信じられないかもしれませんが、人間は協力するのが得意です。そうやって私たちは種として生き残り、進化してきましたが、社会が進化すればするほど、お金の管理など、物事を成し遂げる方法について合意に達するために組織がより集中化する必要があります。 2008 年にビットコインと、権限を必要としない独自のブロックチェーンベースのコンセンサス手法であるプルーフ・オブ・ワークの発明により、すべてが変わりました。しかし、それはどのように機能するのでしょうか?また、他にどのようなアプローチが登場しているのでしょうか?それに答えるために、私たちは暗号通貨のコンセンサスメカニズムに関する究極のガイドを作成しました。

世界中に広がる、知らない、または必ずしも信頼できるわけでもない人々のグループ (ネットワーク) の一員であることを想像してください。毎日の気温など、一定の流れのデータの精度について合意するという課題が課せられています。データの正確さについての合意をどのように達成しますか?

頭に浮かぶのは、秩序と進歩を達成するには、データを収集して検証するための何らかのフレームワークと、目的の統一とデータの正確性を二重チェックする方法を確保するための管理者による組織構造が必要であるということです。データ;そうしないと混乱が生じますよね？

この問題は、グループの参加者が不正行為をする動機を持っている場合に特に困難になります。これは気温データの場合に当てはまりますが（その主題がどれほど政治的であるかを考えると）、お金の場合も間違いなく当てはまります。

膨大な労働力とプロセス、そして法律の最終的な支援を備えた巨大な機関が、通貨の発行と管理を行う枠組みを管理し、貿易における通貨の価値と有用性を維持しようとしています。このシステムは集中化されており、つまり信頼するしかない中心的な弱点があり、最終的には暴力の脅威に支えられています。

通貨システムとしてのビットコインの美しさは、それをサポートするブロックチェーンを通じて、中央当局や執行機関への信頼を必要とせずに、台帳内のビットコイン残高に関する一定の供給とコンセンサスを達成するためのフレームワークを見つけたことです。ただの経済的インセンティブとコード。

コンセンサスを見つけるという問題

コンセンサス手法は本質的に、グループまたはネットワークのすべての参加者が合意に達する唯一の方法であることに同意する一連のルールです。

コンセンサスは、合意を意味するラテン語に由来します。社会は、意見が多様で論点が主観的である場合、つまり絶対的な善悪がない場合に意思決定を行うためのさまざまなモデルを開発してきました。

各コンセンサス方法は、合意の形成、コラボレーション、協力、すべての参加者への平等な権利、コンセンサスプロセスへの強制的な参加など、特定の目的または操作条件で構成されます。

民主党政府は、米国の上院と下院、英国の貴族院と議会など、新しい法律に関する意思決定のさまざまな段階を備えて設計されています。彼らが新しい法律を制定するために使用するプロセスは、合意メカニズムです。これらは複雑で時間がかかり、理想的なアプローチは 1 つもありません。彼らは皆、悪用や影響を受ける可能性があります。

お金など、純粋に数学的な用語で表現できる非常に具体的な目的について合意しようとする場合は少し楽になりますが、信頼や脅迫なしに合意を達成するシステムを構築したサトシ・ナカモトの功績は依然として顕著です。暴力の。

ビットコインのコンセンサスへのアプローチ

ビットコイン (通貨システムとして) は、コードで定義された一連のルールと経済的インセンティブ (報酬) を使用して、コンピューターのネットワーク (ノード) に存在する台帳内のビットコイン (通貨単位) の未使用残高について合意を達成するように設計されています。新しいビットコインの）中央当局によって維持されるのではなく。

その台帳は、ビットコイン ブロックチェーンとして知られているものです。暗号化によってチェーン化されたトランザクション データのブロック - 複雑な数学によって保護されています。

ネットワーク内の各ノードは、他のすべてのノードから独立して動作します。しかし、それらはすべて同じルールに従うため、システムは、参加ノードによって提案された新しいデータ (新しいブロックとしてブロックチェーンに追加される) が唯一の真実のバージョンであることを保証するように構築されており、それがすべてのノードによって同意されます。分散型/分散型コンピューティング ネットワーク。

コンセンサスに達し、妥協できないことを保証するビットコイン ブロックチェーンのルールの重要な要素は、プルーフ オブ ワークと呼ばれるものです。

ビットコインは、異なるルールを持つ他のコンセンサス手法にインスピレーションを与えましたが、最も一般的なのはプルーフ・オブ・ステーク (PoS) です。コンセンサス手法がどのように機能するかが、現在、これらのブロックチェーンとブロックチェーンがサポートするアプリケーションがどれだけ速く、大きな市場シェアを獲得するかを判断する基準になりつつあります。分散型サービス向け。

プルーフ・オブ・ワーク (PoW)

PoW は、ビットコイン ネットワークに採用されているコンセンサス プロトコルです。これは、分散型台帳ネットワークによって暗号化ハッシュを生成するプロセスです (ハッシュとは、ブロックチェーンに可変長の項目を入力して固定長の出力項目を与えるプロセスです)。

通常、ビットコイン ネットワークのような PoW システムでは、マイナー ノードがブロックチェーン ヘッダーからデータを取得し、ノンスと呼ばれるわずかに変化した入力を使用して暗号化ハッシュ関数を通じてそれを継続的に実行します。

nonce は 1 回だけ使用できる任意の数値で、その後はハッシュが生成されない場合は破棄されます。したがって、PoW システムのマイナーは、ハッシュを解決し、複数の nonce を反復することでネットワーク トークンで報酬を得るために常に必死の競争にさらされています。

この計算は大量の電気エネルギーを消費します。マイニング プロセスにパーソナル コンピューターが使用され、その後 GPU が使用されたビットコインの初期の時代とは異なり、現在では、PoW システムに必要なこれらの複雑な数学的問題を計算するには、ASIC と呼ばれる特殊なコンピューターが必要です。

長所:

短所:

プルーフ・オブ・ステーク (PoS)

PoW と同様、プルーフ オブ ステークにはネットワーク上のトランザクションを検証するという同じ目的があります。 PoS では別のアプローチが採用されています。 PoS では、複雑なハッシュ関数を実行するのではなく、ブロックチェーン ネットワーク上の新しいブロックの検証は、デジタル マネーまたはネットワーク トークンの形でリソースをステーク (ロックイン) するバリデーターをランダムに選択することによって行われます。

PoS ブロックチェーン内のバリデーターの選択はランダムですが、バリデーターは、ステークのサイズに基づいて次のブロックを提案するために選択される可能性が高くなります。

技術的な意味では、PoS ネットワークのバリデーターは、チェーンに追加できると思われるブロックを発見するとすぐに、ブロックに賭けてブロックを検証します。 Cardano、Mina Protocol、および Ethereum (Eth 2.0 への完全移行時) は、プルーフ オブ ステーク コンセンサス アルゴリズムで実行されるブロックチェーン ネットワークの例です。

長所:
1. PoS はハードなコンピューティング作業を必要としません。したがって、暗号通貨のブロックチェーンにブロックを追加するために必要なエネルギーを大幅に削減できる可能性があります。

2. シャーディングにより PoS チェーンが複数のブロックを同時に作成できるため、PoW の対応物と比較して段階的に拡張する機能が備わっており、トランザクションのスループットが向上します。

短所:

委任されたプルーフ・オブ・ステーク (DPoS)

DPoS は、投票システムに基づくコンセンサス アルゴリズムです。ここでは、「デリゲート」と呼ばれるネットワーク参加者が、ブロックを提案する責任を負ったバリデーターを選出します。バリデーターは、その行動に対してネットワーク料金を獲得し、それを投票した代表者と共有します。

代議員としての投票権は、保有する株式の量に比例します。これは、ダニエル・ラリマーによって作成され、現在では EOS、Tezos、Steem、Tron、Lisk などのトップのブロックチェーン ネットワークで採用されている、広く普及しているコンセンサス手法です。

長所:

短所:

書き込み証明 (PoB)

名前が示すように、プルーフ・オブ・バーン・ネットワークでは、参加者は ASIC マイナーのような高価なハードウェアに投資するのではなく、自分のコイン (ネットワークのネイティブ トークンやビットコインなどの他のコインの可能性があります) を決して取得できないバーン アドレスに送信します。 。

このため、彼らはネットワーク内の次のブロックを提案するために選ばれる特権を獲得します。この文脈でコインを燃やすということは、バリデーターが短期的な損失と引き換えに長期的なコミットメントを持つことを意味します。これは、十分な参加者があれば最適なバーンレートを決定する、賢いオークションのようなロジックです。より多くのコインバリデーターが燃焼するほど、次のブロックのマイニングに選ばれる可能性が高くなります。

長所:
1. 広く普及し、関心が高まっているため、dlt ネットワークによって実装されました。

短所:

経過時間の証明 (PoET)

PoET アルゴリズムは、ブロックチェーン ネットワーク上で採掘権を決定し、勝者をブロックするために経過時間をランダムに生成します。

各当事者が同じ確率で選ばれる一般的な公平な宝くじシステムと同様に、PoET メカニズムは、可能な限り最大数のネットワーク参加者に当選のチャンスを公平に分散することに基づいています。

PoET ネットワークでは、参加している各ノードはランダムに割り当てられた待ち時間を生成し、その後非アクティブになります。待機時間が最も短いノードは、待機時間が経過するとすぐに起動して、ネットワーク内の他のピアにブロードキャストされる次のブロックをコミットします。このコンセンサス方法では、アルゴリズムに追加の手段を採用して、ノードが常に選挙に勝つことを防ぎ、ノードが最低のタイマー値を生成することを防ぎます。

長所:

短所:

権限証明 (PoA)

イーサリアムの元共同創設者兼最高技術責任者（CTO）であるギャビン・ウッド氏は、2017年にネットワーク検証者がリソースを賭ける必要はなく、アイデンティティと評判を賭ける必要があるPoAを概念化した。 Proof of Authority モデルは、信頼できる当事者として恣意的に選択された固定数のブロック バリデーターで動作し、すでに承認されたネットワーク参加者によってトランザクションがチェックされるため、簡単に拡張可能なブロックチェーン システムになります。

長所:

短所:

支配的なコンセンサス手法をめぐる競争

どのブロックチェーン ネットワークが Web3 エコノミーで最も強い市場シェアを獲得するかについての競争が続いており、主な決定要因は、それぞれのブロックチェーン ネットワークが採用するコンセンサス アルゴリズムに根ざしています。

ビットコインのプルーフ・オブ・ワークは現時点で最大のシェアを占めている可能性があるが、物議を醸すそのエネルギー消費は、権力を集中させることなく合意を達成するという長年の問題に対する革新的な新しい解決策を推進している。

コンセンサスへの斬新なアプローチを持つライバルネットワークが勢いを増そうとしている。イーサリアムはプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの切り替えを約束しているが、ソラナ、アルゴランド、バイナンス・スマート・チェーン、ポルカドット、カルダノといった他の挑戦者たちのリストがすべて、支配的なアプローチの座を奪おうと必死の競争をしている。

実際のところ、コンセンサス手法が新たな標準となることを明確に主張できる人は誰もいません。それは単に新しくてテストされていないからかもしれませんし、もっと根本的には、集中化による合意形成という基本的な問題が妥協なしには不可能だからかもしれません。