TL;DR
Proof of Work (PoW) と Proof of Stake (PoS) は、最も一般的なコンセンサス メカニズムです。これらは、ネットワークを保護するために主要な暗号通貨によって採用されています。
ビットコインでは、取引を検証し、ネットワークを保護するためにプルーフ オブ ワークが使用されています。他の機能とは別に、PoW は二重支払いを防止します。ブロックチェーンは、マイナーと呼ばれる参加者によって保護されています。マイナーは、計算能力を使用して、新しいブロックを確認し、ブロックチェーンを更新する権利を競います。成功したマイナーには、ネットワークから BTC で報酬が与えられます。2021 年 12 月現在、マイナーはビットコイン 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受け取ることができます。
PoW と PoS の主な違いは、トランザクション ブロックを検証する権限を誰が持つかを決定する方法です。Proof of Stake は、Proof of Work の代替として最もよく知られています。これは、スケーラビリティの問題やエネルギー消費など、PoW の制限のいくつか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、参加者はバリデーターと呼ばれます。ブロックを検証する機会を得るために、強力なハードウェアを使用する必要はありません。代わりに、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) する必要があります。その後、ネットワークはステークされた暗号通貨の量に基づいて勝者を選択し、その勝者は検証したブロックのトランザクション手数料の一部を受け取ります。ステークされたコインが多いほど、バリデーターとして選ばれる可能性が高くなります。
導入
ブロックチェーンに記録されたトランザクション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さまざまな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成され、多くの人に最も安全な代替手段の 1 つと考えられています。プルーフオブステーク（PoS）は後に作成されましたが、現在ではほとんどのアルトコインプロジェクトで使用されています。
ビットコイン以外にも、PoW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、PoSはバイナンスコイン（BNB）、ソラナ（SOL）、カルダノ（ADA）などのアルトコインで使用されています。イーサリアムは2022年にPoWからPoS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?
プルーフ オブ ワーク (PoW) は、二重支払いを防ぐためにビットコイン ネットワークや他の多くの暗号通貨で採用されているコンセンサス アルゴリズムです。2008 年に公開されたビットコインのホワイトペーパーでサトシ ナカモトによって導入されました。
本質的に、PoW はビットコイン 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。第三者の仲介を必要とせずに、信頼のない方法でピアツーピア トランザクションを検証するために使用されます。
ビットコインのような 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。マイナーは、ネットワークが安全かつ正しく動作し続けるようにするために、大量のリソースを使用する参加者です。マイナーは、他のタスクの中でも、トランザクションのブロックを作成し、検証します。しかし、次のブロックを検証する権利を競うには、高度に専門化されたマイニング ハードウェアを使用して、複雑な数学パズルを解く必要があります。
これらの数学の問題の有効な解法を最初に見つけたマイナーは、そのブロックをブロックチェーンに追加し、いわゆるブロック報酬を受け取る権利を獲得します。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。ブロック報酬に含まれる暗号通貨の量は、ネットワークによって異なります。たとえば、ビットコイン ブロックチェーンでは、成功したマイナーはブロック報酬ごとに 6.25 BTC と手数料を獲得できます (2021 年 12 月現在)。ただし、半減期と呼ばれるメカニズムにより、ブロックごとに生成される新しい BTC の数は 210,000 ブロックごとに (約 4 年ごとに) 50% 減少します。
プルーフ・オブ・ワーク モデルについて詳しく知りたい場合は、「プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とは?」をご覧ください。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）とは何ですか？どのように機能しますか？
プルーフ オブ ステーク (PoS) は、プルーフ オブ ワークの代替として 2011 年に導入されたコンセンサス アルゴリズムです。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) などの暗号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で合意に達するという同じ目標を共有していますが、PoS で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。ブロック検証権を競うために強力なコンピューターに頼るのではなく、PoS バリデーターは保有する暗号資産に依存します。
ブロックを検証する資格を得るには、参加者はブロックチェーン上の特定のスマート コントラクトに一定量のコインを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ます。その後、PoS プロトコルは参加者を次のブロックを検証する役割に割り当てます。ネットワークに応じて、この選択はランダムに行われる場合もあれば、保有量 (ステーク) に応じて行われる場合もあります。選ばれたバリデーターは、検証したブロックから報酬として取引手数料を受け取ることができます。通常、ロックするコインが多いほど、選ばれる可能性が高くなります。
詳細については、「Proof of Stake (PoS) の説明」を参照してください。
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コンセンサス メカニズムですが、両者には一定の違いがあります。もちろん、主な違いは、PoW と PoS が新しいトランザクションをどの参加者が検証するかを決定する方法です。より明確に理解するために、以下の表を見てみましょう。
Proof of Stake は Proof of Work よりも優れていますか?
プルーフ・オブ・ステークの支持者は、特にスケーラビリティとトランザクション速度に関して、PoS は PoW よりも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害が少ないとも言われています。対照的に、多くの PoW 支持者は、PoS は新しい技術であるため、ネットワーク セキュリティの面でその可能性をまだ証明していないと主張しています。PoW ネットワークには大量のリソース (マイニング ハードウェア、電力など) が必要であるため、攻撃にかかるコストが高くなります。これは、最大の PoW 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。
前述のように、イーサリアム（ETH）はイーサリアム2.0のアップグレードでPoWからPoSに切り替える予定です。ETH 2.0は、パフォーマンスを改善し、スケーラビリティの問題に対処するためにイーサリアムネットワークに長い間待望されていたアップグレードです。イーサリアムにPoSが実装されると、少なくとも32 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 より優れているか? 時価総額で 2 番目に大きい暗号通貨が新しいコンセンサス メカニズムを採用する理由は何ですか?
集中化リスク
プルーフ オブ ワーク ブロックチェーンでは、マイニングには、有効なソリューションが見つかるまでブロックのデータをハッシュするためにコンピューティング パワーを使用することが含まれます。今日の主要な暗号通貨では、ソリューションを見つけることがますます困難になっており、大量のハッシュを推測するプロセスは、ハードウェアと電力の面でコストがかかる可能性があります。
そのため、一部のマイナーは、ブロック報酬を獲得するチャンスを増やすために、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みます。一部の大規模なマイニング プールは、数百万ドルを投資し、数千台の ASIC マイニング ハードウェアを制御して、可能な限り多くのハッシュ パワーを生成します。
2021 年 12 月現在、上位 4 つのマイニング プールが、ビットコインのハッシュ パワー全体の約 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、個々の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より困難になっています。
しかし、マイニングはどの程度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を制御できる単一のエンティティがまだ存在しません。 これが発生すると、51% 攻撃が可能になり、ネットワークの価値が失われます。 マイニングは依然として分散化されているものの、もはや高度に分散化されているわけではないと主張する人もいるかもしれません。 特定の地域、マイニング機器メーカー、エネルギー生産者が依然としてマイニングを支配しており、プルーフ オブ ワーク ブロックチェーンの全体的な分散化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、異なるアプローチを採用し、ステーキングにマイニング パワーを置き換えます。このメカニズムにより、個人がトランザクションを確認するための参入障壁が下がり、場所、機器、その他の要素の重要性が軽減されます。ステーキングは、所有するトークンの量によって決まります。
ただし、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 ノードを実行する必要があります。これは実行コストがかかる可能性がありますが、複数のマイニング リグほどではありません。次に、ユーザーは特定のバリデータにトークンをステークします。これにより、マイニング プールに似たモデルが実現します。したがって、平均的なユーザーにとって Proof of Stake は参加しやすいものの、マイニング プールと同じ集中化の問題の影響を受けます。
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 パワーの大部分を握っているという事実は、51% 攻撃のリスクを潜在的に高める可能性があります。51% 攻撃とは、悪意のある行為者または組織がネットワーク全体のハッシュ パワーの 50% 以上を制御できるブロックチェーン システムのセキュリティに対する潜在的な攻撃を指します。攻撃者はブロックチェーンのコンセンサス アルゴリズムを無効にし、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、他者のマイニングの妨害など、自分に利益をもたらす悪意のある行為を行う可能性があります。ただし、ビットコインのネットワークの規模を考えると、これは起こりそうにありません。
対照的に、誰かが PoS ブロックチェーンを攻撃する場合、ネットワーク上のコインの 50% 以上を所有している必要があります。これにより、市場での需要とコインの価格が上昇し、数百億ドルのコストが発生する可能性があります。たとえ 51% 攻撃が行われたとしても、ネットワークが侵害されると、ステークされたコインの価値は大幅に下がります。したがって、特に時価総額が大きい場合、PoS コンセンサスを使用する暗号通貨で 51% 攻撃が発生する可能性は低いです。
プルーフ・オブ・ステークの欠点
多くの人は、プルーフ オブ ステークをプルーフ オブ ワークのより良い代替手段と見なしていますが、PoS アルゴリズムにも欠点があることは注目に値します。報酬分配メカニズムにより、ステークした資産が多いバリデーターは、次のブロックを検証する機会を増やすことができます。バリデーターが蓄積するコインが多いほど、ステークして獲得できるコインも多くなりますが、これを「金持ちがさらに金持ちになる」と批判する人もいます。これらの「金持ち」バリデーターは、PoS ブロックチェーンがバリデーターにガバナンス権限を与えることが多いため、ネットワーク上の投票にも影響を与えることができます。
もう一つの懸念は、PoS を採用している時価総額の小さい仮想通貨のセキュリティリスクです。前述のように、ETH や BNB などの人気の高い仮想通貨で 51% 攻撃が発生する可能性は低いです。しかし、価値の低い小規模なデジタル資産は攻撃に対してより脆弱です。攻撃者は、他のバリデータに対して優位に立つために十分なコインを獲得する可能性があります。彼らは、バリデーターに頻繁に選ばれることで PoS システムを悪用する可能性があります。彼らが獲得した報酬は、さらなるステーキングに使用でき、次のラウンドで選ばれる可能性が高まります。
最後に
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エコシステムで独自の位置を占めており、どちらのコンセンサスプロトコルがより優れているかを確実に言うことは困難です。PoW はマイニング中に大量の炭素排出を生み出す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が証明されています。それでも、イーサリアムが PoW から PoS 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的に新しいプロジェクトでより好まれる可能性があります。
