コンセンサスアルゴリズムとは？ブロックチェーンの合意プロセスを解説

「ブロックチェーンはどのような仕組みで動いているのだろう」
「コインごとにブロック生成プロセスは違う？」

暗号資産を評価する上でコンセンサスアルゴリズムを理解することは非常に重要です。アルゴリズムは暗号資産のユーザビリティだけでなく、市場価値にまで影響を及ぼします。

本記事ではコンセンサスアルゴリズムの概要や役割、種類について分かりやすく解説します。皆様がブロックチェーンや暗号資産銘柄を比較する上で、お役に立てる情報となれば幸いです。

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ブロックチェーン技術における合意形成のプロセスを指します。アルゴリズムによって取引の正当性やブロックの追加確認を実施し、ブロックチェーンの信頼性と透明性を維持します。

代表的なコンセンサスアルゴリズムは「プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work：PoW）」です。暗号資産（チェーン）ごとに異なるコンセンサスアルゴリズムが採用されています。

コンセンサスアルゴリズムの役割

合意形成とブロック追加
データの一貫性の確保
セキュリティの強化
二重支払いの防止
ネットワークの分散性の維持

コンセンサスアルゴリズムはブロックチェーン技術のルールともいえるものです。それぞれチェーンごとにコンセンサスアルゴリズムに違いがあります。ここではコンセンサスアルゴリズムの一般的役割について解説します。

合意形成とブロック追加

ネットワークの参加者間で取引の正当性やブロックの追加に関する合意を形成します。

データの一貫性の確保

全てのノードが同じデータを持つことを保証し、ネットワークの一貫性を維持します。

セキュリティの強化

不正な取引や攻撃を検出し、ブロックチェーンの信頼性を確保します。

二重支払いの防止

同じ取引が二度承認されないようにすることで、二重支払いを防ぎます。

ネットワークの分散性の維持

中央集権的な管理者を持たないシステムでの合意形成を可能にします。

コンセンサスアルゴリズムは暗号資産の種類ごとに設定

各暗号資産は独自の目的や特性を持ち、それに合わせて最適なコンセンサスアルゴリズムを採用しています。ビットコインはセキュリティと分散性を優先し「PoW」を採用しています。一方で、エネルギー効率を重視する暗号資産は「プルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake：PoS）」のようなアルゴリズムを選択しています。

また、開発者やコミュニティの哲学もアルゴリズムの選択に影響を与えます。セキュリティ、コスト、Web3プロジェクトへの親和性などの要因が組み合わさり、コンセンサスアルゴリズムは決定されます。

コンセンサスアルゴリズムの変更

コンセンサスアルゴリズムは一度設定した後も変更される可能性があります。実際に暗号資産市場で第二位の規模を誇るイーサリアムもコンセンサスアルゴリズムを変更しています。

イーサリアムは当初「PoW」を採用していましたが、エネルギー消費の問題解決やスケーラビリティの向上を目指して、「PoS」への移行を進めました。この変更は「Ethereum 2.0」として知られ、ガス代の低減も期待されています。

コンセンサスアルゴリズムの種類

ここでは実際に各ネットワークが採用するコンセンサスアルゴリズムを具体的に挙げて解説していきます。それぞれのコンセンサスアルゴリズムの特徴やメリット、デメリットを分かりやすく整理しました。詳しく見ていきましょう。

Proof of Work (PoW)

項目	Proof of Work (PoW)
概要	参加者が複雑な計算問題を解くことで、ブロックを生成・確認する方法。
速度	比較的遅い。ビットコインの場合、約10分に1ブロック。
コスト	高い。大量の計算能力と電力が必要。
メリット	セキュリティが高い。
デメリット	エネルギー消費が大きい。スケーラビリティに課題がある。
採用チェーン	BTC、BCH、LTC

PoWは参加者が計算問題を解くことでブロックを生成・確認する方法です。このアルゴリズムはセキュリティが高い一方、ネットワーク維持に大量のエネルギーコストがかかり、トランザクションの処理速度は比較的遅いです。

Proof of Stake (PoS)

項目	Proof of Stake (PoS)
概要	ブロックの生成・確認は資産保有量/保有期間に基づいて選定された参加者（ノード）によって行われる。
速度	PoWに比べて高速。具体的な速度は実装による。
コスト	低い。大量の計算能力や電力は不要。
メリット	エネルギー効率が良い。集中化のリスクが低減する。
デメリット	大量の資産保有者が有利。
採用チェーン	ETH、ADA、DOT

ブロックの生成やトランザクションを検証する参加者（ノード）は、保有する暗号資産の量や保有期間、その他ランダムな要素に基づいて選ばれます。PoSのメリットとして、PoWと比較して大幅にエネルギー消費が少ないことが挙げられます。

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Delegated Proof of Stake (DPoS)

項目	詳細
概要	暗号資産保有者が特定の代表者（デリゲート）を選出し、デリゲートがブロックの生成・確認を行う方法。
速度	高速。少数のデリゲートがトランザクションの確認を行うため、迅速な処理が可能。
コスト	低い。集中的な計算はデリゲートのみが行うため、全体のエネルギー消費は抑えられる。
メリット	高速なトランザクション処理。エネルギー効率が良い。
デメリット	中央集権化のリスク。少数のデリゲートがネットワークのコントロールを握る可能性がある。
採用チェーン	BTS、LSK

DPoSでは暗号資産の保有者が投票によって特定の代表者（デリゲートやウィットネスとも呼ばれる）を選出します。選出されたデリゲートがブロックの生成やトランザクションの確認を行うため、トランザクションの処理速度は非常に高速です。

Proof of Authority (PoA)

項目	詳細
概要	信頼された特定の権威者がブロックの生成・確認を行う方法。
速度	高速。信頼された権威者がトランザクションの確認を行うため、迅速な処理が可能。
コスト	低い。大量の計算やエネルギー消費は不要。
メリット	高速なトランザクション処理。エネルギー効率が良い。信頼性が高い。
デメリット	中央集権化のリスク。権威者の選定や管理が課題。
採用チェーン	VET、POA Network

PoAでは特定の信頼された権威者がブロックの生成やトランザクションの確認を行います。トランザクションの処理速度は非常に高速で、大量の計算リソースやエネルギーを消費することなくネットワークを維持できます。

Proof of Burn (PoB)

項目	詳細
概要	参加者が一定の暗号資産を「バーン」（無効化する）ことで、新しいブロックの生成権を得る方法。
速度	中速。PoWに比べて高速な場合もあるが、具体的な速度は実装による。
コスト	中〜高。暗号資産を燃やすことで損失が発生する。
メリット	エネルギー効率が良い。長期的なコミットメントを奨励する。
デメリット	暗号資産の燃焼による損失。参加者に不利益が生じる可能性あり。
採用チェーン	SLM、XCP（一時的使用）

PoBは参加者が一定の暗号資産を意図的に「バーン、燃やす」（無効化する）ことで、新しいブロックの生成権やトランザクションの確認権を得る方法です。しかし、暗号資産を燃やすことでの実際の損失が生じる可能性などのデメリットも考慮する必要があります。

Proof of Space (PoSpace) or Proof of Capacity (PoC)

項目	詳細
概要	参加者がディスクスペースを提供することで、新しいブロックの生成権を得る方法。
速度	中速。具体的な速度は実装や使用されるディスクスペースによる。
コスト	中。大量のディスクスペースが必要だが、エネルギーコストは低い。
メリット	エネルギー効率が良い。大量の計算能力が不要。
デメリット	大量のストレージスペースが必要。長期的なディスク使用による摩耗リスク。
採用チェーン	FIL、XCH、SIGNA

PoSpaceまたは PoCは参加者がディスクスペースを提供することで、新しいブロックの生成権やトランザクションの確認権を得る方法です※1。大量のディスクスペースが必要となるため、ストレージのコストや長期的な使用による摩耗リスクを考慮する必要があります。

※1 PoSpaceやPoCは使用するディスクの期間（時間）にフォーカスしてProof of SpaceTime (PoST)と定義されることもあります。

関連記事：「ファイルコイン (FIL)は有価証券？暗号資産の新たな局面を解説」

Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)

項目	詳細
概要	ネットワーク内の多数のノードが合意を形成することで、不正なトランザクションやノードを排除する方法。
速度	高速。トランザクションの確認に多数の合意が必要だが、計算量は少ない。
コスト	中〜低。大量の計算能力やエネルギーは不要。
メリット	攻撃耐性が高い。不正なノードの影響を受けにくい。
デメリット	ネットワークのスケーラビリティに課題。ネットワークの規模によっては遅延が生じる可能性がある。
採用チェーン	XLM

PBFTはネットワーク内の多数のノードが合意を形成することで、不正なトランザクションやノードを排除する方法です。このアルゴリズムはByzantine Faultと呼ばれる不正なノードの存在を前提とし、それに対して耐性を持つよう設計されています。PBFTは、高い攻撃耐性を持ち、不正なノードの影響を受けにくいという特徴があります。

Proof of Activity (PoAct)

項目	詳細
概要	Proof of WorkとProof of Stakeを組み合わせたアルゴリズム。
速度	中速。PoWとPoSの特性を併せ持つため、速度はこれらの中間となる。
コスト	中。PoWの計算コストとPoSのステーキングコストが発生する。
メリット	PoWのセキュリティとPoSのエネルギー効率を併せ持つ。
デメリット	二つのアルゴリズムの複雑さを持つため、実装や管理が難しい。
採用チェーン	DCR

PoActはPoWとPoSの特性を組み合わせた方法です。新しいブロックの採掘はPoWに基づき行われ、採掘されたブロックに対する報酬分配はPoSのメカニズムを用いて行われます。PoWのセキュリティの強さとPoSのエネルギー効率の良さを併せ持つことができます。

Proof of History (PoH)

項目	詳細
概要	トランザクションやイベントの時間的な順序を暗号的に記録・証明する技術。
速度	高速。トランザクションの順序やタイミングを迅速に確認できる。
コスト	低〜中。計算コストは比較的低いが、時系列データの保存にはストレージが必要。
メリット	トランザクションの順序やタイミングの不正を防ぐ。高速なトランザクション確認が可能。
デメリット	実装の複雑さ。時系列データの正確さを維持するための追加のメカニズムが必要。
採用チェーン	SOL

最初に説明すると、PoHは今まで解説してきたブロックを生成するプロセスとしてのアルゴリズムではありません。PoH はトランザクションやイベントの時間的な順序を暗号的に記録・証明する技術です。

PoHはハッシュ関数を利用して、トランザクションの時間的な順序を確定し、それを暗号的に証明します。トランザクションの順序やタイミングの不正を防ぐことができ、高速なトランザクションの確認が可能となります。

SolanaのブロックチェーンではPoH技術を基盤として、タワーBFTコンセンサス※2によるPoSを採用しています。この組み合わせにより、Solanaは高速かつセキュアなトランザクション処理を実現しています。

※2 通信のオーバーヘッドとレイテンシを削減するメカニズムです。

まとめ

コンセンサスアルゴリズムはブロックチェーンを成り立たせるコアとなる技術です。チェーンごとに様々なタイプのアルゴリズムが設定され、ネイティブトークン自体のユーザビリティから市場価値にまで影響を与えます。コンセンサスアルゴリズムを理解することは暗号資産の将来性を評価する上でも非常に重要です。

以上、コンセンサスアルゴリズムの概要や役割、具体的な種類について解説させて頂きました。皆様がさまざまな暗号資産、ブロックチェーンを評価する上でお役に立てる情報となれば幸いです。