ブロックチェーン コンセンサス アルゴリズムの比較ガイド: PoW と PoS

公開: 2022-08-16

ブロックチェーン技術の分散型分散ネットワークは、破損のないシステムを作成し、より高いセキュリティ、透明性、および不変性を提供します。 しかし、中央機関のないシステムがどのように管理されているか、またはトランザクションに関する決定がどのように検証されているかを自問したことがありますか?

ブロックチェーン技術の最も重要な約束の 1 つは、トラストレスなピアツーピア システムであり、コミュニティがトランザクションが本物かどうかを検証するのに役立ちます。 しかし、それがどのように起こるのか正確に疑問に思ったことはありませんか? ブロックチェーンごとに、ブロックチェーン コンセンサス アルゴリズムと呼ばれるさまざまな方法が使用されます。

コンセンサス プロトコルとも呼ばれるこれらのアルゴリズムは、ネットワークが動作する一連のルールです。 それが興味深いと思われる場合は、包括的なガイドを読んで、ブロックチェーン コンセンサス アルゴリズムとは何か、その目的、機能、および現在使用されている 2 つの最も人気のあるアルゴリズムの違いを発見してください。

ブロックチェーンのしくみ

ブロックチェーンは、改ざんやハッキングが不可能な情報を記録するためのシステムです。 Distributed Ledger Technology (DLT) とも呼ばれるブロックチェーンは、分散化暗号化ハッシュを使用して、デジタル資産の安全で透過的な履歴を作成します。

ブロックチェーンはより複雑なシステム上で実行されますが、どのように機能するかを例えで説明できます。 Google ドキュメントで作成されたドキュメントは、コピーして転送する代わりに、チーム内で共有および配布できます。

Google ドキュメントでは、すべてのチーム メンバーがドキュメントに同時にアクセスできる分散型の配布チェーンを使用しています。 ドキュメントに加えられたすべての変更はリアルタイムで記録され、メンバーがロックアウトされないため透過的です。

ブロックチェーンの各ブロックは、複数のトランザクションを実行します。 ユーザーがブロックチェーンに新しいトランザクションを追加するたびに、トランザクション レコードがすべての参加者台帳に追加されます。

同様に、ユーザーがチェーン内の 1 つのブロックを変更すると、参加しているすべてのコンピューターに変更が加えられたことが明らかになります。 システムを破壊しようとするハッカーは、チェーンのすべての分散バージョンにわたって、チェーン内のすべてのブロックを変更する必要があります。

ブロックチェーンのコンセンサスメカニズムとは?

コンセンサスメカニズムは、優れた中央権限を持たない人々のグループが決定に到達し、合意の遵守を確保するための公式です。 ブロックチェーン コンセンサス アルゴリズムは、ブロックチェーン ネットワーク内のユーザーまたはピアが、ブロックチェーンのリアルタイム状態に関する共通の合意またはコンセンサスに到達するプロセスを指します。

コンセンサス プロトコルにより、ブロックチェーン ネットワークは信頼性を実現し、分散台帳内のセキュリティを保証するだけでなく、異なるノート間の信頼を確立できます。 コンセンサス アルゴリズムは、ブロックチェーン内のすべてのブロックチェーン アプリまたは DApps プロジェクトの不可欠な部分になります。

ブロックチェーン コンセンサス メカニズムは、一般的に次の 3 つのことを担当します。

  • それらは、チェーンの次のブロックが真実の唯一の正しいバージョンであることを保証します。
  • 悪意のある攻撃者が 51% のハッシュ パワーを達成してシステムを乗っ取り、チェーンの分岐に成功するのを防ぎます。
  • 複数のノードを含むネットワークの信頼性を保証します。これは、ネットワークの完全性を確認する最も重要な側面の 1 つです。 コンセンサス メカニズムの最も重要な要素は、ユーザーが同じ暗号通貨を 2 回使用しないようにすることです (二重支出)。

クレジットカード会社やデビットカード会社などの他の金融サービスプロバイダーは、ブロックチェーン会社とは異なり、会社がネットワークを管理しているため、コンセンサスメカニズムを運用していません. クレジットカードを使用するたびに、システムは情報を中央データベースに送信します。 クレジットカードのユーザーは、企業が取引中に自分のデータとそれぞれの注文のプロセスの両方を保護できると信じています。

クレジット カード会社のみがネットワーク全体を管理しているため、取引を取り消したり検閲したりする権利を留保します。 検閲を受ける権利と論争を解決できないことに加えて、ほとんどの中央集権型データベースは、ハッキングや破損のリスクに非常に敏感です.

ブロックチェーンと暗号通貨の時代に入ります。 分散型ネットワーク内で、信頼でき、不変で、追跡可能なピアツーピア トランザクションを実行できるようになりました。 このようなネットワーク内には、確立されたルールを順守するための中央または上位の権限がないため、さまざまな種類のブロックチェーン コンセンサス アルゴリズムにより、ネットワーク内のすべての参加者がルールに同意し、ルールに従ってプレイすることが保証されます。

ブロックチェーン コンセンサス メカニズムの目標

以下は、ブロックチェーン コンセンサス メカニズムの主要な目標の 1 つです。

#1。 統一協定

統一された合意を達成することは、コンセンサス メカニズムの主な目的の 1 つです。 ブロックチェーンの分散ネットワークに組み込まれたプロトコルにより、プロセス中に入力されたすべてのデータが真実かつ正確であり、台帳のステータスが最新の状態に保たれます。 その結果、ユーザーは、必ずしもピアとの信頼関係を構築しなくてもトランザクションを実行できます。

#2。 共通の経済的インセンティブを作成する

ブロックチェーンはそれ自体を規制する信頼できないシステムであるため、すべての参加者の利益を一致させる必要があります。 このような状況では、ブロックチェーン コンセンサス アルゴリズムは、経済的インセンティブを規制しながら、ルールに従う人に報酬を与え、悪者を罰します。

#3。 公平性と公平性

コンセンサス プロトコルは、関心のあるすべてのユーザーが同じ基本を使用してネットワーク内に参加できることを保証します。 その結果、ブロックチェーン システムの分散化とオープンソースの側面が正当化されます。

#4。 障害を取り除く

コンセンサスメカニズム方式は、ブロックチェーンが一貫性があり、信頼性が高く、障害がないことも保証します。つまり、システムは、障害や脅威の場合を含め、常に独立して動作できます。

ブロックチェーン コンセンサス アルゴリズムの種類: プルーフ オブ ワークとプルーフ オブ ステーク

ブロックチェーン エコシステムには多数のコンセンサス アルゴリズムがあり、さらに多くのアルゴリズムがまだ開発中です。 したがって、すべてのユーザーまたは起業家は、さまざまなコンセンサスメカニズムの機能に精通し、不十分なものを特定する方法を知っている必要があります. ブロックチェーン コンセンサス アルゴリズムの基本を学んだ後は、最も一般的な 2 つのコンセンサス方法の長所と短所を発見する時が来ました。

プルーフ オブ ワーク (PoW)プルーフ オブ ステーク (PoS) は、最も広く使用されているブロックチェーン コンセンサス手法です。 どちらも、ピアツーピア トランザクションが検証され、中央機関なしでブロックチェーンの公開分散台帳に追加されるプロセスを規制しています。 PoW と PoS の違いを理解すると、ポートフォリオ内の暗号を簡単に評価できます。

プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とは何ですか?

プルーフ オブ ワーク コンセンサス方式は、電子メール スパムに対処するために 1990 年代初頭に登場しました。 その背後にある考え方は、コンピューターが電子メールを送信する前に、少量の作業を実行する必要があるというものでした。 この作業は、正当な電子メールを 1 つか 2 つ送信する人にとっては些細なことであることが意図されていましたが、大量の電子メールを送信しようとする人にとっては、膨大な量のリソースとコンピューティング パワーが必要でした。 ビットコインの作成者サトシ・ナカモトは、ビットコインのホワイトペーパーにデジタルマネー技術を適用した最初の人物です。

を。 ブロックチェーンの注文

ブロックチェーンが時系列に並べられたトランザクションのグループを表す一連のブロックで構成されていることは既にご存じでしょう。 プルーフ オブ ワーク ベースのブロックチェーンの最初のブロックは、ソフトウェアにハード コードされており、ブロック 0 またはジェネシス ブロックと呼ばれます。 最初のブロックは以前のブロックを参照していませんが、ブロックチェーンに入る他のすべてのブロックは以前のブロックを参照する必要があります。 それぞれが更新された元帳のコピーを持っています。

b. エネルギー使用量

プルーフ オブ ワーク アルゴリズムは、参加者 (仮想通貨マイナー) の中で誰が元帳を調整できるかを決定するために競争を使用します。 マイナーは、ネットワークのルールに従って有効なブロックを提案する資格を得るために、計算エネルギーを使用する必要があります。

ノードと呼ばれるビットコイン ソフトウェアを実行するコンピューターは、トランザクションを検証し、二重支出を防ぎ、提案されたブロックがチェーンに参加するかどうかを判断します。 ビットコインの採掘者は、ハッシングと呼ばれるプロセスを通じて複雑な数学的合計を解くことで、新しいブロックを作成する機会を得るために互いに競争します。 数学的な問題は解くのが難しいですが、ネットワークは正しい解を簡単に検証できます。

c. 参加

PoWコンセンサス方式は、計算能力と暗号を組み合わせてコンセンサスを構築し、ブロックチェーンに記録されたトランザクションを検証します。 ハッシュ プロセスに参加するマイナーは、チェーンに新しいブロックを追加する資格を得るために、数学の問題に対する正しい答えを生成する必要があります。

参加しているマイナーは疑似乱数の文字列を推測し、ブロック内の情報と組み合わせてハッシュ関数コンピューターに渡すと、アルゴリズムによって事前に設定された条件に一致するソリューションを提供する必要があります。

答えが導き出されると、システムは勝利したハッシュをネットワークにブロードキャストして、他のマイナーがその有効性を検証できるようにします。 他のマイナーがハッシュを検証すると、ブロックがブロックチェーンに追加され、成功したマイナーはブロック報酬を介して報酬を受け取ります。

d. 報酬分配

ネットワーク内で有効と認められたブロックをマイニングした人は、通常は新しい暗号通貨であるブロック報酬を受け取ります。 ビットコインのような暗号通貨の場合、ブロックチェーンは、一定数のブロックが作成された後、ブロックの報酬額を体系的に減らして、資金の合計額を有限でデフレ状態に保ちます。

プルーフ オブ ステーク (PoS) とは何ですか?

プルーフ オブ ステーク (PoS) コンセンサス方式は、2012 年に導入された PoW の修正版です。正しいハッシュを作成するために互いに競合するコンピューターにのみ依存するのではなく、PoS コンセンサス プロトコルの目的は、所有権を通じて参加を許可することです。特定の暗号通貨の。 その目的は主に、ブロックチェーンの順序を決定するために PoW の高いエネルギー消費に対処することでした。

PoS アルゴリズムは、事前に決定された一連の要素を使用して、コインの所有者の中からノードを疑似ランダムに選択し、ブロックチェーンに次のブロックを提案します。 検証のためにブロックに署名してブロックチェーンに提案することに加えて、ブロック内のトランザクションの有効性を検証することは、選択されたノードの役割です。

を。 ブロックチェーンの注文

PoW メカニズムと同様に、PoS コンセンサス方式は、時系列に並べられた一連のブロックで構成されます。 PoS ベースのブロックチェーン内の最初のブロックも、ジェネシス ブロック ソフトウェアにハードコーディングされています。 ブロックチェーンに追加される後続のすべてのブロックは、前のブロックを参照し、更新された元帳の完全なコピーを保持する必要があります。 ただし、PoS 方式とは異なり、ブロックを追加するために参加ノードが選択されることを競うことはありません。 その結果、新しいブロックは通常、採掘ではなく鍛造または鋳造されます。

b. エネルギー使用量

PoS ベースのブロックチェーンは、エネルギー効率の高いシステムを使用して、誰が新しいブロックを提案できるかを判断することで有名であり、高いエネルギー消費や計算能力に依存していません。 PoSコンセンサスメカニズムの支持者は、個々のノードが互いに競合するのではなく、新しいブロックを作成するビジネスを割り当てられる環境に優しいメカニズムとしてそれを請求します.

PoW マイニングと PoS マイニングはどちらもエネルギー消費を必要とするため、マイニング ノードとマイニング ノードは可能な限り安価な電力を使用するように動機付けられています。これは、ほとんどの場合、石炭のような温室効果ガスを排出するソースではなく、水力発電、風力、または太陽光などの再生可能資源から得られます。

PoS マイナーは、少量のエネルギーを必要とするアクティブなインターネット ソースのみを必要としますが、一方、PoW マイナーは、ブロックを生成する機会を得るために、特殊なハードウェア (GPU)、マイニング機器、およびその他の高価なデバイスを取得する必要があります。

c. 参加

PoS コンセンサス方式に参加し、チェーンにブロックを追加するために選ばれるチャンスをつかむには、ユーザーは特定のスマート コントラクトで特定の量のブロックチェーンのトークンをステークまたはロックする必要があります。 参加に選ばれる可能性は、賭ける暗号通貨の量によって決まります。

悪意を持って行動したり、定められたルールに違反したりするユーザーは、罰として賭け金を失う可能性があります。 PoS アルゴリズムは、他のいくつかの決定要因を使用して、最も裕福なノードのみを優先することを回避します。その中には、純粋なランダム化またはノードがコインをステーキングした回数が含まれます。

d. 報酬分配

PoW コンセンサス メカニズムと同様に、有効なブロックの提案に成功したユーザーは、ブロックチェーンの暗号通貨を参照して、ブロック報酬を受け取ります。 それにもかかわらず、コインの所有権が選択を決定するため、一部の仮想通貨取引所は、定期的な支払いと引き換えにユーザーに代わってステークを配置することにより、ステーク サービスを提供しています。

PoW vs. PoS: 未来はどこにあるのか?

プルーフ オブ ワークとプルーフ オブ ステークのブロックチェーン コンセンサス アルゴリズムに関する私たちの判断は、同じ目的を達成するのに、どちらも異なる働きをするということです。 ただし、プルーフ オブ ステークは市場ではまだ比較的新しいため、そのうちのどれが完全な勝者であるかを判断するのは不公平かもしれません。

PoW は、Bitcoin や Ethereum などのほとんどのオリジナルのブロックチェーンにおける伝統的なコンセンサス メカニズムです。 ただし、イーサリアムは、新しいコンセンサス方式の可能性を示すために、新しい PoS プロトコルを採用する過程にあります。

PoWコンセンサスメカニズムは時の試練に耐え、ブロックチェーンを保護する方法としての地位を証明しています。 ただし、ネットワークのスケーラビリティに悪影響を及ぼし、トランザクションに悪影響を及ぼしました。 最近では、莫大な計算能力を持つ大規模な集中マイニング組織がマイニングを引き継ぐため、個人がマイニングする機会はほとんどなく、関連するコストが持続不可能になっています.

一方、PoS アルゴリズムはよりエネルギー効率が高く、その下のネットワークはより高いスケーラビリティとより効率的なトランザクションを享受します。 ただし、このメカニズムは、参加者が賭けた暗号通貨のセキュリティを低下させます。

結論

PoS は、PoW メカニズムに固有の欠陥に対処するために登場し、もちろん、エネルギー効率の面で成功しました。 しかし、Ethereum が PoS に引き寄せられている一方で、Bitcoin が PoW に固執していることを考えると、どちらのブロックチェーン コンセンサス アルゴリズムも近い将来に存在する可能性があります。

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