紹介

プルーフオブステーク(PoS)は、トランザクションを処理し、ブロックチェーンに新しいブロックを作成するための暗号コンセンサスメカニズムです。 参加者はトークンをステークしてノードにします。 ノードは、トランザクションを検証し、賭けられたトークンの量に基づいて報酬を受け取るバリデーターになる機会があります。
ブロックチェーン上のすべてのトランザクションは、複数のノードによって書き込まれ、複製される分散型台帳(DLT)と呼ばれるデータベースに記録されます。 台帳内のすべてのデータが正しいことを確認するには、悪意のあるデータの改ざんを防ぐためのコンセンサスメカニズムが必要です。
プルーフオブステークは、近年多くのブロックチェーンプロジェクトで支持されており、バリデーターに一定量のトークンをステークすることを義務付けることでブロックチェーンを保護しながら、プルーフオブワーク(PoW)に存在するハードウェアとエネルギーの消費の必要性を排除します。

コンセンサスメカニズムとは何ですか?

コンセンサスメカニズムは、分散システムのすべての参加者が単一の情報源についてコンセンサスに達するための方法です。 集中型システムは、与えられたデータが有効であるかどうかは、担当エンティティによってのみ決定されるため、コンセンサスメカニズムを必要としません。 たとえば、集中型データベースでは、データを追加、削除、および変更する権限を持つのは管理者のみであり、データベースを照会するユーザーは管理者から情報を受動的に受け取ります。
分散システムは、多数の自律エンティティ(ノード)の協力に依存してネットワークを維持し、情報の信頼性は全員で共同で検証されます。 対照的に、どのノードも新しいブロックレコードを作成し、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できます。 ただし、異なるノードからの情報は、デバイスの障害、ネットワーク遅延、攻撃などにより矛盾する可能性があります。 したがって、データレコードの一貫性を保つには、コンセンサスメカニズムが必要です。
ブロックチェーンの開発において、最も早く採用されたコンセンサスメカニズムはプルーフオブワーク(PoW)であり、データの有効性は最高のCPU計算能力によって承認されています。 そのエネルギーコストのために、プルーフオブステーク(PoS)が代替として作成されました。 PoSでは、データの有効性は、最も多くのトークンを賭けるバリデーターによって承認され、ネットワーク内のさまざまなノードがコンセンサスに達することができます。

PoSとは何ですか?

プルーフオブステークのアイデアは、2011年にQuantumMechanicという名前のメンバーによってビットコイントークで最初に提唱され、後にスコットナダルやサニーキングなどの他のメンバーの助けを借りて概念化されました。
PoWブロックチェーンでは、トランザクションを検証し、新しいブロックの報酬を得るために、複雑な数学的問題を解決するための計算能力を提供するノード(「マイナー」とも呼ばれます)によってトランザクションが検証されます。 PoSネットワークでは、ネットワークノード(「バリデーター」とも呼ばれます)が担保として暗号通貨の預金を提供し、ノードが持つ担保が多いほど、会計権とブロック報酬を取得する可能性が高くなります。
担保が最も高いバリデーターが新しいブロックを作成するための固定ノードになるのを防ぐために、賭けられたトークンの数、コインの年齢、ランダムなブロックの選択など、バリデーターを選択するための他のパラメーターも考慮されます。 コイン年齢とは、トークンがステークされてからの経過時間(バリデーターが最後にブロックを作成した時間)を指します。 古いコイン年齢のバリデーターは、新しいブロックを作成するために選択される可能性が高くなります。 コイン年齢パラメータにより、担保の低いノードは新しいブロックを作成して報酬を得ることができます。
一般に、プルーフオブステーク(PoS)は次のように機能します。

1. まだ検証されていないトランザクションは、ノードによって処理されます。 これらの保留中のトランザクションは、暗号通貨を賭けたバリデーターによって処理されるのを待っているプールに常に保存されます。
2. アルゴリズムは、賭けられたトークンの数、コインの年齢、ランダムなブロックの選択などの特定のパラメーターに基づいて、新しいブロックを作成するバリデーターを選択します。
3. 選択したバリデーターがこれらの保留中のトランザクションを検証すると、新しいブロックが作成され、これらのトランザクションをパックできます。
4. 他の選択されていないノードは、新しいブロックが有効であることを確認します。
5. 新しいブロックのトランザクションが他のノードによって検証されると、新しいブロックがブロックチェーンネットワークに追加されます。 逆に、無効なトランザクションがある場合、新しいブロックは追加されません。
6. 新しいブロックが追加されると、バリデーターはステーキングされたトークンを取得し、ブロック報酬を取得できます。 バリデーター選択アルゴリズムがコイン年齢を考慮する場合、このバリデータのコイン年齢は0にリセットされます。新しいブロックの追加が拒否された場合、バリデーターによってステークされたトークンはペナルティとして削減される可能性があります。
   
   出典:coinsentinel.io

PoSの長所

PoSは、次の理由から、PoWよりも優れたコンセンサスメカニズムであると多くの人に考えられています。

1. 高価な機器は必要ありません
   一般の人は、通常のPCでもPoSノードとして使用できるため、PoWブロックチェーンよりも一般の人々が参加しやすいのに対し、PoWでは、計算能力の高い専用コンピューターが必須です。

2. エネルギー効率
   プルーフオブステークブロックチェーンは多くのエネルギーを必要としません。 プルーフオブワークネットワークでは、鉱夫は新しいブロックを最初に発見するために互いに競争する必要があり、ハッシュによってもたらされる競争中に多くのエネルギーが必要です。

3. 高い拡張性
   ハードウェアとエネルギーのコストは、スケーラビリティに関してはPoWブロックチェーンの主な制限であり、ネットワークが拡大するにつれて、追加の機器とエネルギー消費のコストは指数関数的に増加します。 プルーフオブステークブロックチェーンは、この問題を効果的に排除します。

4. 技術に精通していない人々に優しい
   鉱業にはかなりの専門知識が必要です。 したがって、プルーフオブワークは、機関や専門家向けに設計されています。 ただし、通常の個人用デバイスでもPoSのノードとして機能することができます。

5. より分散化
   プルーフオブステークは、ステークの数に関係なく、すべてのノードがアルゴリズムを介してブロックチェーンネットワークに効果的に参加できるようにします。 ただし、PoWでは、ブロック生成、トランザクション検証、報酬割り当てのほとんどがマイニングプールによって独占されており、小規模なノードはほとんど競合できません。 プルーフオブステークは、ロングテール市場ではより良い選択です。

6. 緑
   PoSブロックチェーンは、莫大なエネルギー消費や集中的なコンピューティング競争を伴わないため、環境への悪影響が少ないため、PoWブロックチェーンよりも環境に優しいです。

PoSは安全ですか?

どのコンセンサスメカニズムを使用するかに関係なく、コンセンサスに到達するためのノードの有効性に加えて、セキュリティは依然としてネットワークで最も重要な考慮事項の1つですそうでなければ、ネットワークは悪意のある攻撃によって麻痺する可能性があります。
PoWネットワークでは、計算能力を通じてコンセンサスに達します。 ブロックチェーンネットワーク内の計算能力の51%以上を制御できる場合は、ネットワーク全体を支配的に制御できます。 攻撃者は、二重支払い、トランザクションレコードの拒否または変更、または他の人のマイニングの防止によって利益を得ることができます。 これは51%攻撃として知られています。
ただし、プルーフオブワークブロックチェーンの規模が拡大するにつれて、51%の攻撃の可能性は低下します。 51%の攻撃を実装するには、計算能力を提供するために大量のマイニング機器が必要であり、高いエネルギーコストが発生します。 攻撃が成功した場合の報酬が攻撃の実装コストよりも少ない場合、51%の攻撃はこの点で実行不可能になります。 ビットコインを例にとると、ジェネシスブロックの作成以来、10年以上にわたって51%の攻撃があったことはありません。 これは、ビットコインネットワークのセキュリティを保証する広範なCPUコンピューティングパワーを提供する、世界中でビットコインマイニングノードです。
プルーフオブステークネットワークも51%の攻撃を受ける可能性があることに注意してください。 悪意のあるノードがステークされたトークンの総数の半分以上を取得する限り、ブロックチェーンネットワークの制御を取得し、ブロックとトランザクションレコードを偽造する可能性があります。 つまり、攻撃者は多数のトークンを取得することで攻撃を開始できます。
ただし、このような攻撃は実用的ではありません。 トークンを大量に取得するアクションは、需要の増加により価格を押し上げます。 また、攻撃はブロックチェーンネットワークに大きな影響を与え、ユーザーの間でパニックを引き起こし、価格が下落します。 したがって、トークンを取得するコストは、攻撃から得られる利益よりもはるかに高くなります。
プルーフオブステークコンセンサスメカニズムを攻撃するより可能な方法は、他のノードと共謀して、ステークされたトークンの総数の51%以上を制御することです。 この方法は、法外なコストをかけずにネットワークを制御するという目標を達成するための代替手段です。
ノードが互いに共謀するのを防ぐために、プルーフオブステークブロックチェーンはペナルティを導入します。 偽のブロックやトランザクションが他のバリデーターから報告された場合、攻撃ノードはステークされたトークンの一部またはすべてを失う可能性があります。 これにより、以前のPoSノードの何も問題がなく、他のノードが損失のリスクを冒す意思があるかどうかを判断することが困難になるため、バリデーター間の共謀がより困難になります。
賭けられたトークンの価値が報酬よりも高い限り、不正行為によって引き起こされる損失は、正直な操作によってもたらされる報酬よりも大きくなります。 これを考慮すると、ノードは正直に動作することを好み、PoSブロックチェーンネットワークのセキュリティを保証します。 したがって、51%の攻撃は、特に時価総額の高い暗号通貨では、ほとんど不可能です。

PoSの潜在的な問題は何ですか?

PoSコンセンサスメカニズムの利点にもかかわらず、いくつかの潜在的な問題もあります。 PoSは、金持ちをより豊かにし、貧しい人をより貧しくすることでしばしば批判されます。 より多くのトークンをステーキングするノードは、報酬を得るためにブロックを作成する可能性が高くなります。 これにより、バリデーターは富を得るために多数のトークンを保持し、富の不平等を悪化させます。
しかし、PoSの支持者は、すべての資本市場で、富裕層はより強力な競争上の優位性に恵まれていると信じています。 PoWコンセンサスメカニズムの下でも、同じ問題が存在します。 参加要件が高いPoWネットワークと比較して、すべての人に利益をもたらすPoSは、より良いソリューションであることが証明されています。
別の一般的な問題は、ステークできないノードの数が変化する可能性があるため、トークンの予測不可能な供給です。 たとえば、トークンの市場価格が下がり続けると、ステーキングされたノードの報酬がトークンの保有の損失を補うことができない可能性があり、その結果、多数のノードがトークンをアンステークして販売し、ブロックチェーンネットワークのセキュリティを危険にさらします。
また、ステーキングノードの数が大幅に増加すると、トークンの供給不足を引き起こし、価格を押し上げる可能性があり、これは悪意のある開発チームが持ち株を売却する前によく使用する価格操作戦術です。 比較すると、PoWメカニズムはより安定したトークン供給を提供し、同様の問題に苦しむ可能性は低くなります。

PoSとPoW以外のコンセンサスメカニズムは何ですか?

プルーフオブワークとプルーフオブステークは、分散ネットワークで最も一般的な2つのコンセンサスメカニズムですが、2つだけではありません。 10年以上の開発の後、ブロックチェーン技術は多くの新しいコンセンサスメカニズムが提案されているのを見てきました。 ここに簡単な紹介があります:

1. スペースの証明
   プルーフオブスペースコンセンサスアルゴリズムでは、ネットワーク内のノードは、トランザクションを検証して報酬を得る資格を得る前に、かなりのハードディスクストレージスペースを持っている必要があります。 検証者は、ストレージを提供するノードにチャレンジして、ノードがストレージを提供し続けることを確認します。 チアネットワークはこのアルゴリズムを採用した例です。
   
   ソース: チアネットワーク

2. 権限の証明 (PoA)
   プルーフオブオーソリティコンセンサスアルゴリズムでは、ネットワーク内のノードはトークンをステークしませんが、代わりにトランザクションの検証に適格であるために独自の評判をステークします。 バリデーターは、参加する前に身元情報を開示する必要があります。 これにより、疑わしいバリデーターを選択するリスクが軽減され、長期的な参加が促進されます。 PoAアルゴリズムの例はVeChainです。

3. 委任されたプルーフオブステーク(DPoS)
   DPoSは、トークン所有者がトークンを証人への投票として委託するというプルーフオブステークの基本的な概念の進歩です。 これらの証人は、委託されたトークンの数に基づいて異なるレベルの評判を持っています。 選択された証人は最も信頼できる証人と見なされ、トランザクションを検証することによってブロックを作成する権利があります。 DPoSを採用した例はEOSです。

結論

プルーフオブステークアルゴリズムは通常、プルーフオブワークの進歩と見なされます。 PoSユーザーは、トークンを賭けてバリデーターになり、新しいブロックを作成して報酬を得ることができます。 また、他のノードと協力して、トランザクションを共同で検証し、ブロックチェーンを保護することもできます。
プルーフオブステークは、資本集約的でエネルギーを消費するマイニングを排除し、通常のユーザーにとってよりアクセスしやすくなっています。 これは、環境に優しく、分散化されたコンセンサスメカニズムと見なされています。 プルーフオブステークは、スケーラビリティの点でもプルーフオブワークを上回ります。 現在、プルーフオブステークは、カルダノ、テゾス、アバランチ、ゲートチェーンなど、ますます多くのブロックチェーンで採用されています。
時価総額で2番目に大きいブロックチェーンであるイーサリアムは、2022年9月に完了する予定のETH2.0アップグレードでPoWからPoSに移行する予定です。 ETH 2.0を実行しているノードは少なくとも32ETHをステークする必要がありますが、コンセンサスメカニズムの前例のない移行は、プルーフオブステークが実際にブロックチェーンテクノロジーの未来であることを示しています。
PoSはPoWが直面する多くの問題を解決したように見えますが、それでも新しいテクノロジーです。 他に未知の問題や欠陥があるかどうかを検出するには時間がかかります。