プルーフ・オブ・ステーク（PoS）革命：5つの強力な利点

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プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、暗号通貨とブロックチェーン技術の世界を破壊するコンセンサス・メカニズムとして最も話題になっている。

本来のプルーフ・オブ・ワーク（PoW）メカニズムのエネルギー使用量やセキュリティに関する懸念が高まる中、PoSは魅力的な代替手段を提供している。

PoSは、ブロックチェーンネットワーク上でトランザクションを検証し、合意を達成するために、より効率的で環境に優しく、安全なアプローチを提供することを目指している。

イーサリアムのような主要な暗号通貨は近年PoSに移行しており、この次世代のコンセンサス・モデルを理解することは、暗号の進化に関心のある人にとって重要である。

この記事では、Proof-of-Stake（PoS）がどのように機能するのか、PoWと比較して顕著な長所と短所、現在どのような暗号がPoSを使用しているのか、そしてこの先駆的なプロトコルにどのような未来が待っているのかを詳しく紹介する。

PoSの基礎を探ることで、分散型ブロックチェーン・ネットワークに到来する時代の到来を予見することができる。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）とは？

ブロックチェーンで使われるコンセンサス・メカニズムのひとつに、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）がある。

プルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-stake）とは、検証者がネットワークに価値のあるものを投入したことを証明する方法である。

イーサリアムのプルーフ・オブ・ステークでは、バリデータはイーサリアム上のスマートコントラクトにETHの形で資本を明示的にステークする。

バリデータは、ネットワーク上に伝搬された新しいブロックが有効であることをチェックし、時には自ら新しいブロックを作成して伝搬する責任を負う。

プルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-stake）は、ブロックとトランザクションの検証に必要な計算量を削減する。

プルーフ・オブ・ワークの下では、膨大なコンピューティング要件がブロックチェーンの安全性を維持していた。

プルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-Stake）は、コインの所有者のマシンを使ってブロックを検証する方法を変更するため、それほど多くの計算作業を行う必要がない。

所有者はコインを担保として提供し、ブロックを検証して報酬を得るチャンスを得る。

バリデーターはランダムに選ばれ、トランザクションの確認とブロック情報の検証を行う。

プルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-Stake）は、攻撃がより不利になるように補償を構造化するため、ネットワークへの攻撃の可能性に関してリスクが少ないと考えられている。

ブロックチェーン上の次のブロックライターはランダムに選択され、ステークポジションが大きいノードほど高い確率が割り当てられる。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の仕組み

プルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-Stake）により、多くのコンピューターパワーを必要とせずに、トランザクションの確認やブロックの作成が容易になる。

コンピュータが多くの作業を行うプルーフ・オブ・ワークとは異なり、プルーフ・オブ・ステークでは、コインの所有者は自分のマシンを使って少ない労力でブロックを検証することができる。

彼らは、ブロックを検証し報酬を得るための誓約（ステーキング）としてコインを提供する。

このシステムでは、バリデーターがランダムに選ばれ、取引の承認とブロックの詳細の検証を行う。

これは、報酬の競争に依存するプルーフ・オブ・ワークに比べ、より公平な方法である。

バリデーターになるには、コインの所有者は特定の額のコインを「ステーク」する必要がある。

例えば、イーサリアムはノードを動かすために32ETHをステークする必要がある。

ブロックは複数のバリデーターによって確認され、十分な数のバリデーターがブロックの正確性に同意した時点で、そのブロックは最終的なものとみなされる。

バリデーターになるには、通常、イーサリアムなら32ETHなど、かなりの額の暗号通貨をステークする必要がある。

しかし、バリデーション・プールと呼ばれるバリデーターのグループに、多額の賭け金をかけずに参加する方法がある。

これは「リキッドステーキング」と呼ばれる。

異なるプルーフ・オブ・ステーク・システムには、合意に達するための独自の方法があるかもしれない。

例えば、シャーディングと呼ばれるイーサリアムの今後のアップデートでは、より小規模な検証者のグループ（「委員会」）がトランザクションを検証し、シャードブロックに追加することで、プロセスがより効率的になる。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の利点と課題

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の利点

参加へのアクセシビリティと地方分権：

ステーキングによって、個人がネットワークの安全確保に参加しやすくなり、分散化が促進される。

POSシステムのバリデーターは、ラップトップのような通常のコンピューターで実行できるため、参加への参入障壁が低くなる。

例ユーザーが保有する暗号通貨の少額をステークすることで、コンセンサス・プロセスへの幅広いコミュニティの参加を可能にし、最終的にはより分散化されたネットワークを促進するブロックチェーンを考えてみよう。

柔軟なプールの杭打ち：

ステーキングプールは、ユーザーが自分自身のバリデータノードを動かすために必要なステーク全額（例えば32ETH）を必要とせずに、ステーキングに参加できる柔軟なオプションを提供する。

これにより包括性が促進され、より多くの人々がネットワークに参加できるようになる。

例個人のグループが最小ステーク要件を満たすためにトークンをプールし、集団でバリデータノードを実行し、それに応じて報酬を分配するシナリオを想像してください。

経済的インセンティブによる安全性の向上：

PoSは、PoWに比べて暗号経済的な安全性が高い。

検証者は、悪意のある取引を検証した場合、賭けられたコインを失うリスクがあるため、ネットワークの利益のために行動する金銭的インセンティブを与えられ、ブロックチェーン全体のセキュリティが強化される。

例例：PoSネットワークでは、バリデータが不正な取引を検証しようとすると、ステークしたトークンのかなりの部分を失うことになるため、ネットワークの整合性を維持するインセンティブが働く。

効率とエネルギー消費の削減：

PoSはエネルギーを大量に消費する採掘作業を不要にするため、エネルギー効率が高く、環境に優しい。

このエネルギー消費の削減は、より環境に優しく持続可能なブロックチェーンエコシステムに貢献する。

例PoWマイニングに比べ、必要な計算パワーとエネルギーが大幅に削減されるため、ネットワーク全体のカーボンフットプリントが削減される。

経済的な発行効率：

PoSは一般的に、ネットワーク参加者にインセンティブを与えるための新しいトークンの発行が少なくて済むため、より管理された予測可能な経済モデルに貢献する。

これは、長期的にはより大きな安定性と持続可能性につながる。

例例：PoSシステムにおいて、ネットワークはコインの新規発行を抑えてコンセンサスを達成することができ、インフレ圧力を緩和しながらネットワークのセキュリティを維持するバランスの取れたアプローチと一致する。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の課題

成熟と実戦テスト：

PoSはPoWに比べると比較的若く、戦歴も浅い。

これは、潜在的な脆弱性や問題がまだ発見されていない可能性があることを意味し、その実装や使用には注意が必要である。

例例：PoSを利用した新しく立ち上げられたブロックチェーンは、過去の実績が限られているため、まだ特定されていない予期せぬ課題やセキュリティ上の問題に直面する可能性がある。

複雑な実装：

PoSの実装は、PoWに比べて複雑になる可能性がある。

堅牢なPoSシステムの設計と実装には、経済的インセンティブ、コンセンサスプロトコル、バリデータ選択アルゴリズムなど、さまざまな要因を慎重に検討する必要がある。

例PoSブロックチェーンの開発には、コンセンサス・プロセスの完全性と公平性を確保するための複雑なプログラミングとアルゴリズム・ソリューションが必要であり、開発チームに課題を突きつけている。

参加に必要なソフトウェア：

イーサリアムのPoSに参加しようとするユーザーは、3つの別々のソフトウェアを実行する必要があり、よりシンプルなPoWのセットアップと比較すると、面倒で使い勝手が悪くなる可能性があります。

例イーサリアムのPoSへの移行では、ユーザーはイーサリアムクライアント、バリデータクライアント、イーサリアム2.0デポジットコントラクトなど複数のソフトウェアコンポーネントを実行する必要があり、参加の複雑さが増している。

長所と短所

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）とプルーフ・オブ・ワーク（PoW）の比較

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）とプルーフ・オブ・ワーク（PoW）の違い

PoSとPoWはどちらも、ブロックチェーンが正確な情報を持ち、トランザクションを正しく処理するための方法である。

どちらもいい仕事をしているが、やり方は違う。

PoSでは、ブロックを作成する個人をバリデーターと呼ぶ。

取引をチェックし、出来事を検証し、決定に投票し、記録を管理する。

PoWでは、ブロック作成者はマイナーと呼ばれる。

マイナーは複雑な数学的問題を解いてトランザクションを検証し、その努力に対する報酬としてコインを受け取る。

PoSでブロック・クリエーターになるには、一定量のコインやトークンを保有する必要がある。

PoWでは、複雑な数学の問題を解くために、強力なコンピューターに投資し、多額の電気代を支払う必要がある。

PoWに必要なコンピュータと電気は高価であるため、多くの人がマイナーになるのは難しい。

この高いコストがブロックチェーンの安全性を高めている。

一方、PoSはブロックとトランザクションを検証するために利用するコンピュータのパワーが少ない。

また、PoWがマイナーに与える報酬もなくなる。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、アクションの一部を所有するようなものだ。

ボードゲームのトークンを想像してほしい。トークンの数が多ければ多いほど、ゲームで重要な決定を下すことができる。

一方、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）は、ゲーム内で自分の役割を獲得するために本当に難しいパズルを解くようなものだ。

PoSでは、みんなの意見が重要なコミュニティの一員であるようなものだ。

トークンの数が多ければ多いほど、コミュニティが下す決定に対する発言力が増す。

一方、PoWは排他的なクラブのようなもので、入るためには（装備やエネルギーの面で）高額な会費を払う必要がある。

PoSは太陽光発電で家を動かすような環境に優しいもので、PoWはガスを大量に消費する発電機を使うようなものだと考えてほしい。

POSは効率的で環境にやさしい。

しかし、PoWは環境には優しくないが、高価な鍵でしか開かないドアに強力な錠をかけるようなものなので、一流のセキュリティを保証する。

PoSでは、コミュニティの責任ある貢献者であることで報酬を得ることができる。

パーティーの運営を手伝ったときにサンキューカードをもらうようなものだ。

PoWでは、あなたは金を掘る鉱夫のようなものだ。金を掘り当てると（複雑な問題を解決すると）、報酬としてその塊がもらえる。

プルーフ・オブ・ワーク（PoW）との比較

イーサリアムは開始当初、プルーフ・オブ・ワークに依存していたが、2022年9月に状況が変わった。

プルーフ・オブ・ステークと呼ばれる、より優れたシステムに変更された：

より少ないエネルギーで

プルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-Stake）は、プルーフ・オブ・ワーク（Proof-of-Work）よりもはるかに少ないエネルギーしか使わない。

以前のように複雑な計算に膨大なパワーを使う必要はない。

誰でも簡単に参加できる

新しいブロックを作るのに、超高価な一流のハードウェアは必要ない。

普通のコンピューターを持っている人なら誰でも参加できる。

中央集権化でより安全に

新システムは、単一の強力な組織がネットワークをコントロールし支配することを難しくし、より安全なものにする。

新通貨発行額控除後

エネルギーの使用量が少ないということは、参加者に報酬を与えるための新しいコインを作る必要が少ないということであり、経済的な側面がより効率的になる。

攻撃の代償は大きい

もし誰かが大規模な攻撃（ネットワークの51％を掌握するような）を試みたとしても、成功するためにはよりコストがかかり、より難しくなる。

必要であれば地域社会も協力する

大規模な攻撃があった場合、コミュニティが一丸となって公平な方法でネットワークを復旧させることができ、関係者全員にセーフティネットが加わる。

この新しいプルーフ・オブ・ステーク・システムにより、イーサリアムはより効率的で安全、そして参加者全員にとって公平なものとなりました。

Proof-Of-Stake コンセンサス・メカニズムを使用するプロジェクト

• イーサリアムイーサリアムは時価総額第2位の暗号通貨であり、分散型アプリケーション（dApps）やスマートコントラクトのプラットフォームとして最も広く利用されている。イーサリアムは現在、プルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行を進めており、これは2022年前半に実現すると予想されている「マージ」と呼ばれるプロセスである。イーサリアムのプルーフ・オブ・ステーク・メカニズムはCasperと呼ばれ、検証者がイーサリアム上のスマートコントラクトに32ETHを出資する必要がある。その後、バリデーターは無作為に選ばれ、新しいブロックを提案・認証し、そのパフォーマンスに応じて報酬やペナルティを受け取る。イーサリアムのプルーフ・オブ・ステークでは、ネットワークのセキュリティ、スケーラビリティ、持続可能性の向上を目指している。
• Tezos: Tezosは自己修正型ブロックチェーンであり、ハードフォークを必要とせず、ユーザーがプロトコルのアップグレードを提案し、投票することができる。Tezosはリキッドプルーフオブステークと呼ばれるプルーフオブステークのバリエーションを使用しており、少なくとも1つのtez（Tezosのネイティブトークン）を所有するユーザーは、所有権や投票権を放棄することなく、バリデータ（ベイカーと呼ばれる）に自分のステークを委任することができます。ベイカーはランダムに選ばれて新しいブロックを作成し、ステークまたは委任したtezの量に応じた報酬を受け取る。Tezosは、そのプルーフ・オブ・ステーク・メカニズムが、プルーフ・オブ・ワークよりもエネルギー効率が高く、安全で、民主的であると主張している。
• カルダノCardanoは、dApps、スマートコントラクト、デジタルIDのための、よりスケーラブルで相互運用可能かつ持続可能な基盤を提供することを目的としたブロックチェーンプラットフォームである。CardanoはOuroborosと呼ばれるプルーフ・オブ・ステークを採用しており、時間をエポックとスロットに分割し、ランダムな抽選に基づいて各スロットのスロットのリーダーを選出する。スロットリーダーは新しいブロックを作成し、ネットワークにブロードキャストする役割を担う。ada（カルダノのネイティブトークン）を所有する人は誰でも、adaを直接ステークするか、ステークプールの運営者に委任することで抽選に参加できる。カルダノのプルーフ・オブ・ステーク・メカニズムは、プルーフ・オブ・ワークよりも安全で公正、かつ分散化された設計となっている。
• プルーフ・オブ・ステークスの歴史と進化

2013年、Peercoinは暗号通貨の領域において、従来のプルーフ・オブ・ワーク（PoW）と並ぶプルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake）の統合の先駆者となった。

ブラックコインは、マイニング活動を排除した純粋なプルーフ・オブ・ステーク・プロトコルの典型例として際立っている。

2013年11月24日にNXTが発表した。

しかし、その直後にリリースされたBlackcoinも同様に注目すべき存在であり、よりシンプルなプロトコルと、より公平な初期配布フェーズを特徴としている。

ブラックコインの登場後、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）プロトコルは何度も改良と機能強化が行われた。

例えば、BitsharesはDelegated Proof of Stake（DPoS）を実装した先駆者である。

最近では、イーサリアム（ETH）がPoSを採用し、大きな進歩を遂げた。

イーサリアムは、2022年にプルーフ・オブ・ステーク・メカニズムに移行した。その理由は、以前のプルーフ・オブ・ワーク・アーキテクチャとは対照的に、セキュリティの強化、エネルギー消費の削減、プログレッシブ・スケーリング・ソリューションの実装における優れた互換性である。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の目標

プルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-Stake）は、競争的でエネルギーを消費するプルーフ・オブ・ワーク（PoW）方式と比較して、ブロックチェーンをより良く機能させ、環境に優しくする方法である。

PoWでは、人々はトランザクションを確認するために競争し、この競争は多くのエネルギー使用につながる可能性がある。

PoWを使ってビットコインを採掘すると、報酬としてビットコインがもらえるが、電気代や採掘機器のレンタル料など、通常のお金もたくさん使う。

つまり、実際にはエネルギーを暗号通貨と交換しているのだ。

PoWにおけるこの高いエネルギー使用量は、いくつかの小国の消費量に匹敵する。

PoSは、ルールを変えることで役立っている。

競争するために多くのエネルギーを使う代わりに、暗号通貨を所有していること（ステーキング）を示すだけでよい。

そしてネットワークは、新しいブロックを作る人をランダムに選ぶ。

この切り替えは、競争するために強力な機械や膨大な電力を必要としないため、使用するエネルギーがずっと少なくて済むことを意味する。

例えば、イーサリアムはこの変更を行い、エネルギー使用量をほぼ99.84％削減した。

概要

要約すると、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、従来のプルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサスメカニズムに代わる有望な選択肢であり、いくつかの顕著な利点を提供する。

PoSは、ユーザーが高価なマイニング機器を必要とせずにトランザクションを検証し、ブロックを作成できるため、よりアクセスしやすく、分散型の参加を可能にする。

ステーキング・プールは、ユーザーが保有する株式をプールし、完全なステーキングを要求されることなくコンセンサスに参加できるようにすることで、参加性をさらに高める。

このアプローチは、ブロックチェーンの運用に伴うエネルギー消費を大幅に削減し、より持続可能で環境に優しいエコシステムに貢献する。

さらにPoSは、経済的インセンティブとネットワークの完全性を一致させることでセキュリティを強化し、責任ある検証を促進する。

トークンの新規発行が少なくて済むため、経済効率と安定性が促進される。

しかし、PoSの歴史が比較的浅く、実装が複雑であることは重要な考慮点であり、長期的にその安全性と信頼性を確保するためには、徹底的なテストと慎重な開発が必要である。

このような課題はあるものの、PoSはより効率的で環境に優しく、包括的なブロックチェーンの実現に向けた有望な一歩である。