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コンセンサスアルゴリズムとは?種類・一覧・ブロックチェーンとの関係を徹底解説!

2019年まで厳しい冬の時代を迎えていた仮想通貨ですが、ここ最近は徐々に市場が回復してきています。これから仮想通貨を始めよう、もしくはまた仮想通貨に投資をしてみようと考えている人も多いのではないでしょうか。

そんな中で、仮想通貨のことを調べていると、コンセンサスアルゴリズムという言葉に出くわすことがあるでしょう。初心者の方であれば、何のことだかさっぱりわかりませんよね。コンセンサスアルゴリズムは、現在の仮想通貨の仕組みを支える大切な存在です。

今回の記事では、コンセンサスアルゴリズムの概要や特徴、どのような種類があるのかなど、一覧表を交えながら詳しくわかりやすく解説していきたいと思います。

コンセンサスアルゴリズムとは?

コンセンサスアルゴリズムとは、仮想通貨の取引を承認するための仕組みのことです。もっとわかりやすくいうと、仮想通貨のやり取りをどういう方法で記録するかというルール(取り決め)を指します

たとえば、会社であれば帳簿に、自宅であれば家計簿に収入や支出を記録しますよね。同じ人が記録をつけるのであれば問題ありませんが、複数の人が記録をつける場合にはどうでしょうか。仮にみんながバラバラのルールに従っているとすると、どこに何が書いてあるのか、どういう意味なのかもわからなくなってしまう可能性があります。

しかし、コンセンサスアルゴリズムがあることで、どこにどんな内容を書けば良いのか誰もがわかるようになります。そのため、ルールを知っている誰もが記録をつけられるようになるのです。

ちなみにコンセンサスアルゴリズムという言葉は、「取引のコンセンサス(合意)をどのようなアルゴリズム(方法)で行うか」というところから来ています。また、利用する仮想通貨によってコンセンサスアルゴリズムが同じこともあれば、異なる場合もあります。

ブロックチェーンとの関係性は?

仮想通貨の取引は、ブロックチェーンというインターネット上の帳簿のようなものに記録されます。コンセンサスアルゴリズムは、このブロックチェーンにどうやって記録をつけていくかというルールです。

また、会社であれば帳簿を記録する事務員さんなどにお給料が支払われます。これは、仮想通貨の記録をつける時も同じです。ブロックチェーンに取引の記録をつけた人には、コンセンサスアルゴリズムに基づいて報酬として仮想通貨が支払われます。

仮想通貨の場合、コンセンサスアルゴリズムがあることで、会社のように事務員さんだけに帳簿づけを頼る必要はありません。ルールを守ってくれるなら誰でも参加することができるので、ネットワーク上の多くの人の力を借りて記録をつけることができます。また、報酬を受け取れることで、記録をつけるモチベーションにもつながります。

ハッシュ関数とナンス

仮想通貨の取引記録をつける人は、ハッシュ関数という関数をコンピューターを使って計算し、解答を導き出す必要があります。また、このハッシュ関数の答えのことをナンスと呼びます。

コンセンサスアルゴリズムにはいくつかの種類があり、それぞれに使われているハッシュ関数も異なっています。また、その種類によって、どれくらいかんたんにナンスを見つけることができるかも変わってきます。

コンセンサスアルゴリズムの種類・一覧表

コンセンサスアルゴリズム 内容
PoW(プルーフ・オブ・ワーク) 計算量(仕事量)に応じて承認者を決定
PoS(プルーフ・オブ・ステーク) コインの保有量に応じて承認者を決定
PoC(プルーフ・オブ・コンセンサス) 指定されたValidateのみが取引を承認
PoI(プルーフ・オブ・インポータンス) コミュニティ内の重要度に応じて承認者を決定
PBTF(プラクティカル・ビザンチン・フォルト・トレランス) プライベートチェーン向けの承認アルゴリズム

コンセンサスアルゴリズムには、いくつかの種類が存在します。通貨によって同じ仕組みを使っていたり、違う仕組みを使っていたりとバラバラです。

上記の表は、代表的なコンセンサスアルゴリズムをまとめたものです。ここからは、それぞれの詳しい内容を確認していきたいと思います。

① PoW(プルーフ・オブ・ワーク)

まず1つ目に紹介するのが、Proof of Work(プルーフ・オブ・ワーク)です。もっとも代表的なコンセンサスアルゴリズムであり、「PoW」と表記します。

PoWは世界で初めて誕生した仮想通貨である、ビットコインで使われている方式です。名前に「Work(仕事)」とあるように、たくさんの計算(仕事)をこなした人に取引を承認する権利があたえられます。

PoWはたくさんの計算を解かなければいけないので、ハッキングなど悪意のある攻撃に強いというメリットがあります。いっぽうで、PoWはたくさんのコンピューターを動かすために電力が必要になるため、コストが高く環境にあたえる負荷も大きいというデメリットがあるのです。

② PoS(プルーフ・オブ・ステーク)

続いて2つ目に紹介するのが、Proof of Steak(プルーフ・オブ・ステーク)です。PoWと並んで代表的なコンセンサスアルゴリズムであり、「PoS」と表記します。国内で取り扱いがある仮想通貨だと、リスク(LSK)に採用されています。また、ここ最近では時価総額2位の仮想通貨であるイーサリアムが、PoWからPoSに移行する計画を進めていることでも有名です。

PoSの名前にある「Stake」は、「Stake(杭)Holder(保有者)」という経済用語としても使われています。自分が持っている土地に杭(くい)をさすことで、その土地の権利を主張したことが語源です。この名前からもわかるように、PoSでは仮想通貨を保有している人を大切にしています。具体的には、その仮想通貨の保有量や保有期間に応じて取引を承認できる人が決まります。

PoSではたくさんの計算を解く必要はありません。そのため、PoWのように多くの電力を必要とせず環境に優しいといったメリットがあります。いっぽうで、資金力がある人であれば保有量の多さをコントロールできるため、結局は権利が集中してしまうという意見もあります。

③ PoC(プルーフ・オブ・コンセンサス)

3つ目に紹介するProof of Consensus(プルーフ・オブ・コンセンサス)は、少し変わった方式です。時価総額3位の仮想通貨、リップル(XRP)に採用されている方式としても有名で、「PoC」と表記します。

PoCではValidator(バリデータ)と呼ばれる人が取引の承認を行います。Validatorの選出は、その仮想通貨の発行元の企業が行います。これまでのPoWやPoSは承認作業に誰でも参加することができましたが、PoCは選ばれた人だけが承認作業を行える点が特徴です。

PoCには取引の承認作業をスムーズに進めることができるメリットがあります。めんどうな計算や保有量などもいっさい関係ないからです。いっぽうで、発行元の企業が承認者を指定するため、権利が集中し中央集権的になりやすいというデメリットがあります。

④ PoI(プルーフ・オブ・インポータンス)

Proof of Importance(プルーフ・オブ・インポータンス)は、仮想通貨ネム(XEM)で採用されている方式で、略称を「PoI」と表記します。

PoIでは、コミュニティへの貢献度に応じて承認作業の難しさが決まります。具体的には、その仮想通貨をどれくらい保有しているかや、どれくらいの量を取引しているかなど、コミュニティで活発に活動している人を大切にする特徴を持っています。

PoIでは、コミュニティ内での活発な活動が促進されるので、自然とその仮想通貨が普及していくというメリットを持っています。いっぽうで、取引の承認者にはその仮想通貨を一定量保有していることが求められます。そのため、保有量が基準に満たない人は承認作業に参加できないというデメリットがあります。

⑤ PBFT(プラクティカル・ビザンチン・フォルト・トレランス)

PBFT(プラクティカル・ビザンチン・フォルト・トレランス)は、これまでの方式とは方向性が大きく異なります。ブロックチェーンには、特定の組織で利用するために作られたコンソーシアム型と呼ばれるタイプがあり、PBFTはそこで利用することを目的として開発された仕組みです。

PBFTでは承認作業のリーダーが存在します。ざっくりいうと、リーダーとそれ以外の承認者がお互いに監視をしあうことで、取引内容の違法な書き換えを防ぐことができる仕組みです。「ビザンチン問題」という、承認者によって不正が行われる可能性がある問題を解決した仕組みでもあります。

PBFTはPoCと同様に、取引の承認作業をスムーズに進めることができるメリットを持っています。いっぽうで、PBFTでは承認を得るために必ず特定のリーダーを経由しなければいけません。そのため、特定の組織や団体のなかでしか利用できないというデメリットを持っています。

まとめ

以上、コンセンサスアルゴリズムについて解説してきました。2019年5月時点では、さまざまな種類の方式が存在しています。また、仮想通貨の普及と合わせて、今後もコンセンサスアルゴリズムの種類は増加していくことが予想されます。

なぜなら、コンセンサスアルゴリズムは利便性を高めるうえで、仮想通貨のテクノロジーを支える大事な役割を担っているからです。今回の記事の内容を参考にしてもらえれば、仮想通貨のニュースなどもこれまでとは違った角度から楽しむことができるでしょう。コンセンサスアルゴリズムの今後の動きにも、ぜひ注目してみてくださいね。

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