Proof-of-authority（PoA）初心者ガイド

多くのブロックチェーンは、PoW（プルーフ・オブ・ワーク）やPoS（プルーフ・オブ・ステーク）といった、実績のあるコンセンサスアルゴリズムを採用していますが、近年はこれらに代わる新たな仕組みも登場しています。仮想通貨の専門家は、こうした代替アルゴリズムによって、ネットワーク負荷の増加によるパフォーマンス低下など、ブロックチェーンが抱える課題の解決が期待できると考えています。

Proof-of-authority（PoA）は、Ethereum共同創設者のGavin Wood氏が2017年に提案したコンセンサスアルゴリズムです。エネルギー消費の大きいPoWからの脱却やPoSで明らかになったスケーラビリティの課題を受けて考案されました。Wood氏によれば、PoAはクローズドなプライベートネットワークに特に有効なソリューションとされています。

PoA: A brief guide

Proof-of-authorityは、評判（レピュテーション）を基盤としたコンセンサスメカニズムで、プライベート（許可型）ブロックチェーンに最適です。

ブロックチェーンにはパブリック型とプライベート型がありますが、どちらも基本技術は同じで、異なるのはアクセス権です。パブリックチェーンは、適切な機材さえあれば誰でもマイナーやバリデーターとして参加できますが、プライベートチェーンはそうではありません。プライベートチェーンはクローズドなネットワークで、すべてのノードが識別され、権限を持つユーザーのみが利用できます。こうしたネットワークは、信頼性の高いデータベースを必要とする企業で多く利用されています。

PoWチェーンと異なり、PoAネットワークに参加するために高性能なコンピュータを購入する必要はありません。PoAネットワークに必要なのは「評判」です。

プライベートなPoAブロックチェーンでは、マイニングやステーキングは行われません。新しいブロックは、認定されたノードの大半が署名することでチェーンに追加されます。

認定ノードになるには、優れた評判を証明し、ブロックチェーンの発展に貢献する意思を示すなど、一定の条件を満たす必要があります。たとえば、特定の地理的条件やPoAチェーン運営企業との関連性など、さまざまな条件が設定される場合があります。

各バリデーター候補（PoAネットワークでは「ネットワークモデレーター」とも呼ばれます）の身元は、中央管理者によって厳格に確認・承認されます。そのため、このタイプのネットワークは分散化の要件を満たしませんが、多くの企業にとっては理想的なブロックチェーンモデルとなります。

PoAネットワークの各ノードには、その評判を示すIDが割り当てられています。ノードの評判が高いほど、バリデーターになれる可能性も高くなります。

• ネットワークモデレーターは、身元を確認済みの個人ユーザーです。
   
•   To become a moderator, you must confirm your credentials and contribute some assets to fund the blockchain's development.   You must also prove professional suitability and ability to deploy a productive node.   All actions carried out by validators are recorded in the reputation system.

バリデーターは選抜制のため、すべてのノードがネットワークで定められた統一基準を満たす必要があります。ノードの要件は厳しく、参加できる数も限られます。この仕組みのメリットは、スケーラビリティ問題の解決につながる点です。

一方で、こうしたネットワークの組織構造は分散化から大きく逸脱しており、これはブロックチェーンの根本原則のひとつに反します。そのため、PoAはプライベートネットワークや高い中央集権性が求められるネットワークに適しています。

実際、proof-of-authorityは物流やサプライチェーン管理での活用実績があり、Microsoft Azureプラットフォームでもこのアルゴリズムが採用されています。これにより、ネイティブトークンやマイニングを必要としないプライベートブロックチェーンの運用が容易になります。

Key advantages of the PoA algorithm

• Simplifying the validation process．PoAネットワークは少数のバリデーターで十分に運用可能です。また、マイニングやステーキングが不要なため、大規模な計算能力や高価な機材、電力コストを抑えることができます。
   
• Energy efficiency．このブロックチェーン方式は、他のコンセンサスアルゴリズムと比べてエネルギー消費が少ないのが特徴です。
   
• Reduction in the risk of blockchain attacks．ネットワークモデレーターは厳格な審査を経て権限が付与されるため、信頼性が高く、不正な攻撃が行われるリスクが大幅に低減します。
   
• High network speeds．PoAチェーンでは、新しいブロックが約5秒ごとに生成可能です。

Disadvantages of proof-of-authority 

• Network centralization: 多くの仮想通貨にとって、評判に基づく少数の認証済みモデレーターのみでネットワークを運用することや、マイニング・ステーキングを行わない仕組みは現実的ではありません。
   
• Lack of anonymity: ネットワークモデレーターの身元は公開されており、不正防止には有効ですが、その分ハッカーなどから標的にされるリスクもあります。
   
• Potential for abuse of power: 評判が高くても、モデレーターが不正行為を行わない保証はありません。場合によっては、自らの評判を犠牲にしてネットワークに損害を与える可能性もあります。最終的には、その行為による利益があるかどうかに左右されます。

Where is PoA most applicable?

ブロックチェーン技術は日々進化しており、多くの企業がそのメリットを実感し始めています。

Proof-of-authorityは、セキュリティやプライバシーを重視し、ユーザーや権限の明確な管理、迅速な取引処理が求められる業界に最適なソリューションです。

たとえば、サプライチェーン管理では、物流企業や金融機関、サプライヤーなどからネットワークモデレーターを選出し、各部門ごとに権限や透明性レベルを設定できます。これにより、在庫管理から請求処理まで、ビジネスプロセス全体の最適化が可能です。

また、PoAはサイドチェーンやテストネットにも活用でき、本番環境に移行する前に新しいシステムを安全に検証できるコントロール環境を構築できます。

Conclusion

PoAコンセンサスアルゴリズムは、分散性や匿名性、不変性といった従来型ブロックチェーンの強みを一部持ちませんが、その一方で高いパフォーマンスや低コスト、法的安全性の確保といったメリットがあり、プライベートネットワークにとっては非常に有用です。

PoAは、従来の組織構造や階層を維持しつつ、ブロックチェーン技術の利点を享受したい企業に最適な選択肢です。