ブロックチェーンコンセンサスとは？
ブロックチェーンコンセンサスメカニズムは、何千ものコンピューターが互いを信頼せずに共有された真実に合意できるアルゴリズムです。見知らぬ人でいっぱいの部屋で、全員が台帳の1つのバージョンに同意しなければならない場面を想像してください — これがこれらのプロトコルが世界中で実現していることです。
なぜこれが重要なのでしょうか？コンセンサスは、すべての暗号通貨と分散型アプリケーションの基盤です。BitcoinのPoWは一部の国と同じくらいのエネルギーを使用し、EthereumのPoSへの移行はエネルギー使用量を99.95%削減しました。コンセンサスの選択がブロックチェーンの速度、セキュリティ、環境への影響を決定します。
📖 詳細分析
例え 1
生徒全員が教師の言葉を独立して書き留める教室を想像してみてください。最後にメモを比較します。大多数が発言内容に同意した場合、そのバージョンが公式記録となります。ブロックチェーンのコンセンサスは次のようなものですが、学生同士がお互いを信頼しておらず、カンニングしようとする人さえいるかもしれません。
例え 2
コンセンサスを中世の町の広報担当者のシステムのように考えてください。Proof of Work では、町の広報担当者が徒競走で競い合い、勝者だけがニュースを発表できます。プルーフ・オブ・ステークでは、最も裕福な国民が順番に行動します。嘘をついた場合、彼らは財産を失います。 PBFT では、発表が行われる前に、すべての評議会メンバーが投票し、少なくとも 3 分の 2 が同意する必要があります。
🎯 シミュレーターのヒント
初心者
Proof of Work と 16 ノードから始めます。 [スタート] を押して、マイナーがブロックを作成するために競争する様子を観察してください。 「Inject Malicious」をクリックして、ネットワークが不正なノードをどのように処理するかを確認してください。
中級者
コンセンサスタイプを切り替えてPoWとPoSを比較します。 PoS ノードのサイズがステークに基づいてどのように変化するかに注目してください。悪意のあるノードを増やして、ネットワークがいつ脆弱になるかを確認します。 「トリガーフォーク」を使用してチェーンの分割を観察します。
上級者
PBFT を試して、3 フェーズの投票プロセス (事前準備、準備、コミット) を観察します。 n/3 と n/2 フォールト トレランス モデルを切り替えます。パレート配分と均等ステーク配分を試して、富の集中がバリデーターの選択にどのような影響を与えるかを確認してください。回復力をテストするために、悪意のある割合をビザンチンの制限近くまで押し上げます。
📚 用語集
🏆 主要人物
Satoshi Nakamoto (2008)
ビットコインとそのプルーフ・オブ・ワークのコンセンサスを作成し、信頼できる第三者なしで二重支出問題を解決
Leslie Lamport (1982)
分散システムの基礎となるビザンチン将軍問題と Paxos コンセンサス アルゴリズムを策定
Vitalik Buterin (2022)
Ethereum を共同設立し、PoW から PoS への移行 (The Merge) を主導し、エネルギー消費を 99.95% 削減
Miguel Castro & Barbara Liskov (1999)
実用的ビザンチンフォールトトレランス (PBFT) を開発し、非同期システムでの BFT を可能にしました
Silvio Micali (2017)
即時ファイナリティを実現する暗号ソート機能を備えたアルゴランドのピュア プルーフ オブ ステークを作成
🎓 学習リソース
- Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System [paper]
分散型デジタル キャッシュの Proof of Work コンセンサスを紹介するオリジナルのビットコイン ホワイトペーパー (2008 年) - Practical Byzantine Fault Tolerance [paper]
非同期システムにおける効率的なビザンチンコンセンサスを可能にする PBFT に関する独創的な論文 (OSDI 1999) - The Byzantine Generals Problem [paper]
欠陥のある参加者または悪意のある参加者がいる場合に合意を形式化する基礎的な文書 (ACM TOPLAS 1982) - Casper the Friendly Finality Gadget [paper]
チェーンベースの PoS と BFT からインスピレーションを得たファイナリティを組み合わせたイーサリアムのプルーフ オブ ステーク ファイナリティ メカニズム (2017) - Ethereum Consensus Specs [article]
PoS コンセンサスメカニズムとマージに関するイーサリアムの公式ドキュメント - Blockchain Consensus Encyclopedia [article]
50 を超えるコンセンサス アルゴリズムのバリアントを比較とともにカバーする包括的なガイド - Bitcoin Developer Guide — Mining [article]
ビットコインのプルーフ・オブ・ワーク・マイニングと難易度調整の技術的詳細 - Cosmos Tendermint BFT Documentation [article]
Cosmos エコシステム ブロックチェーンで使用される BFT コンセンサスのリファレンス実装