2008 年にピアツーピア（ピアツーピア）電子マネー システムとしてビットコインが作成されて以来、それぞれが特定のメカニズムを備えた他のいくつかの暗号通貨が作成されました。しかし、ほぼすべての企業に共通しているのは、アーキテクチャの中心要素としてブロックチェーン ネットワークを備えていることです。

一部の例外を除き、ブロックチェーン ネットワークは意図的に分散化されるように設計されており、コンピューターに代表されるノードの分散ネットワークによって維持されるデジタル台帳として機能します。このため、ブロックチェーン技術により、仲介者を必要とせずに金融取引が透明で信頼できる経済システムの構築が可能になりました。暗号通貨は、第三者の信頼に大きく依存する従来の銀行システムの代替としての地位を確立することで、ますますスペースを広げています。

ほとんどの分散コンピュータシステムでは、暗号通貨ネットワークの参加者は、定期的に現在のブロックチェーンの状態に同意する必要があります。これをコンセンサスに達することと呼びます。しかし、分散ネットワークで安全かつ信頼できる方法でコンセンサスに達することは、簡単な作業ではありません。

したがって、分散コンピュータネットワークが決定に達するには、いくつかのノードが故障または不誠実に行動する運命にある場合、どのようにしてそれが可能でしょうか？これは、ビザンティン将軍の問題（ビザンティン将軍たちの問題）の根本的な問いであり、ビザンティンフォールトトレランス（BFT）の概念を生み出しました。

ビザンティン将軍の問題とは何ですか？

要約すると、これは1982年に、ビザンティンの将軍のグループが戦争の次の動きに合意するために通信の困難に直面することを示す論理的ジレンマとして考案されました。

このジレンマは、各将軍が自分の軍隊を持ち、各グループが攻撃したい都市の周りの異なる場所に位置していると仮定します。将軍たちはいつ攻撃するか、または後退するかを決定するために合意する必要があります。攻撃する場合でも後退する場合でも、すべての将軍が合意する必要があります。たとえば、戦術を共同で実行するためにコンセンサスに達するためです。

したがって、次の目標を考慮する必要があります： 

• 各将軍は決定する必要があります：攻撃するか後退するか（はいまたはいいえ）；

• 決定を下した後、それを変更することはできません；

• すべての将軍は同じ戦術に合意し、それを同期して実行する必要があります。

前述の通信の問題は、将軍が他の将軍とメッセージを通じてのみ通信できるという事実に関連しています。これらのメッセージは郵便で配達されます。したがって、ビザンティン将軍の問題の中心的な課題は、メッセージが何らかの形で遅延したり、破壊されたり、失われたりする可能性があることです。

さらに、メッセージが成功裏に配信された場合でも、1人以上の将軍が（何らかの理由で）悪意を持って行動したり、他の将軍を混乱させるために詐欺的なメッセージを送信したりする可能性があります。これにより、全体的な災害につながることがあります。

このジレンマをブロックチェーンネットワークの文脈に適用すると、各将軍はネットワーク内のノードを表し、ノードはシステムの現在の状態に関してコンセンサスに達する必要があります。言い換えれば、分散ネットワーク内の大多数の参加者は、一般的な障害を避けるために同じプロセスに同意する必要があります。

しかし、この種の分散システムでコンセンサスに達する唯一の方法は、ネットワーク内のノードの少なくとも⅔以上が信頼できるかつ誠実であることです。これは、ネットワークの大多数が悪意のある行動を取ることを決定した場合、システムは障害や攻撃（51％攻撃など）に脆弱になることを意味します。

ビザンティンフォールトトレランス

簡単に言えば、BFTはシステムがビザンティン将軍の問題によって引き起こされるさまざまな種類の障害に耐える特性です。これは、BFTシステムがネットワークの一部のノードが障害または悪意を持って行動しても、継続して動作し続けることができることを意味します。

ビザンティン将軍の問題を解決する方法はさまざまであり、そのため、BFTシステムを構築するためのさまざまな方法があります。同様に、ブロックチェーンシステムがBFTを正しく機能させるために探求できる多くのアプローチがあります。これにより、私たちは待望のコンセンサスアルゴリズムに導かれます。

ブロックチェーンコンセンサスアルゴリズム

コンセンサスアルゴリズムを、各ブロックチェーンネットワークがその状態に関する合意に達するメカニズムとして定義できます。最も広く知られている実装は、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）とプルーフ・オブ・ステーク（PoS）です。しかし、ビットコインのケースを例として使用しましょう。

ビットコインのプロトコルはシステムの基本ルールを規定していますが、PoWコンセンサスアルゴリズムは、これらのルールがコンセンサスに達するためにどのように遵守されるかを定義します（たとえば、取引の検証と検証中に）。

PoWの概念は暗号通貨において非常に古いですが、サトシ・ナカモトはビットコインをBFTシステムとして創造することを可能にした改良版を開発しました。

PoWアルゴリズムは100％ビザンティン障害に耐えるわけではありませんが、マイニングプロセスのコストが高く、基盤となる暗号技術により、PoWはブロックチェーンネットワークにとって最も安全で信頼できる実装の1つであることが証明されました。この点において、サトシ・ナカモトが開発したPoWコンセンサスアルゴリズムは、多くの人々にとってビザンティン問題の解決策として天才的な解決策と見なされています。

最終考察

ビザンティンの問題は、最終的にBFTシステムを生み出すことになった興味深いジレンマであり、さまざまなシナリオで適用されています。ブロックチェーンの世界に加えて、BFTシステムは航空宇宙産業や原子力発電所でも使用されています。

暗号通貨の文脈では、効率的な通信ネットワークと良好なコンセンサスメカニズムを持つことが、あらゆるブロックチェーンエコシステムにとって重要です。これらのシステムを安全にすることは継続的な努力であり、存在するさまざまなコンセンサスアルゴリズムは、いまだにいくつかの制限（スケーラビリティなど）を超えていません。しかし、PoWとPoSアルゴリズムはBFTシステムとして機能する興味深いアプローチであり、可能な応用は確かに広範囲にわたる革新を刺激します。