なるほど!をお届けする仮想通貨情報メディア

  • BTCBTC

    631,669円

  • ETHETH

    19,811円

  • ETCETC

    848.92円

  • LTCLTC

    4,756.0円

  • BCHBCH

    43,174円

  • XRPXRP

    57.360円

  • LSKLSK

    244.53円

  • XEMXEM

    10.470円

コンセンサスアルゴリズムとは。4種類の承認方式(PoW,PoS,PoI,PoC)を解説します。

仮想通貨には専門的な用語が多く理解をするのは難しいという方が多いのではないでしょうか。仮想通貨のことを調べていると、「ブロックチェーン」「マイニング」「スマートコントラクト」など聞きなれない用語が次々と出てくると思います。今回は「コンセンサスアルゴリズム」についてご紹介いたします。コンセンサスアルゴリズムは仮想通貨にとっても重要なシステムなので、しっかり理解しておきましょう。この記事でわかりやすく解説しますのでぜひとも読んでみてください。

コンセンサスアルゴリズムとは

仮想通貨の中核となる技術にブロックチェーンがあります。ブロックチェーンは中央管理者が存在しない非中央集権的な技術です。ネットワークに参加した人たちがお互いを監視することで不正や改ざんを防いでいます。

今このときにも世界中の人々が仮想通貨を送金しているので、ブロックチェーンに取引履歴がどんどん記録されていきます。ブロックチェーンに取引履歴を記録するときには、正しい記録でなくてはいけません。誰かが不正を行ったり改ざんをしていないかを確認して承認する必要があります。コンセンサスアルゴリズムとは、この承認作業を誰に任せるかを決める方式のことです。

ちなみにこの承認を行う作業のことをマイニングと呼んでおり、その承認作業を行う人をマイナーと呼んでいます。マイニングについてはこちらの記事をどうぞ。

仮想通貨マイニングの仕組みを一挙解説!

コンセンサスアルゴリズムを簡単に言うと、取引履歴の整合性を確認するノード(端末)を決める方式のことです。コンセンサスアルゴリズムにもいくつか種類がありますが、今回は代表的な4つのコンセンサスアルゴリズムをご紹介します。

コンセンサスアルゴリズムの種類とメリットデメリット

PoW(Proof of Work:プルーフオブワーク)

直訳すると仕事による証明という意味です。PoWは、ネットワークに参加しているノードの計算能力を競わせて、膨大な計算処理を行うなかで一番最初に解を見つけたノードが報酬を受け取れる方式です。

仮想通貨のなかでは一番知られているビットコインに採用されている方式なので、みなさんのなかでご存知の方もいるのではないでしょうか。このPoWは、ビザンチン将軍問題という合意形成問題を解決する初めてのシステムとして注目されました。ビザンチン将軍問題についてはこちらの記事をどうぞ。

PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)について

PoWを採用している主な仮想通貨に

  • ビットコイン(BTC)
  • ビットコインキャッシュ(BCH)
  • ライトコイン(LTC)

などがあります。

メリット

取引履歴の改ざんに強い

PoWを採用しているネットワークには世界中から多くのノードが参加しています。ネットワークに参加するノードが増えていくたびにそのネットワークのセキュリティレベルは上がり安全性が高められる仕組みとなっています。改ざんを行うためには膨大な計算能力を保有していなければならないので、実質不正や改ざんを行うことはできないようになっています。

また、PoWで改ざんを行うにはコストが必要です。PoWを採用しているブロックチェーンの改ざんをして通貨を盗み出そうとするよりもマイニングに参加して報酬を得るほうがコストパフォーマンスに優れているというインセンティブが働いているので、結果として改ざんを防いでいます。

デメリット

51%攻撃に弱い

PoWは改ざんに強いと述べましたが、多くの計算能力を保有するノードが現れるとたちまち危険な状況になります。51%攻撃とは、そのネットワークの51%以上の計算能力を保有することでそのネットワークを掌握できるようになり不正な取引を行うことです。ビットコインやイーサリアムはすでにネットワークに参加しているノードが多く、51%攻撃で改ざんされることはほぼありません。しかし、実際にPoWを採用しているブロックチェーンが改ざんされて、不正に仮想通貨が盗まれる事件が起きています。この事件で100%安全と思われていたブロックチェーンの脆弱性が露呈され、大きな騒動が起きました。

電気代が多くかかってしまいエコでない

PoWでマイニングを行うには大量の電力を必要とします。ネットワークに参加するためには、この電気コストがネックとなり参加するための敷居をあげています。しかし、この電気コストによって攻撃者から攻撃されるのを守っているという面もあり意見がわかれています。

PoS(Proof of Stake:プルーフオブステーク)

直訳すると掛け金による証明という意味です。この場合には掛け金ではなく資産という意味合いになります。PoSは、ランダム要素とコインの保有量または保有期間の様々な組み合わせによって承認者を選び、その承認者が報酬を受け取る方式です。PoSではマイニングのことを鋳造(フォージング)とよんでいます。

このPoSはPoWの課題であった51%攻撃や電気コストを解決するために設計されたコンセンサスアルゴリズムとなっています。

PoSを採用している主な通貨は

  • イーサリアム(ETH)
  • カルダノ(ADA)
  • ネオ(NEO)

などがあります。

メリット

51%攻撃に耐性をもっている

PoWを採用している仮想通貨に51%攻撃を仕掛けるには、膨大な計算能力を保有しなければならないと述べました。PoSを採用している仮想通貨には、総発行枚数の51%以上を保有していなければ51%攻撃はできない仕組みになっています。半数以上の通貨を保有するのはPoWで51%攻撃をするよりもコストがかかるとされています。また自分自身が多く保有している通貨に攻撃を仕掛けることになるので、通貨の価値を下げてしまうのは攻撃者にとってデメリットしかありません。このことからPoSは51%攻撃をさせづらい状況を作っていることがわかります。

電気コストがかからない

PoWでマイニングをするにはコンピューターを常に起動しておき計算作業をさせておくので非常に電力コストがかかります。しかし、PoSはウォレットに通貨を保有しているだけなので圧倒的にエコといえます。

デメリット

Nothing at Stake問題

PoSは、PoWと比べてコストがかからずエコなことがメリットでありました。PoWはマイニングを行うためにはマイニングリグや電気代などの初期費用が必要です。さらに無効になったチェーンを採掘していくのは、コストを考えるとあまりやりたくありません。これはPoWの仕組み上、正しいチェーンをマイニングした参加者にしか報酬が与えられないからです。これによってPoWでは正しいチェーンをマイニングするインセンティブが働いていることになり、不正な取引を防いでいます。

PoSは複数のチェーンを採掘したときでもほとんどコストがかからないことが、攻撃者にとって容易に悪用できるきっかけを与えていることが問題視されています。これをNothing at Stake問題とよびます。

イーサリアムはもともとPoWを採用した仮想通貨でしたが、Casperという技術によってPoSに移行します。Casperは、無効なチェーンをマイニングしていたり不穏な動きをしているノードに罰金を与え保有しているETHから徴収する仕組みです。これによってNothing at Stake問題を解決したと主張しています。

流動性が低い

PoSは通貨を保有していれば報酬をもらえることができます。なので保有し続ける人が増えると誰も使わなくなってしまい流動性が下がってしまいます。流動性が下がると通貨の価格も安定しませんし、好きな価格で売買もできなくなります。

PoI(Proof of Importance:プルーフオブインポータント)

PoIは重要度の証明を意味しています。通貨の保有量、保有期間、送金量、送金頻度などによって重要度スコアがつけられ、重要度スコアが高い人ほど承認者に選ばれる確率が高くなります。PoWではマイニング、PoSではフォージング、PoIではハーベスティングとよばれています。このコンセンサスアルゴリズムを採用しているのはネム(XEM)だけです。

メリット

システムによって流動性が高められている

PoSを採用している仮想通貨は流動性が低いことが課題となっていましたが、PoIは送金量や送金頻度にもスコアが与えられ報酬を受け取るのに優位になるシステムとなっています。ネムのエコシステムが活発になればさらに流動性が高まっていきます。 

デメリット

流動性の問題は根本的に解決できていない

いくら送金頻度や送金量が重要度スコアに反映されようにも、ハーベスティングは通貨を保有しているだけで報酬を受け取れるので流動性の問題を根本的に解決できていません。結局のところ最初に多く通貨を買っている人がさらに富む仕組みになっています。

PoC(Proof of Consensus:プルーフオブコンセンサス)

直訳すると合意による証明です。これまでのコンセンサスアルゴリズムは世界中に存在するノードに一回一回権限を与えて承認してもらう分散型でしたが、PoCは特定のノードに権限を与えて承認作業を行ってもらう集中型の方式です。PoCを採用している仮想通貨は中央集権型ともいわれるリップル(XRP)だけです。承認者はリップル社から選ばれた信頼できるノードによって決められています。そこには厳しい審査基準がありそれを満たしたものだけが承認者になることができます。

メリット

他のコンセンサスアルゴリズムよりも承認速度が速い

PoWやPoSは不特定多数の承認者を一回一回選ぶ必要があるのですが、PoCはすでに特定の承認者が選ばれて承認作業を行うので、承認速度も速くなります。たとえばビットコインは承認時間に10分程度かかりますが、PoCでは5秒から10秒程度で承認できます。承認時間が早いことは送金時間が早いことにつながります。

デメリット

容易に結託できてしまう

分散型であれば不特定多数によるマイナーが結託するのはまず困難といえます。

しかし集中型であればリップル社が信頼できるノードを承認者にしたとしても、承認者自体の数が少なく容易に結託することができるので改ざんや不正を簡単に行うことができます。

リップル社は対策として承認者をどんどん増やすことで、承認者の権力を分散させて分散型に近づこうとしています。

コンセンサスアルゴリズムまとめ

  • コンセンサスアルゴリズムは取引履歴の整合性を確認する人を決める方式
  • PoWは、改ざんに強いが51%攻撃に弱く、コストが高い
  • PoSは、PoWのデメリットを補っているがNothing at Stake問題が深刻
  • PoIも、PoSの課題である流動性をクリアしているが、根本的には解決できていない
  • PoCは、中央集権的であるが、特定のノードによって高速で承認することができる

おわりに

いかがでしたでしょうか。コンセンサスアルゴリズムにはいろんな種類がありそれぞれにメリットデメリットが存在します。よくある話で、どのコンセンサスアルゴリズムが優れているのかという話題が挙がりますが、コンセンサスアルゴリズムに優劣はなく目的に沿っていれば良いと考えるのがふさわしいと思います。どのコンセンサスアルゴリズムにも一長一短あり場面によって選択すればいいでしょう。

ご覧いただきありがとうございました。