ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムは何ですか？それぞれの利点と短所は何ですか？

ブロックチェーンテクノロジーは、ネットワークのすべての参加者が分散型台帳の状態に同意するように、コンセンサスアルゴリズムに依存しています。これらのアルゴリズムは、ブロックチェーンの完全性とセキュリティを維持するために重要です。この記事では、ブロックチェーンで使用されるさまざまなコンセンサスアルゴリズム、それらの利点、およびそれらの欠点を検討します。

仕事の証明（捕虜）

仕事の証明（POW）は、Bitcoinで有名な最も早く、最も広く知られているコンセンサスアルゴリズムの1つです。 Powでは、鉱夫は複雑な数学的パズルを解決するために競争し、パズルを最初に解決したのはブロックチェーンに新しいブロックを追加し、暗号通貨で報われます。

捕虜の利点：

• セキュリティ：POWは、成功する攻撃を開始するために重要な計算能力が必要であるため、非常に安全です。
• 分散化：必要なハードウェアを持っている人なら誰でもマイニングに参加できるため、分散ネットワークを促進します。
• 実績のある実績：POWは10年以上にわたってBitcoinによって成功裏に使用されており、その信頼性を証明しています。

Powの短所：

• エネルギー消費：POWは、パズルを解決するために必要な計算能力のために多くのエネルギーを必要とします。
• トランザクションの速度が遅い：ブロックをマイニングするのにかかる時間は、トランザクションの処理時間が遅くなる可能性があります。
• 集中リスク：時間が経つにつれて、鉱業は大規模な鉱業プールに支配されており、集中化につながる可能性があります。

ステークの証明（POS）

Proof of Stake（POS）はPOWに代わるものであり、検証装置が選択され、保持しているコインの数に基づいて新しいブロックを作成し、担保として「ステーク」しようとしています。 Ethereumは、Ethereum 2.0のPOSシステムに移行しています。

POSの利点：

• エネルギー効率：POSは、複雑なパズルの解決を必要としないため、POWよりも大幅に少ないエネルギーを消費します。
• トランザクション速度の高速：POSは、マイニングに依存しないため、トランザクションをより迅速に処理できます。
• 中央集中化のリスクの削減：POSは、最も強力なハードウェアを持つ人を好まないため、集中化に対してより耐性がある可能性があります。

POSの欠点：

• セキュリティ上の懸念：POSは、「危機にatしていない」という問題など、特定の種類の攻撃に対して脆弱になる場合があります。
• 富の集中：POSは富の集中につながる可能性があります。なぜなら、より多くのコインを持っている人は、ブロックを検証するために選ばれる可能性が高いからです。
• 初期分布：コインの初期分布は、ネットワークの公平性と分散化に影響を与える可能性があります。

委任されたステークの証明（DPOS）

委任されたSport of Stake（DPOS）は、トークンホルダーがトランザクションの検証と新しいブロックの作成を担当する少数の代表者に投票するPOSのバリエーションです。 DPOSは、EOSやTronなどのブロックチェーンで使用されます。

DPOの利点：

• スケーラビリティ：DPOは、POWおよび従来のPOSよりも高いレートでトランザクションを処理できます。
• 効率：それは捕虜よりもエネルギー効率が高く、従来のPOSよりも高速になる可能性があります。
• コミュニティガバナンス：DPOSは、ブロックチェーンのガバナンスにおけるより直接的なコミュニティの関与を可能にします。

DPOの短所：

• 集中化のリスク：DPOは、少数の代表者がネットワークを制御するため、集中化につながる可能性があります。
• 投票操作：投票購入またはその他の形式の操作のリスクがあり、代表団の選択プロセスがあります。
• セキュリティの懸念：DPOのセキュリティは、選出された代表者の完全性に大きく依存しています。

権威証明（POA）

権限の証明（POA）は、トランザクションとブロックが承認されたアカウント（バリデーターとして知られる）によって検証されるコンセンサスアルゴリズムです。 POAは、参加者の間で信頼が確立されるプライベートまたはコンソーシアムのブロックチェーンでよく使用されます。

POAの利点：

• 速度と効率：POAは、トランザクションを迅速かつ効率的に処理し、エンタープライズユースケースに適しています。
• 低エネルギー消費量：採掘が含まれないため、POWに比べて最小限のエネルギーが必要です。
• セキュリティ：バリエーターが信頼できる場合、ネットワークが十分にガバンになっている場合、POAは安全になります。

POAの短所：

• 集中化：POAは、限られた数のバリデーターに依存しているため、本質的に集中化されています。
• 信頼の要件：ネットワークのセキュリティは、バリデーターの信頼性に依存します。これは失敗のポイントになる可能性があります。
• 限られた地方分権：POAは、分散化が重要な目標であるパブリックブロックチェーンには適していません。

実用的なビザンチンフォールトトレランス（PBFT）

実用的なビザンチン断層トレランス（PBFT）は、ノードの最大3分の1が欠陥または悪意のあるように設計されたコンセンサスアルゴリズムです。 PBFTは、許可されたブロックチェーンと分散システムで使用されます。

PBFTの利点：

• 高スループット：PBFTは高いトランザクションスループットを実現できるため、高速処理が必要なアプリケーションに適しています。
• 最終性：PBFTは即時の最終性を提供します。つまり、トランザクションがブロックに含まれるとすぐに確認されます。
• セキュリティ：ビザンチンの断層に耐えることができ、いくつかのノードが侵害されてもネットワークが動作し続けるようにします。

PBFTの短所：

• スケーラビリティの問題：ノードの数が増加するにつれてPBFTが効率が低下し、スケーラビリティが制限されます。
• 集中化：POAと同様に、PBFTは、固定されたバリデーターセットが必要なため、集中化につながる可能性があります。
• 複雑さ：PBFTの実装と管理は、複雑でリソース集約的なものになる可能性があります。

よくある質問

Q：ブロックチェーンは複数のコンセンサスアルゴリズムを使用できますか？ A：はい、一部のブロックチェーンは、異なるコンセンサスアルゴリズムを組み合わせてそれぞれの強みを活用するハイブリッドモデルを使用しています。たとえば、ブロックチェーンは、初期ブロック作成にPOWを使用し、その後の検証にPOSを使用する場合があります。

Q：コンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーンのセキュリティにどのような影響を与えますか？ A：コンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーンのセキュリティにとって重要です。彼らは、ノードが元帳の状態にどのように一致するかを決定し、悪意のあるアクターがネットワークを操作するのを防ぎます。アルゴリズムの選択は、51％の攻撃や2倍の支出などの攻撃に対する抵抗に影響を与える可能性があります。

Q：パブリックブロックチェーンとプライベートブロックチェーンの両方に適したコンセンサスアルゴリズムはありますか？ A：POSやそのバリエーションなど、一部のコンセンサスアルゴリズムは、パブリックブロックチェーンとプライベートブロックチェーンの両方で使用するために適合させることができます。ただし、POAやPBFTなどのアルゴリズムは、その集中性のために、プライベートまたはコンソーシアムの設定でより一般的に使用されています。

Q：コンセンサスアルゴリズムの選択は、ブロックチェーンのエネルギー消費にどのように影響しますか？ A：コンセンサスアルゴリズムの選択は、エネルギー消費に大きく影響します。 POWは採掘の必要性のためにエネルギー集約的であることで有名ですが、POSやその他の非マイニングアルゴリズムははるかにエネルギー効率が高くなります。これは、環境に配慮したブロックチェーンプロジェクトの重要な考慮事項です。