プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とプルーフ・オブ・ステーク (PoS)

まとめ

Proof of Work (PoW) と Proof of Stake (PoS) は 2 つの最も一般的なコンセンサス メカニズムであり、主流の暗号通貨は独自のネットワーク セキュリティを確保するためにこれらを使用しています。

ビットコインは、プルーフ・オブ・ワークを使用してトランザクションを検証し、ネットワークのセキュリティを確保します。さらに、作業証明により二重支出の問題を防ぐことができます。ブロックチェーンのセキュリティは、新しいブロックを確認してブロックチェーンを更新する権利を得るためにコンピューティング能力を使用して互いに競争する「マイナー」と呼ばれる参加者によって守られています。成功したマイナーにはネットワークからビットコインが与えられます。 2021 年 12 月の時点で、マイナーはマイニングに成功したビットコイン ブロックごとに 6.25 ビットコインのブロック報酬と取引手数料を受け取ります。

Proof of Work と Proof of Stake の主な違いは、ブロック トランザクション バリデータの選択方法です。 Proof-of-stake は、proof-of-work の最も一般的な代替手段であり、スケーラビリティやエネルギー消費の問題など、proof-of-work の制限を改善するために設計されたコンセンサスメカニズムです。 「バリデーター」と呼ばれるプルーフ・オブ・ステークの参加者は、ブロックを検証する機会を争うために強力なハードウェアデバイスを使用する必要はなく、ブロックチェーンのネイティブ暗号通貨をステーク（ロック）するだけで済みます。次にネットワークは、賭けられた暗号通貨の量に基づいて勝者を選択し、検証したブロックからの取引手数料の割合を勝者に報酬として与えます。ステーキングされるトークンが多ければ多いほど、バリデーターになる可能性が高くなります。

導入

ブロックチェーン内のレコードの交換を確実にするため。その中でも最も早くから登場したのがProof of Work（PoW）の仕組みです。このメカニズムはサトシ・ナカモトによって作成され、最も安全な代替手段の 1 つとして認識されています。プルーフ・オブ・ステーク (PoS) が続き、現在ではアルトコイン プロジェクトの間で特に一般的になっています。

ビットコインに加えて、プルーフ・オブ・ワークはイーサリアム（ETH）やライトコイン（LTC）などの主要な暗号通貨でも使用されています。対照的に、プルーフ・オブ・ステークは、Binance Coin (BNB)、Solana (SOL)、Cardano (ADA)、およびその他のアルトコインに使用されます。イーサリアムが2022年にプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークに切り替える予定であることは注目に値します。

Proof of Work (PoW) とは何ですか?また、どのように機能しますか?

Proof of Work (PoW) は、ビットコイン ネットワークや他の多くの暗号通貨で二重支払い問題を防ぐために使用されているコンセンサス アルゴリズムです。サトシ・ナカモトは、2008 年に発表されたビットコインのホワイトペーパーでこの概念を提案しました。

プルーフ・オブ・ワークは本質的に、ビットコインブロックチェーンが分散型コンセンサスを達成する方法を決定します。サードパーティの仲介者の関与なしに、トラストレスな方法でピアツーピアのトランザクションを検証します。

ビットコインのようなプルーフ・オブ・ワーク・ネットワークでは、トランザクションはマイナーによって検証されます。これらはネットワークの参加者であり、ネットワークの安全で正常な動作を継続するために大量のリソースを使用します。マイナーは、ブロック トランザクションの作成や検証などのタスクも担当します。次のブロックを検証する権利を得るために、マイナーは高度に特殊化されたマイニング ハードウェアを使用して複雑な数学的パズルを解きます。

これらの数学的問題の解決に成功した最初のマイナーは、ブロックをブロックチェーンに追加する権利を獲得し、ブロック報酬として知られるものを獲得します。ブロック報酬は、新しく生成された暗号通貨と取引手数料で構成されます。ネットワークの状況に応じて、ブロック報酬に含まれる仮想通貨の量も変動します。たとえば、ビットコインブロックチェーンからブロックのマイニングに成功したマイナーは、ブロックごとに6.25ビットコインの報酬と取引手数料を受け取ります（2021年12月現在）。ただし、半減メカニズムにより、210,000 ブロック (約 4 年) ごとに、ブロックごとに生成される新しいビットコインの数が 50% 減少します。

Proof of Work モデルの詳細については、「Proof of Work (PoW) とは何ですか?」を参照してください。 》。

プルーフ・オブ・ステーク (PoS) とは何ですか?またその仕組みは何ですか?

Proof of Stake (PoS) は、2011 年に開始されたコンセンサス アルゴリズムです。これは Proof of Work の代替であり、Proof of Work のスケーラビリティの制限を解決することを目的としています。プルーフ・オブ・ステークは 2 番目に人気のあるアルゴリズムで、Binance Coin (BNB)、Solana (SOL)、Cardano (ADA) などの暗号通貨で使用されています。

Proof-of-Work と Proof-of-Stake はブロックチェーン内で合意に達するという同じ目標を持っていますが、Proof-of-Stake はブロック トランザクションのバリデーターを決定するために異なる方法を使用します。プルーフ・オブ・ステークのブロックチェーンにはマイナーは存在しません。プルーフ・オブ・ステーク検証者は、コンピューターのパフォーマンスに依存するのではなく、個々の暗号通貨の保有に基づいてブロック検証の権利を競います。

参加者は、特定のブロックチェーン スマート コントラクトに一定数のトークンをロックすることで、ブロック検証権限を取得できます。このプロセスは「ステーキング」と呼ばれます。次に、プルーフ・オブ・ステーク・プロトコルは、次のブロックを検証するためのバリデーターを割り当てます。ネットワークに応じて、選択プロセスはランダムまたは保有額（賭け金）によって決定されます。選択されたバリデーターには、検証したブロックからトランザクション手数料が支払われます。一般的に言えば、ステーキングされるトークンが多ければ多いほど、バリデーターとして選ばれる可能性が高くなります。

詳しくは「プルーフ・オブ・ステーク（PoS）について詳しく解説」をご覧ください。

プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とプルーフ・オブ・ステーク (PoS) の違い

どちらもブロックチェーン ネットワークのセキュリティを確保するコンセンサス メカニズムに属していますが、この 2 つの間には特定の違いがあります。明らかに、Proof-of-Work と Proof-of-Stake の主な違いは、新しいトランザクション参加者を検証するために選択される方法です。より明確に理解するために、次の表を見てみましょう。

プルーフ・オブ・ステークはプルーフ・オブ・ワークよりも優れていますか?

Proof-of-Stake の支持者は、特にスケーラビリティとトランザクション速度の点で、Proof-of-Stake には Proof-of-Work よりも利点があると信じています。プルーフ・オブ・ステーク・トークンはプルーフ・オブ・ワークよりも環境への害が少ないと主張する人もいます。対照的に、プルーフ・オブ・ワーク支持者の多くは、プルーフ・オブ・ステークは新しいテクノロジーであり、ネットワーク セキュリティにおけるその可能性についてはまだ解明されていないと考えています。 Proof-of-Work ネットワークには、マイニング ハードウェアや電力などの多数のリソースのサポートが必要となるため、攻撃コストが高くなります。これは、最大のプルーフ・オブ・ワーク・ブロックチェーンであるビットコインに特に当てはまります。

前述したように、イーサリアム (ETH) は、イーサリアム 2.0 にアップグレードすると、プルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークに切り替わります。イーサリアム 2.0 は、イーサリアム ネットワークへの待望のアップグレードであり、ネットワーク パフォーマンスを向上させ、スケーラビリティの問題を解決するように設計されています。イーサリアムがプルーフ・オブ・ステークを実装すると、32 個のイーサ コインを保有するすべてのユーザーがステーキングに参加してバリデーターとなり、報酬を受け取ることができます。​

プルーフ・オブ・ステークはプルーフ・オブ・ワークよりも優れていますか?時価総額で2番目に大きい仮想通貨がこの新しいコンセンサスメカニズムを採用する理由は何でしょうか?

集中化のリスク

プルーフ・オブ・ワーク・ブロックチェーンでのマイニングでは、効果的な解決策が見つかるまで、コンピューティング能力を使用してブロック・データを繰り返し精査する必要があります。現在主流の暗号通貨にとって、解決策を見つけることはますます困難になっています。ハッシュを徹底的に計算するプロセスには、高価なハードウェアと電力が必要です。

したがって、一部のマイナーは、ブロック報酬を受け取る可能性を高めるために、マイニング リソースをマイニング プールに集中させることを好みます。一部の大規模なマイニング プールでは、可能な限り多くのハッシュ パワーを生成するために、数百万ドルを投資し、数万台の特定用途向け集積回路 (ASIC) マイニング ハードウェアを制御しています。

2021 年 12 月の時点で、上位 4 つのマイニングプールは合計でビットコインの総ハッシュパワーのほぼ 50% を制御しています。マイニングプールが独占されると、暗号通貨愛好家が独自にブロックをマイニングすることが非常に困難になります。

では、マイニングはどの程度分散化されているのでしょうか?まず、ネットワーク検証を完全に制御できる単一のエンティティは存在しません。これが発生すると、51% 攻撃が発生し、ネットワークの価値が失われる可能性があります。マイニングは依然として分散化されているものの、もはや同程度ではないと主張する人もいます。ある意味では、マイニング機器とエネルギー生産者は依然としてマイニングの生命線を管理しており、ワークロードプルーフブロックチェーンの全体的な分散度が低下しています。

プルーフ・オブ・ステークのコンセンサスメカニズムでは、マイニングパワーをステーキングに置き換える、異なるアプローチが使用されます。このメカニズムにより、個人が取引を確認するための参入障壁が低くなり、場所、デバイス、その他の要因への依存が軽減されます。ステーキングは保有するトークンの数によって単純に決定されます。

ただし、ほとんどのプルーフ オブ ステーク ネットワークでは、トランザクションの検証を開始するためにバリデーター ノードが必要です。これにはランニングコストがかかるかもしれませんが、マイニング マシンを数台購入するほどのコストに見合うものではありません。ユーザーはトークンを特定の検証者に委託し、マイニングプールに似たモデルを形成します。したがって、一般のユーザーがプルーフ・オブ・ステークに参加するのは簡単ですが、それでもマイニングプールのような集中化の問題の影響を受けやすくなります。

セキュリティリスク

集中化のリスクに加えて、上位 4 つのマイニング プールがビットコイン ネットワークのハッシュ パワーのほとんどを制御しているため、51% 攻撃のリスクが高まります。 51% 攻撃とは、悪意のある個人または組織がネットワーク全体の総ハッシュ パワーの 50% 以上を制御した後、ブロックチェーン システムに対してセキュリティ攻撃を開始する可能性があることを意味します。攻撃者はブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムを完全に制御し、二重支払いの問題を引き起こしたり、取引記録を拒否または変更したり、他人によるマイニングを阻止したりするなど、個人的な利益を目的とした悪意のある行為を実行します。ただし、ビットコイン ネットワークの規模を考えると、そのような攻撃が発生する可能性は非常に低いです。

比較すると、誰かがプルーフ・オブ・ステークのブロックチェーンを攻撃する場合、ネットワーク内のトークンの 50% 以上を所有する必要があります。これにより、市場の需要とトークンの価格が上昇し、数百億ドルの費用がかかることになります。たとえ 51% 攻撃が成功したとしても、ネットワークが侵害されるため、攻撃者が賭けたトークンの価値は急落します。したがって、プルーフ・オブ・ステーク・コンセンサスを使用する暗号通貨は、特に時価総額が大きい場合、51% 攻撃の影響をほとんど受けません。

プルーフ・オブ・ステークのデメリット

多くの人は、プルーフ オブ ステークがプルーフ オブ ワークの最適な代替手段であると信じていますが、プルーフ オブ ステークのアルゴリズムにも欠陥があることは注目に値します。報酬分配メカニズムの影響を受け、バリデーターがステークする資産が増えるほど、次のブロックを検証する機会が得られる可能性が高くなります。バリデーターが蓄積するトークンが増えれば増えるほど、より多くのトークンを賭けて獲得できるようになるため、多くの人がこれを「金持ちが金持ちになっている」と非難しています。プルーフ・オブ・ステークのブロックチェーンは通常、バリデーターにガバナンス権限を割り当てるため、これらの「より豊富な」バリデーターもネットワークの投票力に影響を与えます。

もう1つの懸念は、プルーフ・オブ・ステークを使用する時価総額の小さい仮想通貨が直面するセキュリティリスクです。上で述べたように、イーサリアムやバイナンス コインなどのより人気のある暗号通貨は、51% 攻撃の影響をほぼ受けません。ただし、値が低く、小さいデジタル資産ほど攻撃に対して脆弱になります。十分なトークンを取得した攻撃者は、他のバリデーターとの競争で優位に立つことができます。バリデーターとして頻繁に選ばれる限り、プルーフ・オブ・ステーク システムを利用できます。その後、獲得した報酬を再度賭けて、次のラウンドで選ばれる可能性を高めます。

要約する

プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークはどちらも暗号通貨エコシステムにおいて適切な位置を占めており、どちらのコンセンサス・プロトコルがより効果的であるかを判断するのは難しい場合があります。マイニングプロセス中の炭素排出量が多いため、ワークロードプルーフは批判されていますが、それでもブロックチェーンネットワークを保護するためのセキュリティアルゴリズムとして認識されています。それにもかかわらず、イーサリアムがプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークに移行するにつれて、プルーフ・オブ・ステークシステムは将来さらに多くの新しいプロジェクトで勢いを増すでしょう。