すべての主要なブロックチェーン合意アルゴリズムの説明(All Major Blockchain Consensus Algorithms Explained)

All Major Blockchain Consensus Algorithms Explained
すべての主要なブロックチェーン合意アルゴリズムの説明

Understanding the Different Types of Blockchain Consensus Mechanisms
さまざまなタイプのブロックチェーンの合意メカニズムを理解する

Credit — Anton　クレジット — アントン

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Apr 2, 2023
２０２３年４月２日

Blockchain technology has taken the world by storm, offering a decentralized and secure way to store and transfer information. It has also revolutionized the way transactions are carried out, and with it comes a wide range of consensus algorithms. Here, consensus algorithms play a critical role in ensuring the integrity of blockchain networks. In this article, we will explore all major types of blockchain consensus algorithms, their meaning, advantages, disadvantages, and why they are essential in blockchain technology.
ブロックチェーン技術は世界を席巻し、情報を保存および転送するための分散型で安全な方法を提供します。また、トランザクションの実行方法にも革命をもたらし、それに伴い幅広い合意アルゴリズムが導入されました。ここで、合意アルゴリズムは、ブロックチェーンネットワークの整合性を確保する上で重要な役割を果たします。この記事では、すべての主要なタイプのブロックチェーン合意アルゴリズム、その意味、長所、短所、およびそれらがブロックチェーン技術に不可欠な理由について説明します。

TLDR; Don’t have time to read through? Here’s a video that can help.
TLDR;　読み進める時間はありませんか?　役立ち得るビデオがこちらにあります。

Blockchain Consensus Algorithms
ブロックチェーンの合意アルゴリズム

Consensus algorithms are a set of rules or protocols that enable nodes in a blockchain network to agree on a shared state of the network. They are used to ensure that all nodes in the network come to a consensus on the validity of transactions and the order in which they are added to the blockchain.
合意アルゴリズムは、ブロックチェーン ネットワーク内のノードがネットワークの共有状態について合意できるようにする一連のルールまたはプロトコルです。これらは、ネットワーク内のすべてのノードがトランザクションの有効性とブロックチェーンに追加される順序について合意に達することを保証するために使用されます。

A consensus algorithm is responsible for maintaining the integrity of the blockchain by ensuring that no single node or group of nodes can manipulate the network.
合意アルゴリズムは、単一のノードまたはノードグループがネットワークを操作できないようにすることで、ブロックチェーンの整合性を維持する責任があります。

Consensus algorithms are critical in blockchain technology for several reasons.
合意アルゴリズムは、いくつかの理由からブロックチェーン技術で重要です。

l  They provide security by preventing malicious actors from taking control of the network, ensuring valid transactions and smooth network operation.
悪意のある攻撃者がネットワークを制御するのを防ぎ、有効なトランザクションとスムーズなネットワーク操作を保証することでセキュリティを提供します。

l  They help achieve decentralization by ensuring all nodes come to a consensus on transaction validity, preventing centralization.
すべてのノードがトランザクションの有効性に関して確実に合意に達し、集中化を防ぐことで分散化の実現に役立ちます。

l  Consensus algorithms promote transparency by making all transactions visible on the blockchain, making it easy to track and prevent fraudulent activities.
合意アルゴリズムは、すべてのトランザクションをブロックチェーン上で可視化することで透明性を促進し、不正行為の追跡と防止を容易にします。

l  They improve efficiency by allowing nodes to quickly agree on transaction validity and add new blocks to the blockchain in a timely manner.
ノードがトランザクションの有効性について迅速に合意し、タイムリーに新しいブロックをブロックチェーンに追加できるようにすることで効率が向上します。

Types of Consensus Algorithms in Blockchain
ブロックチェーンの合意アルゴリズムの種類

Let’s understand all the major consensus algorithms in blockchain, one by one.
ブロックチェーンの主要な合意アルゴリズムをすべて 1 つずつ理解しましょう。

1. Proof of Work (PoW)
1. 仕事の証明 (PoW)

Proof of Work is a consensus algorithm used in many blockchain networks to validate transactions and add new blocks to the chain. PoW was first introduced by Bitcoin’s creator, Satoshi Nakamoto, as a way to secure the network and prevent double-spending.
仕事の証明は、トランザクションを検証し、チェーンに新しいブロックを追加するために多くのブロックチェーン ネットワークで使用される合意アルゴリズムです。 PoW は、ネットワークを保護し、二重支出を防ぐ方法として、ビットコインの創始者であるサトシ・ナカモトによって初めて導入されました。

The PoW algorithm requires miners to solve complex mathematical problems, known as hashes, in order to validate transactions and add new blocks to the chain. The hash function used in PoW algorithms is designed to be computationally difficult to solve, which means that it requires a significant amount of computational power to solve the problem and add a block to the chain. Miners compete with each other to solve the problem, and the first one to solve it is rewarded with newly minted cryptocurrency.
PoW アルゴリズムでは、採掘者はトランザクションを検証し、チェーンに新しいブロックを追加するために、ハッシュとして知られる複雑な数学的問題を解決する必要があります。 PoW アルゴリズムで使用されるハッシュ関数は、電算で解決することが困難になるように設計されています。つまり、問題を解決してチェーンにブロックを追加するには、大量の計算能力が必要になります。採掘者は問題を解決するために互いに競い合い、最初に問題を解決した者には新しく鋳造された暗号通貨が与えられます。

This algorithm’s security comes from the fact that it is difficult to solve the hash problem, which means that it is expensive for an attacker to try to take over the network. The attacker would need to have control over a significant portion of the network’s computational power, known as the hash rate, in order to launch an attack. This is known as a 51% attack, and it is difficult to pull off because it would require a massive amount of resources.
このアルゴリズムの安全性は、ハッシュ問題を解決するのが難しいという事実に基づいています。つまり、攻撃者がネットワークを乗っ取ろうとするとコストが高くなります。攻撃者が攻撃を開始するには、ハッシュ レートとして知られるネットワークの電算能力のかなりの部分を制御する必要があります。これは 51% 攻撃として知られており、大量のリソースが必要となるため、成功させるのは困難です。

Credit — investopedia.com　クレジット - Investopedia.com

One of the criticisms of the PoW algorithm is that it is energy-intensive, as miners need to use a significant amount of computational power to solve the hash problem. This has led to concerns about the environmental impact of blockchain networks that use PoW. However, some argue that energy consumption is necessary to secure the network and prevent attacks.
PoW アルゴリズムに対する批判の 1 つは、採掘者がハッシュ問題を解決するために大量の電算能力を使用する必要があるため、エネルギーを大量に消費するということです。これにより、PoW を使用するブロックチェーン ネットワークが環境に与える影響についての懸念が生じています。ただし、ネットワークを保護し、攻撃を防ぐにはエネルギー消費が必要であると主張する人もいます。

2. Proof of Stake (PoS)
2.掛け金の証明 (PoS)

Proof of Stake is a consensus algorithm used in blockchain networks to validate transactions and add new blocks to the chain. Unlike Proof of Work (PoW), which requires miners to solve complex mathematical problems, PoS relies on validators who hold a certain amount of cryptocurrency to validate transactions and add new blocks to the chain.
Proof of Stakeは、トランザクションを検証し、チェーンに新しいブロックを追加するためにブロックチェーンネットワークで使用される合意アルゴリズムです。鉱山労働者が複雑な数学的問題を解決する必要がある仕事の証明（POW）とは異なり、POSは、トランザクションを検証し、チェーンに新しいブロックを追加するために一定量の暗号通貨を保持しているバリッターに依存しています。

In a PoS network, validators are chosen to add new blocks to the chain based on the amount of cryptocurrency they hold, which is known as their stake. The larger the stake, the greater the chance of being selected to add a block to the chain. Validators are incentivized to act honestly because they risk losing their stake if they validate fraudulent transactions or try to attack the network.
POSネットワークでは、有効なネットワークが選択されており、保有する暗号通貨の量に基づいてチェーンに新しいブロックを追加します。ステークが大きいほど、チェーンにブロックを追加するために選択される可能性が高くなります。バリデーターは、不正な取引を検証したり、ネットワークを攻撃しようとした場合、株式を失うリスクがあるため、正直に行動するように奨励されています。

Credit — investopedia.com　クレジット - Investopedia.com

PoS vs PoW
PoW対PoS

One of the benefits of PoS over PoW is that it is less energy-intensive. PoW requires miners to use significant amounts of computational power to solve complex mathematical problems, while PoS only requires validators to hold cryptocurrency. This makes PoS more environmentally friendly and less costly to operate.
PoW に比べてPoS の恩恵の 1 つは、エネルギー消費量が少ないことです。 PoW では、採掘者は複雑な数学的問題を解決するために大量の電算能力を使用する必要がありますが、PoS では検証者が暗号通貨を保持することのみが必要です。これにより、PoS はより環境に優しくなり、運用コストがより削減されます。

Benefits of PoS
PoSの恩恵

Another benefit of PoS is that it promotes decentralization. In a PoW network, miners with the largest hashrate have more control over the network, which can lead to centralization.
PoSのもう1つの恩恵は、分散化を促進することです。 PoWネットワークでは、最大のハッシュレートを持つ採掘者がネットワークをより詳細に制御できるため、集中化につながる可能性があります。

In a PoS network, validators with the largest stake have more control, but it is difficult for a single validator or group of validators to gain control of the network because they would need to control a significant amount of cryptocurrency.
PoSネットワークでは、最大のステークを持つ検証者がより多くの制御権を持ちますが、大量の暗号通貨を制御する必要があるため、単一の検証者または検証者グループがネットワークの制御を取得することは困難です。

Drawbacks of PoS
PoSの欠点

One potential drawback of PoS is that it can lead to a rich-get-richer situation, where validators with the largest stake continue to earn more cryptocurrency, making it more difficult for smaller validators to participate in the network.
PoSの潜在的な欠点の1つは、大金持ちの検証者がより多くの暗号通貨を獲得し続け、より小さな検証者がネットワークに参加することがより困難になる、金持ちがさらに金持ちになる状況を引き起こす可能性があることです。

However, some PoS networks have implemented mechanisms to address this issue, such as random selection of validators or limiting the amount of cryptocurrency that a single validator can hold.
ただし、一部の PoS ネットワークは、検証者のランダムな選択や、一人の検証者が保持できる暗号通貨の量の制限など、この問題に対処するメカニズムを実装しています。

3. Delegated Proof of Stake (DPoS)
3. 委任された掛け金の証明(DPoS)

Delegated Proof of Stake is a consensus algorithm used in some blockchain networks to validate transactions and add new blocks to the chain. DPoS is a variation of Proof of Stake (PoS) that relies on a smaller group of validators, known as delegates or witnesses, to validate transactions and add new blocks to the chain.
委任された掛け金の証明は、一部のブロックチェーン ネットワークでトランザクションを検証し、チェーンに新しいブロックを追加するために使用される合意アルゴリズムです。 DPoS は掛け金の証明 (PoS) の一種で、代表者または証人として知られる検証者の小グループに依存してトランザクションを検証し、チェーンに新しいブロックを追加します。

In a DPoS network, token holders vote for delegates to represent them in the validation process. The delegates are responsible for validating transactions and adding new blocks to the chain. The delegates are incentivized to act honestly because they risk losing their position and rewards if they validate fraudulent transactions or try to attack the network.
DPoSネットワークでは、トークン所有者は検証プロセスで自分を代表する代表者に投票します。代表者は、トランザクションを検証し、チェーンに新しいブロックを追加する責任があります。代表者は、不正な取引を検証したり、ネットワークを攻撃しようとしたりすると、地位や報酬を失う危険があるため、誠実に行動するよう奨励されます。

Credit — Shiksha Online　クレジット — シクシャオンライン

DPoS vs PoS
DPoS 対 PoS

One of the benefits of DPoS over PoS is that it is more efficient. PoS requires all validators to participate in the validation process, which can lead to inefficiencies if some validators are not online or not actively participating. In DPoS, only the elected delegates participate in the validation process, which makes it faster and more efficient.
PoS に対する DPoS の利点の 1 つは、より効率的であることです。 PoS では、すべてのバリデーターが検証プロセスに参加する必要があるため、一部のバリデーターがオンラインでないか、積極的に参加していない場合、非効率につながる可能性があります。 DPoS では、選出された代表者のみが検証プロセスに参加するため、検証プロセスがより高速かつ効率的になります。

Benefits of DPoS
DPoSの恩恵

Another benefit of DPoS is that it promotes decentralization while still providing fast transaction processing times. In a PoS network, validators with the largest stake have more control over the network, which can lead to centralization.
DPoS のもう 1 つの恩恵は、高速なトランザクション処理時間を提供しながら分散化を促進することです。 PoS ネットワークでは、最大の掛け金を持つ検証者がネットワークをより強力に制御できるため、集中化につながる可能性があります。

In a DPoS network, token holders have a say in who gets to be a delegate, which can lead to a more decentralized network.
DPoS ネットワークでは、誰が代表者になるかについてトークン所有者が発言権を持ち、これによりネットワークがより分散化される可能性があります。