1. プルーフ・オブ・ワーク (PoW)
- 仕組み: ノード (マイナー) は数学パズル、つまりマイニングと呼ばれるプロセスを解くように求められます。最初にパズルを解いたマイナーには、ブロックチェーンに新しいブロックを追加し、報酬として一定量の暗号通貨を受け取る権利が与えられます。
- 利点:
- 履歴記録の改ざんにはネットワーク コンピューティング能力の 50% 以上が必要となり、非常にコストがかかるため、高いセキュリティが実現されます。
- 分散型なので、十分なコンピューティング能力があれば誰でも参加できます。
- 短所:
- 特にビットコインとイーサリアムの初期バージョンでは、エネルギー消費が非常に高くなります。
- トランザクションの確認時間は長く、たとえばビットコインの場合は平均 10 分かかります。
- 専門的なマイニング機器の人気が高まるにつれて、小規模マイナーが大規模なマイニングプールと競争することがますます困難になり、集中化のリスクが高まります。
2. プルーフ・オブ・ステーク (PoS)
- 仕組み: ノードは、保持されているトークンの数と時間に基づいて、トランザクションを検証し、新しいブロックを作成する確率を決定します。これにより、大規模な計算が必要ないため、エネルギー消費が削減されます。
- 利点:
- エネルギー消費量が大幅に削減されます。
- 通常、トランザクションの確認時間が短縮されます。
- 短所:
- 「利益損失がない」という問題は、理論的にはネットワークの分岐を引き起こす可能性があります。
- 「金持ちがさらに金持ちになる」現象は、大量のトークンを保有するノードがトランザクションを検証する機会が大きくなり、富の集中につながる可能性があることを意味します。
3. 委任されたプルーフ・オブ・ステーク (DPoS)
- 仕組み: トークン所有者は、ブロックの作成とネットワーク セキュリティの維持を担当する代表者に自分の権利と利益を「委任」できます。
- 利点:
- EOS など、数千 TPS に達する非常に高いトランザクション処理速度。
- あらゆる通貨保有者がコンセンサスプロセスに参加できるため、分散化が強化されます。
- 短所:
- 少数の代表者がネットワークを制御すると、集中化のリスクが生じます。
- モラルハザードが表れているため、通貨保有者は自らの権力を乱用しないと信じる必要がある。
4. 実用的なビザンチンフォールトトレランス (PBFT)
- 動作原理: メッセージ パッシング アルゴリズムに基づいて、各ノードはトランザクションを確認するために合意に達する必要があり、ノード総数の 3 分の 1 を超えない限り、悪意のあるノードの存在を許容できます。
- 利点:
- 特にノード数が限られている場合に効率的です。
- ビザンチン障害を処理できます。つまり、ノードはエラー メッセージを送信したり、応答を拒否したりできます。
- 短所:
- ノード数が増えるとパフォーマンスが低下するため、大規模な分散ネットワークには適していません。
- すべてのノードは事前に知る必要があるため、完全にオープンなパブリック チェーン環境には適していません。
5. ビザンチンフォールトトレランス (BFT)
- 仕組み: PBFT に似ていますが、パフォーマンスと効率を最適化する HotStuff や Tendermint などの複数のバリアントを備えています。
- 利点:
- 迅速なトランザクション確認と高可用性。
- クラッシュすることなく悪意のある動作を許容できます。
- 短所:
- また、ノードの数にも制限があるため、大規模な分散ネットワークには適していません。
- ノードのセットを予測する必要があるため、パブリック チェーンでの適用が制限されます。
6. ランダム化されたコンセンサス
- 動作原理: コンセンサスプロセスに参加するノードをランダムに選択することで、分散化とセキュリティが向上します。
- 利点:
- 集中化のリスクを軽減します。
- ネットワークセキュリティの強化。
- 短所:
- 実装は複雑なので、追加の遅延が発生する可能性があります。
- 「ランダム性攻撃」など、ランダム性が攻撃される可能性があります。
7. プルーフ・オブ・スペース、PoSpace または PoC
- 動作原理: ノードは、PoW と似ていますが、コンピューティング能力の代わりにストレージ スペースを使用し、ハードディスク スペースを担保として提供することでコンセンサスに参加します。
- 利点:
- 大量の電力を必要としないため、環境に優しいです。
- 参入障壁が低くなり、ハードドライブは専用のマイニング機器よりも簡単に入手できます。
- 短所:
- テクノロジーの成熟度が低く、セキュリティ上の脆弱性が存在する可能性があります。
- テクノロジーが進歩するにつれてハードドライブのコストが下がり、集中化のリスクが生じる可能性があります。
8. 時間の証明、PoTime
- 仕組み: 通常、ノードが特定の期間アクティブな状態を維持できるようにするために、PoS または PoC と組み合わせて使用されます。
- 利点:
- 公平性と安全性が向上します。
- ノードが突然オフラインになったり不正行為をしたりするのを防ぎます。
- 短所:
- 実装と検証のメカニズムは複雑であり、新たな攻撃対象領域が発生する可能性があります。
以下に、いくつかのよく知られたパブリック チェーンと、それらが使用するコンセンサス アルゴリズムを示します。
1.ビットコイン
- コンセンサスアルゴリズム: プルーフ・オブ・ワーク (PoW)
2.イーサリアム
- 現在のコンセンサス アルゴリズム: プルーフ オブ ステーク (PoS)、以前はプルーフ オブ ワーク (PoW) を使用していましたが、マージ後、正式に PoS に切り替わりました。
- アップグレード計画: Casper プロトコル。プルーフ・オブ・ステークのメカニズムをさらに改善することを目的としています。
3.カルダノ（ADA）
- コンセンサス アルゴリズム: ウロボロス、プルーフ オブ ステーク (PoS) のバリエーション。
4.ポルカドット（DOT）
- コンセンサスアルゴリズム：指名されたプルーフオブステーク（NPoS）、委任されたプルーフオブステーク（DPoS）の変形。
5.アルゴランド
- コンセンサス アルゴリズム: Pure Proof of Stake (PPoS)。ビザンチン フォールト トレランス (BFT) メカニズムと組み合わせた Proof of Stake (PoS) の変形です。
6.コスモス（ATOM）
- コンセンサスアルゴリズム: Tendermint Core、Byzantine Fault Tolerance (BFT) に基づく Proof of Stake (PoS)。
7.テゾス（XTZ）
- コンセンサス アルゴリズム: 形式的検証を重視した形式化されたプルーフ オブ ステーク (FPoS)、プルーフ オブ ステーク (PoS) の変形。
8.エオス
- コンセンサスアルゴリズム: Delegated Proof of Stake (DPoS)、認可された資本証明の実装。
9.ネオ
- コンセンサス アルゴリズム: Delegated Byzantine Fault Tolerance (dBFT)、Byzantine Fault Tolerance (BFT) に基づくバリアント。
10.ステラ（XLM）
- **共识算法**：Federated Byzantine Agreement System（FBAS），一种拜占庭容错（BFT）的变体，旨在提供更高效的共识。
11.トロン（TRX）
- **共识算法**：Delegated Proof of Stake（DPoS），与EOS类似。
12.ソラナ
- **共识算法**：History Proof of Stake（HPoS），结合了权益证明（PoS）和时间证明（Proof of History，PoH）。
13.雪崩
- **共识算法**：Snowball+，一种新颖的拜占庭容错（BFT）变体。
14.バイナンススマートチェーン（BSC）
- **共识算法**：Delegated Proof of Stake（DPoS），与EOS和Tron相似。
15.ニア・プロトコル
- **共识算法**：Nightshade，一种权益证明（PoS）的变体，结合了分片技术。
一部のパブリック チェーンは、テクノロジーやネットワーク ニーズの変化に適応するために、時間の経過とともにコンセンサス アルゴリズムを変更することは注目に値します。たとえば、イーサリアムはプルーフ オブ ワーク (PoW) からプルーフ オブ ステーク (PoS) に移行しました。同時に、新しいパブリック チェーンとコンセンサス アルゴリズムが出現し続け、ブロックチェーン テクノロジーの限界を押し広げています。