プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とプルーフ・オブ・ステーク (PoS) の比較
目次
はじめに
プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とは、どのような仕組みなのでしょうか?
プルーフ・オブ・ステーク (PoS) とは何か、どのように機能するのか?
プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークの違い
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?
集権化リスク
セキュリティリスク
プルーフ・オブ・ステークの欠点
まとめ
プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とプルーフ・オブ・ステーク (PoS) の比較
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プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とプルーフ・オブ・ステーク (PoS) の比較

プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とプルーフ・オブ・ステーク (PoS) の比較

中級者
Published Dec 12, 2018Updated Jan 14, 2022
9m

概要

プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とプルーフ・オブ・ステーク (PoS) は、最も一般的なコンセンサスメカニズムです。主要な仮想通貨に採用され、ネットワークの安全性を確保しています。

プルーフ・オブ・ワークは、Bitcoinにおいて、取引の検証とネットワークの安全性確保のために使用されています。他にも、PoWは二重支出を防ぐ効果があります。ブロックチェーンは、マイナーと呼ばれる参加者が計算能力を駆使して、新しいブロックを確認する権利やブロックチェーンを更新する権利を競い合うことで保護されています。成功したマイナーは、ネットワークからBTCで報酬を得ることができます。2021年12月現在、マイナーはBitcoinブロックのマイニングに成功すると、6.25 BTCのブロック報酬と取引手数料を得ることができます。

PoWとPoSの大きな違いは、誰がトランザクションのブロックを検証するかを決定する方法です。プルーフ・オブ・ステークは、プルーフ・オブ・ワークの代替品として最も人気があります。スケーラビリティの問題やエネルギー消費など、PoWの限界を改善することを目的としたコンセンサスメカニズムです。PoSでは、参加者をバリデーターと呼びます。強力なハードウェアを使わなくても、ブロックを検証するチャンスを競うことができます。その代わりに、ブロックチェーンのネイティブな仮想通貨をステーク (ロック) する必要があります。その後、ネットワークはステークした仮想通貨の量に応じて勝者を選び、勝者は自分が検証したブロックの取引手数料の割合で報酬を得ることができます。ステークされたコインが多ければ多いほど、バリデーターとして選ばれる確率が高くなります。


はじめに

ブロックチェーンに記録された取引が有効であることを保証するために、これらのネットワークは異なるコンセンサスメカニズムを採用しています。プルーフ・オブ・ワーク (PoW) は最も古いものです。サトシ・ナカモトによって作られ、多くの人が最も安全な代替手段の1つと考えています。プルーフ・オブ・ステーク (PoS) は後に作られたものですが、今ではほとんどのアルトコインのプロジェクトで見られます。

Bitcoin以外にも、Ethereum (ETH) やLitecoin (LTC) などの主要な仮想通貨でもPoWが使用されています。一方、PoSはBinance Coin (BNB)、Solana (SOL)、Cardano (ADA)などのアルトコインで使用されています。注目すべきは、Ethereumが2022年にPoWからPoSへの切り替えを計画していることです。


プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とは、どのような仕組みなのでしょうか?

プルーフ・オブ・ワーク (PoW) は、Bitcoinネットワークや他の多くの仮想通貨で採用されているコンセンサスアルゴリズムで、二重支出を防ぐためのものです 。2008年に発表されたBitcoinのホワイトペーパーで、サトシ・ナカモトによって紹介されました。

要するに、PoWはBitcoinのブロックチェーンがどのようにして分散型コンセンサスを実現するかを決めるものです。これは、第三者の仲介者を必要としない、信頼性の高い方法でピア・ツー・ピアのトランザクションを検証するために使用されます。

BitcoinのようなPoW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。彼らは、ネットワークが安全かつ正しく稼働し続けるために、多くのリソースを使う参加者です。マイナーは、トランザクションのブロックを作成し、検証するなどの作業を行います。しかし、次のブロックを検証する権利を競うためには、高度に特化し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く必要があります。 
これらの数学的問題の有効な解決策を見つけることに成功した最初のマイナーは、自分のブロックをブロックチェーンに追加する権利を獲得し、ブロック報酬と呼ばれるものを受け取ります。ブロック報酬は、新たに生成された仮想通貨と取引手数料で構成されています。ブロック報酬に含まれる仮想通貨の量は、各ネットワークによって異なります。例えば、Bitcoinのブロックチェーンでは、成功したマイナーは、各ブロック報酬から6.25BTC + 手数料を得ることができます (2021年12月現在)。しかし、 半減期と呼ばれるメカニズムにより、1ブロックあたりの新しいBTCの生成数は210,000ブロック (約4年) ごとに50%ずつ減少します。
プルーフ・オブ・ワークモデルについてもっと詳しく知りたい方は、こちらをご覧ください  プルーフ・オブ・ワークとは (PoW) ? 


プルーフ・オブ・ステーク (PoS) とは何か、どのように機能するのか?

プルーフ・オブ・ステーク (PoS) は、 コンセンサスアルゴリズムです。プルーフ・オブ・ワークの代替として2011年に導入されました。PoWネットワークのスケーラビリティの制限を克服することを目的としています。PoSは、Binance Coin (BNB)、Solana (SOL)、Cardano (ADA)などの仮想通貨で採用されている、2番目に人気のあるアルゴリズムです。

PoWとPoSは、ブロックチェーンのコンセンサスを得るという点では共通していますが、PoSは、トランザクションブロックを検証する人を決定する方法が異なります。PoSブロックチェーンには、マイナーは存在しません。PoSのバリデーターは、強力なコンピュータに頼ってブロック検証権を争うのではなく、自分の保有する仮想通貨に頼っています。

ブロックを検証する資格を得るために、参加者は一定量のコインをブロックチェーン上の特定のスマートコントラクトにロックする必要があります。このプロセスは、ステーキングと呼ばれています。その後、PoSプロトコルは、次のブロックを検証する参加者を割り当てます。この選択は、ネットワークによってランダムに行われる場合と、保有 (ステーク) に応じて行われる場合があります。選ばれたバリデーターは、自分が検証したブロックから取引手数料を報酬として受け取ることができます。一般的には、ロックアップされたコインが多ければ多いほど、選択される確率は高くなります。
詳細は、プルーフ・オブ・ステーク (PoS) の説明をご参照ください。 


プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークの違い

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ためのコンセンサスメカニズムであるにもかかわらず、両者には一定の違いがあります。もちろん、PoWとPoSの大きな違いは、どの参加者が新しいトランザクションを検証するかを決定する方法です。より分かりやすくするために、下の表を見てみましょう。


プルーフオブワーク (PoW)

プルーフオブステーク (PoS)

ブロックのマイニング/検証できるのは誰ですか?

計算能力が高ければ高いほど、あるブロックをマイニングできる確率は高くなります。

ステークされたコインが多ければ多いほど、新しいブロックを検証できる可能性が高くなります。

ブロックのマイニング/検証方法

マイナーは、自分の計算機資源を使って複雑な数学的パズルを解くことを競います。

通常、アルゴリズムは、ステークされたコインの量を考慮して、ランダムに勝者を決定します。

マイニング機器 

ASIC、CPU、GPUなどのプロフェッショナルなマイニングハードウェア

インターネットに接続されたすべてのコンピュータまたはモバイルデバイス

トークンの分配方法

ブロックを最初にマイニングした人がブロック報酬を受け取る

バリデーターは、検証したブロックから徴収した取引手数料の一部を受け取ることができます。

ネットワークを保護する方法

ハッシュが大きいほど、ネットワークの安全性が高まる

ステーキングは、ネットワークを保護するために、ブロックチェーン上に仮想通貨をロックします。


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?

プルーフ・オブ・ステークを支持する人たちは、PoSがPoWに比べて、特にスケーラビリティとトランザクションのスピードに関して、いくつかの利点があると主張しています。また、PoSコインはPoWと比較して環境への負荷が少ないと言われています。一方、PoW支持者の多くは、PoSは新しい技術であり、ネットワークセキュリティの観点からその可能性を証明するには至っていないと主張しています。PoWネットワークは大量のリソース (マイニング用ハードウェア、電力など) を必要とするため、攻撃するにはコストがかかります。これは、最大のPoWブロックチェーンであるBitcoinに特に当てはまります。

前述の通り、Ethereum(ETH) は、Ethereum 2.0のアップグレードでPoWからPoSに切り替わることが予想されます。ETH 2.0は、Ethereumのネットワークのパフォーマンスを向上させ、スケーラビリティの問題に対処するための待望のアップグレードです。EthereumにPoSが実装された後は、32ETH以上のETHを持っている人なら誰でもステーキングに参加してバリデーターになり、報酬を受け取ることができるようになります。 

PoSはPoWよりも優れていますか?時価総額2位の仮想通貨に、新たなコンセンサスメカニズムを採用させた理由とは?


集権化リスク

プルーフ・オブ・ワークブロックチェーンでは、有効な解決策が見つかるまで、コンピューティングパワーを使ってブロックのデータをハッシュ化するマイニングが行われます。現在の主要な仮想通貨では、解決策を見つけるのが難しくなってきており、大量のハッシュを推測するプロセスは、ハードウェアや電力の面でコストがかかります。

そのため、一部のマイナーは、ブロック報酬を得る機会を増やすために、マイニングリソースをマイニングプールに蓄積することを好んでいます。大手マイニングプールの中には、数百万ドルを投資し、何千台ものASIC マイニングハードウェアを制御して、できるだけ多くのハッシュパワーを生成しているところもあります。

2021年12月現在、上位4つのマイニングプールは、Bitcoinの総ハッシュパワーの約50%をコントロールしています。マイニングプールの支配により、個人の仮想通貨愛好家が自分でブロックをマイニングすることは難しくなっています。 

では、マイニングはどのくらい分散化されているのでしょうか?一方では、ネットワーク上の確認作業をコントロールできる単一のエンティティはまだ存在しません。これが発生すると、51%の攻撃が可能となり、ネットワークの価値が失われてしまいます。マイニングはまだ分散化されていますが、もはや重度の分散化ではないという意見もあります。特定の地域、マイニング機器メーカー、エネルギーメーカーが依然としてマイニングを独占しており、プルーフ・オブ・ワーク型ブロックチェーンの全体的な分散性を低下させています。

プルーフ・オブ・ステークのコンセンサスメカニズムは、これまでとは異なるアプローチで、マイニングパワーをステーキングに置き換えます。この仕組みにより、個人が取引を確認する際の参入障壁が下がり、場所や機器などの要素が重視されなくなります。ステークは、単純にあなたが持っているトークンの量で決まります。

しかし、ほとんどのPoSネットワークでは、トランザクションの確認を開始するためにバリデーター・ノードを実行する必要があります。これはランニングコストがかかりますが、何台ものマイニングリグに比べればそれほどでもありません。ユーザーは、自分のトークンを特定のバリデーターに預けてステークすることで、マイニングプールに似たモデルを実現しています。そのため、プルーフ・オブ・ステークは一般ユーザーが参加しやすい反面、マイニングプールと同様に中央集権的な問題を抱えています。


セキュリティリスク

集権化リスクに加えて、上位4つのマイニングプールがBitcoinネットワークのハッシュパワーの大半を占めているという事実は、51%攻撃のリスクを高める可能性があります。51%攻撃とは、ネットワーク全体のハッシュパワーの50%以上をコントロールすることに成功した悪意のある行為者や組織が、ブロックチェーンシステムのセキュリティを攻撃する可能性を指します。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上書きし、二重支出、取引記録の拒否や改ざん、他人のマイニングを妨げるなど、自分の利益のために悪質な行為を行う可能性があります。しかし、Bitcoinではネットワークの大きさから、このようなことは起こり得ません。

一方、PoSブロックチェーンを攻撃しようとすると、ネットワーク上のコインの50%以上を所有していなければなりません。そうなると、市場の需要とコインの価格が上昇し、数百億円のコストがかかることになります。仮に51%の攻撃を受けたとしても、ネットワークが危険にさらされることで、ステークされたコインの価値は急激に低下します。そのため、PoSコンセンサスを利用している仮想通貨に51%の攻撃が行われる可能性は、特に時価総額の大きい仮想通貨ではあまり高くありません。


プルーフ・オブ・ステークの欠点

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ると多くの人が見ていますが、PoSのアルゴリズムにも欠点があることは知っておいた方がいいでしょう。報酬分配の仕組みにより、より多くの資産をステークしているバリデーターは、次のブロックを検証するチャンスを増やすことができます。検証者がコインを貯めれば貯めるほど、より多くのコインをステークして稼ぐことができるのですが、これを「金持ちを金持ちにする」と批判する人もいます。PoSブロックチェーンではバリデーターにガバナンス権を付与することが多いため、このような「リッチな」バリデーターはネットワーク上の投票にも影響を与えることができる。

また、PoSを採用する時価総額の小さい仮想通貨のセキュリティリスクも懸念されます。前述したように、ETHやBNBなどの人気の高い仮想通貨で51%の攻撃が起こる可能性はあまり高くありません。しかし、価値の低い小さなデジタル資産は、攻撃を受けやすい。攻撃者は、他のバリデーターに対して優位に立てるだけのコインを獲得できる可能性があります。彼らは、PoSシステムを利用して、頻繁にバリデーターに選ばれる可能性があります。獲得した報酬は、さらなるステーキングに使用することができ、次のラウンドで選ばれるチャンスを増やすことができます。


まとめ

プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークは、どちらも仮想通貨のエコシステムの中でその役割を担っており、どちらのコンセンサス・プロトコルが優れているかを明確に言うことはできません。PoWは、マイニング時に大量の二酸化炭素を排出すると批判されるかもしれませんが、ブロックチェーンネットワークを保護する安全なアルゴリズムであることは証明されています。とはいえ、EthereumがPoWからPoSへと移行していく中で、プルーフ・オブ・ステークシステムは今後、新しいプロジェクトでより好まれる可能性があります。