ブロックチェーンのノードはどのようにコンセンサスに到達しますか？

ブロックチェーンコンセンサスメカニズムの理解

ブロックチェーンテクノロジーは、共有された不変の元帳を維持するために、ノードの分散ネットワークに依存しています。ただし、これらのノードは独立しており、潜在的に地理的に分散される可能性があるため、ブロックチェーンの有効な状態に全員が同意することを保証するためにメカニズムが必要です。これは、コンセンサスメカニズムが登場する場所です。これらは、ブロックチェーンシステム全体のセキュリティと完全性に不可欠です。堅牢なコンセンサスメカニズムがなければ、ブロックチェーンは操作や攻撃に対して脆弱です。さまざまなブロックチェーンがさまざまなコンセンサスメカニズムを採用しており、それぞれに独自の長所と短所があります。

仕事の証明（捕虜）

Powはおそらく最もよく知られているコンセンサスメカニズムであり、Bitcoinで有名です。複雑な暗号パズルを解決するために競合するノードが含まれます。パズルを解決する最初のノードは、トランザクションの次のブロックをブロックチェーンに追加し、新しく造られた暗号通貨で報われます。このプロセスには重要な計算能力が必要であり、詐欺的な取引を試みるために計算上費用がかかります。計算能力が高いほど、ネットワークはより安全になります。

• ノードは保留中の取引を受信します。
• ノードは暗号化ハッシュパズルを解決するために競争します。
• パズルを解決する最初のノードは、ブロックをブロックチェーンに追加します。
• 他のノードはブロックを確認し、ブロックチェーンのコピーに追加します。

このプロセスにより、ブロックを変更するには、ハッシュを再計算するために広大な計算リソースと時間が必要であるため、ブロックチェーンに有効なブロックのみが追加されることが保証されます。ただし、Powのエネルギー消費は重要な欠点です。

証明（POS）

POSは、POWのエネルギー消費の懸念に対処するために設計された代替コンセンサスメカニズムです。 POSは、計算能力に依存する代わりに、暗号通貨のノードの利害関係を使用して、コンセンサスプロセスにおけるその影響を決定します。より大きなステークを持つノードは、トランザクションを検証し、ブロックチェーンにブロックを追加するために選択される可能性が高くなります。これにより、広範な計算能力が低下し、エネルギー効率が高くなります。

• ノードは暗号通貨を賭けます。
• ブロックチェーンは、ステークサイズに基づいてバリデーターをランダムに選択します。
• 選択したバリーターは、新しいブロックを提案および検証します。
• 他のノードはブロックを確認します。

POSメカニズムはさまざまです。ランダム選択プロセスを使用するものもあれば、より複雑なアルゴリズムを使用して公平性とセキュリティを確保するものもあります。ステークはセキュリティデポジットとして機能します。悪意を持って行動するバリデーターは、株式を失うリスクがあります。

委任されたプルーフオブステーク（DPO）

DPOSは、トークンホルダーがトランザクションを検証してブロックを作成する代表者に投票するPOSのバリエーションです。このアプローチの目的は、検証プロセスを選出されたバリデーターのより小さなセットに委任することにより、効率とスケーラビリティを改善することを目的としています。トークンホルダーは、信頼できる代表者を選択して、ある程度の説明責任を確保できます。ただし、トランザクションを検証する権限が少数の代表者の手に集中しているため、集中化に関する懸念を引き起こします。

• トークンホルダーは代表者に投票します。
• 選択した代表者は、トランザクションを検証し、ブロックを作成します。
• 代表者は仕事に対して報われます。
• トークンホルダーは、いつでも投票を切り替えることができます。

このシステムは、POWとPOSよりも速いことがよくありますが、かなりの数の代表者が共謀すると、電力の集中は脆弱性につながる可能性があります。

実用的なビザンチンフォールトトレランス（PBFT）

PBFTは、より小さく、より緊密に結合されたネットワーク向けに設計された決定論的コンセンサスアルゴリズムです。 POWやPOSよりもスケーラブルではありませんが、非常に高い断層トレランスを提供します。システムの整合性を損なうことなく、一定の割合の故障したノードを許容できます。 PBFTは、ノードが既知で信頼できるエンティティで許可されたブロックチェーンで使用されることがよくあります。

• ノードは新しいブロックを提案します。
• 他のノードは提案されたブロックに投票します。
• ノードの超大多数が同意する場合、ブロックはブロックチェーンに追加されます。
• コンセンサスがない場合、プロセスは繰り返されます。

PBFTの主な制限は、そのスケーラビリティです。多数のノードと格闘しています。

ハイブリッドコンセンサスメカニズム

多くの最新のブロックチェーンは、さまざまなアプローチの要素を組み合わせたハイブリッドコンセンサスメカニズムを採用しています。これにより、さまざまなアルゴリズムの強みを活用しながら、弱点を軽減できます。たとえば、ブロックチェーンはブロック作成にPOSを使用し、PBFTを完成させるためにPBFTを使用して、POの効率とPBFTの高い断層トレランスを組み合わせることができます。このアプローチは、ブロックチェーンの特定のニーズに応じて、調整されたソリューションを提供します。

よくある質問

Q：最もエネルギー効率の高いコンセンサスメカニズムは何ですか？

A：Proof-of-Stake（POS）とその変動は、一般に、仕事の証明（POW）よりも大幅に少ないエネルギーを消費します。

Q：スケーラビリティに最適なコンセンサスメカニズムはどれですか？

A：スケーラビリティのための単一の「最高の」メカニズムはありません。 DPOSは、場合によってはPOWやPOSよりもスケーラブルになる可能性がありますが、集中化のリスクを導入します。ハイブリッドアプローチは、多くの場合、スケーラビリティとセキュリティのバランスをとることを目指しています。

Q：これらのコンセンサスメカニズムはどの程度安全ですか？

A：各メカニズムのセキュリティは、その特定の実装とネットワークのサイズと参加に依存します。 Powは一般に、計算要件のために非常に安全であると考えられていますが、POはステーキングの経済的インセンティブに依存しています。

Q：コンセンサスメカニズムを使用している場合、ブロックチェーンをハッキングできますか？

A：コンセンサスメカニズムはセキュリティを大幅に強化しますが、絶対確実ではありません。特にアルゴリズムの実装に脆弱性が存在する場合、またはネットワークのかなりの部分が侵害されている場合、エクスプロイトが可能です。

Q：異なるコンセンサスメカニズムの間のトレードオフは何ですか？

A：主要なトレードオフには、セキュリティ、スケーラビリティ、エネルギー消費、分散化が含まれます。 POWはセキュリティを優先しますが、かなりのエネルギーを消費します。 POSはエネルギー効率を優先しますが、大規模な利害関係者からの攻撃に対してより脆弱である可能性があります。 DPOSはスケーラビリティを向上させますが、集中化にリスクがあります。 PBFTは高い断層トレランスを提供しますが、スケーラビリティに闘っています。ハイブリッドアプローチは、これらのトレードオフのバランスをとろうとします。