コンセンサスアルゴリズムって結局なんのこと?詳しく解説!

暗号通貨を知る

暗号通貨(仮想通貨、暗号資産)の用語には、カタカナで表されるものが多々あります。カタカナのせいか、どれも難しく感じられるかもしれません。ここでは、暗号通貨(仮想通貨、暗号資産)の用語のひとつである、コンセンサスアルゴリズムについてわかりやすく解説します。

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は、暗号通貨(仮想通貨、暗号資産)において重要な鍵を握る技術です。「ブロックチェーンに新しいブロックを追加する際に行われる承認作業」を合意形成(コンセンサス)するための方法(アルゴリズム)を指します。

ブロックチェーンのブロックとは、わかりやすくいうと暗号通貨(仮想通貨、暗号資産)取引記録のかたまり(トランザクション)のことです。
例えば、ビットコインの場合、トランザクションの記録はマイナーによるマイニングによって成り立っています。複数のマイナーが同時に計算を行い、データを検証しトランザクションの処理が行われると、チェーンに新規ブロックが追加され送金が完了します。

このとき、マイナーごとに計算処理の答えが変わってしまうこともめずらしくありません。複数のマイナーの答えが一致しなかったとき、どの答えが正しいのかを選択する必要があります。しかし、ブロックチェーンに参加しているユーザーすべてに「どのマイナーが正しいのか」と聞いてまわることはできません。送金処理のスピードを保つためにも、正しい答えを自動で決めるシステムが必要となります。

そこで生まれたのが、コンセンサスアルゴリズムというシステムです。ビットコインでは、複数のマイナーのなかで、もっとも速く計算を行えたマイナーが正しい、というシステムをつくりました。中央機関を持たず、取引データの検証をユーザー自身が行わなければならないブロックチェーン技術において、重要なシステムだといえます。

コンセンサスアルゴリズムがあることで、複数の情報管理者がいる状況下でも、データの改ざんや不正がなく、正しく取引が承認されるのです。


コンセンサスアルゴリズムの種類

コンセンサスアルゴリズムには、複数の種類があります。具体的にその種類と特徴について見ていきましょう。

プルーフオブワーク(PoW)

プルーフオブワークは、ビットコインをはじめとするさまざまな暗号通貨(仮想通貨、暗号通貨)で使われているアルゴリズムです。ビットコインでは、マイニングを行うマイナーがブロックの追加作業を行います。マイナーたちはコンピューターを使い「すぐには解けない難しい計算問題」に取り組みます。
いち早くその問題を解いたマイナーには、新規ブロックを追加する承認権と、新規コインを受け取る権利が与えられます。「もっとも仕事をした人に権利を与える」のがプルーフオブワークの特徴です。

ビットコインでは、このコンセンサスアルゴリズムによってデータ改ざんのリスクを回避しています。しかし、もっとも仕事をした人に権利が与えられるというシステム上、新規コインを受け取りたいがために多くのマイナーが「我先に、より多く」マイニングを行います。
これにより、マイニングを行うためのコンピューターが数多くつくられ、日々多くの電力が消費されているのです。また、一部のマイナーがマイニングを寡占することによって起こりうる「51%攻撃」のリスクもはらんでいます。

プルーフオブステーク(PoS)

プルーフオブステークは、電力を使用しないコンセンサスアルゴリズムで、ブロックの承認権はコインの保有量によって決められます。
プルーフオブステークは、プルーフオブワークで発生している以下の問題を解消できると注目されています。マイニングの中央集権化、マイナーとホルダーの利害の相違、承認遅延による取引手数料やマイニングによる電力消費量の拡大などです。

しかし、プルーフオブステークにも問題があります。コインの保有量が多ければ多いほど承認権を得られる確率が上がるため、コインが市場に流通しづらくなってしまうのです。
コインの流動性が低下することで、そのコインの価値も下がるかもしれません。また、コインを多く保有できるだけの経済力があるユーザーが有利となり、不平等になりがちです。

プルーフオブインポータンス(PoI)

ネムが採用しているコンセンサスアルゴリズムです。通貨の保有量、取引回数、取引量など複数の指標から重要度スコアを作成し、ブロック生成者を決定する仕組みとなっています。重要度スコアが高ければ高いほど、新規ブロックの承認権を与えられる確率が高くなります。

プルーフオブインポータンスは、プルーフオブステークの問題である流動性の低さを改善したとされています。ただし、経済的な平等性については完全に担保されているわけではありません。

プルーフオブコンセンサス(PoC)

特定の参加者が新規ブロックの承認権を得る、というコンセンサスアルゴリズムです。不特定多数のノードではなく、決まった人だけが承認作業を行えます。

そのため、承認スピードがとても速いという特徴があります。これは、ブロックチェーン技術における非中央集権的な特徴を完全に無視したコンセンサスアルゴリズムといえます。
このコンセンサスアルゴリズムを採用しているのは、中央集権的に運営会社が存在しているXRPです。中央集権的なコンセンサスアルゴリズムのため、承認作業の透明性が低いというデメリットがあります。


代表的なコインのコンセンサスアルゴリズムとその問題点

各コンセンサスアルゴリズムを採用しているコインとその問題点について紹介します。

ビットコインの場合

ビットコインはプルーフオブワークを採用しています。プルーフオブワークの問題点は、電力消費量が大きいことです。現在では、マイニングファームと呼ばれる、マイニングを行うためだけに存在している組織まで生まれてしまいました。
この組織によるマイニングの寡占も大きな問題となっています。一般のマイナーに承認権が与えられず、一部のマイナーたちがマイニングを寡占することで、ビットコインも中央集権的になってしまう可能性があります。

イーサリアムの場合

イーサリアムは、201931日に予定されていたハードフォークが完了しました。これにより、コンセンサスアルゴリズムをプルーフオブワークからプルーフオブステークに移行する手続きが進められていきます。イーサリアムは、もとより将来的なプルーフオブステークへの移行をロードマップで示していました。プルーフオブステークに移行することで、プルーフオブワークが持つ問題点を解決できるでしょう。

XRPの場合

XRPでは、プルーフオブコンセンサスを採用しています。XRPは、運営元のリップル社が多くのコインを保有していることから、中央集権的なコインといわれています。今後XRPが非中央集権化を目指していくなか、中央集権的なコンセンサスアルゴリズムは不安要素となる可能性があります。


コンセンサスアルゴリズムはブロックチェーン技術において大切なもの

コンセンサスアルゴリズムは、中央に管理者を持たないブロックチェーン技術において重要な鍵を握っています。コンセンサスアルゴリズムがあることで、不正のない、安全な取引が行われています。少し難しい技術ですが、「取引データを承認し、新しくブロックをつくるときに必要なもの」と覚えておきましょう。

 

参考:

コンセンサスアルゴリズムとは|Liquid

ブロックチェーンの将来性と応用分野(PDF)|総務省

ブロックチェーン技術のテクノロジーアセスメント(PDF)|東京大学公共政策大学院

5種類のコンセンサスアルゴリズム(POW,POS,POI,POC,DPOS)を紹介します!|finsol