています。

 

Validatorには信頼できる有名な企業(マイクロソフト・SBI等)が選ばれています。

それ故にやや中央集権的ではあるものの取引が改竄される可能性は低いです。

 

PoCの利点としては

  • マイニングの作業が不必要になるため取引の承認が数秒で終わる

というところです。

 

この取引の速さからRippleは銀行間の送金に用いられています。

 

Rippleについては以下の記事をご参照ください!

仮想通貨Ripple(XRP・リップル)とは?特徴、買い方、取引所、チャート、将来性など解説!|Coinwall [コインウォール]

PoCを採用しているRippleについて解説しています!

Decred(デクレッド)のHybrid PoW/PoS

#

DecredではHybrid PoW/PoSを用いています。

文字の如くPoWPoSHybrid(ハイブリッド)なのです。

 

Hybrid PoW/PoSでは

  1. マイニングによって新しいブロックが生成される(計算力があると早い)
  2. ブロックの妥当性を投票によって決める。この際、持っている仮想通貨の量が多ければ多いほど投票できる票数が多い。(保有量が多いと投票で有利)

という手順を踏みます。

 

つまり

  • 計算力だけが優れていても投票によって無効となる可能性がある:

51%攻撃を受けにくい

  • 最も長いチェーンにブロックを繋ぐ必要がある:

Nothing at Stake(分岐が起こった際に最も長いチェーンが採用されにくい)問題を解決

 

ということが言えます。

 

Decredについては以下の記事をご参照ください!

仮想通貨Decred(ディークレッド)とは?特徴、買い方、取引所、チャート、将来性など解説!|Coinwall [コインウォール]

PoSとPoWのハイブリッドのコンセンサスアルゴリズムを採用しているDecredについて解説しています!

IOTA(アイオータ)のTangle(タングル)

#

IOTAではTangleを用いています。

 

Tangleはプルーフオブワークを工夫して作られた

「ブロックチェーンを必要としない承認システム」です。

 

具体的には

「取引を行った人が自分よりも前に行われた取引を承認する仕組み」

になっています。

 

自分が取引をする時にはマイニングをしないといけないというイメージです。

つまり

自分が取引をした分だけ他の人の取引も承認することになるので

Tangleでは取引手数料が無料です。

 

Tangleのようなブロックチェーンに代わる仕組みを

DAG(Directed Acyclic Graph )と呼び

DAGを採用している通貨としては他にもByteball(バイトボール)があります。

 

IOTAByteballについては以下の記事をご参照ください!

*Byteballに関する記事は近日リリース予定

仮想通貨IOTA(アイオータ)の特徴、チャート、将来性、取引所など徹底解説!|Coinwall [コインウォール]

IOTAとは? こちらの記事をご覧ください!

まとめ

最後まで読んでいただきありがとうございました。

今回はブロックチェーンのブロック承認システム”コンセンサスアルゴリズム”について解説を行いました。

いかがでしたか?

 

仮想通貨を比べる際には大事な要素なので、

是非今後はチェックして頂きたいと思います。

 

今後新たな形のコンセンサスアルゴリズムが現れるかもしれませんが

その際はいち早く更新していきたいと思います。

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