コンセンサス機構とは何か：プルーフ・オブ・ステークとプルーフ・オブ・ワークの違い

ビットコインの登場は、ブロックチェーンと呼ばれる新たなパラダイムを生み出しました。ブロックチェーンは、中央機関による規制やシステムのセキュリティおよび完全性の保証を必要とせずに、幅広いサービスを提供する可能性を秘めていました。各トランザクションの安全性と正当性は、あらゆるブロックチェーンネットワークに不可欠な要素であるコンセンサスプロトコルによって保証されます。そして、暗号通貨の世界で最もよく知られているコンセンサスメカニズムの2つが、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）とプルーフ・オブ・ステーク（PoS）です。

ブロックチェーンネットワークが効果的に機能するためには、すべてのトランザクションの安全性を確認するコンセンサスアルゴリズムが必要です。この記事では、プルーフ・オブ・ステークとプルーフ・オブ・ワークのさまざまな側面と違いについて学びます。まずは、コンセンサスメカニズムとは何かを理解することから始めましょう。

コンセンサスメカニズム

あらゆる仮想通貨の中核には、ブロックチェーン上の各トランザクションの安全性と正当性を保証し、仮想通貨などの分散型オペレーションやマルチエージェントシステム間で、単一のデータ値または単一のネットワーク状態に関する必要な合意を得るのに役立つコンピュータネットワークが存在します。このネットワークはコンセンサス機構として知られています。

ブロックチェーン技術と暗号通貨に関して、最も代表的な2つのコンセンサスメカニズムは以下のとおりです。

• 仕事の証明
• ステークの証拠

では、それらはどのような機能を果たすのでしょうか？

簡単に言うと、両者は、第三者の関与なしに、ユーザー間の取引がどのように検証され、ブロックチェーンの公開台帳に記録されるかを規定するものです。

コンセンサスメカニズムとは何か、そしてどのように機能するのかが分かったところで、最も重要な2つのメカニズム、プルーフ・オブ・ステークとプルーフ・オブ・ワークについて詳しく見ていきましょう。

仕事の証明

1990年代に、電子メールスパム対策としてプルーフ・オブ・ワーク（PoW）が開発された。

仕事の証明 プルーフ・オブ・ワーク（PoW）は、ビットコイン（BTC）やライトコイン（LTC）などの暗号通貨ネットワークで広く用いられているコンセンサスアルゴリズムです。参加ノードは、自身が完了して提出した作業が、ブロックチェーンに新たなトランザクションを追加する資格を満たしていることを証明する必要があります。 

このネットワークは膨大な計算能力を必要とするため、「プルーフ・オブ・ワーク」と呼ばれています。世界中の仮想マイナーが、プルーフ・オブ・ワークのブロックチェーンを保護・検証するための数学的課題を最初に解決しようと競い合います。勝者は、最新の承認済みトランザクションでブロックチェーンを更新する見返りとして、一定額の仮想通貨を受け取ります。

プルーフ・オブ・ワークの利点

プルーフ・オブ・ワークは多くの利点をもたらし、特にビットコインのようなシンプルでありながら非常に価値の高い暗号通貨にとっては大きなメリットとなる。

• 分散型ブロックチェーンの安全性を維持します。
• 仮想通貨の価値上昇は、より多くのマイナーをネットワークへの参加へと誘い、それがひいてはシステムのパワーとセキュリティの向上につながる。
• 必要な計算能力が膨大であるため、価値の高い仮想通貨のブロックチェーンを改ざんすることは、いかなる個人や組織にとっても不可能である。

プルーフ・オブ・ワークのデメリット

• エネルギーを大量に消費する。
• 時間のかかる手順であり、大量の取引を処理する際には拡張性に課題が生じる可能性がある。

ステークの証拠

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、ブロックチェーンの順序付けに必要なエネルギーへのプルーフ・オブ・ワーク（PoW）の過度な依存を克服するために開発された。

ステークの証明 プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）プロセスに代わる低コストかつ低エネルギーな手法として生まれた、人気の高いコンセンサスアルゴリズムです。イーサリアム2.0、アルゴランド、カルダノ、テゾス、その他（通常は比較的新しい）暗号通貨はすべてプルーフ・オブ・ステークを採用しています。

これは、参加ノードが保有する仮想通貨トークンの数に応じて、公開台帳の維持管理を委任することを意味する。しかし、この方式には、仮想通貨の消費よりも蓄積を助長するという欠点がある。

プルーフ・オブ・ステークの利点

• プルーフ・オブ・ステークに代わるエネルギー効率の良い選択肢
• 迅速な取引処理速度。
• 低コストの取引。
• 参加にあたって、特定のソフトウェアやハードウェア機器の使用は必須ではありません。

プルーフ・オブ・ステークのデメリット

• PoWほど安全で信頼性が高くない。
• 一部のPoS（プルーフ・オブ・ステーク）暗号通貨では、ステーキングされた資金を一定期間保持することが義務付けられています。

プルーフ・オブ・ステークとプルーフ・オブ・ワークの比較

プルーフ・オブ・ステークとプルーフ・オブ・ワークの違いを理解することで、ポートフォリオに組み入れる暗号通貨をより適切に評価できるようになるでしょう。 

プルーフ・オブ・ワーク対プルーフ・オブ・ステーク：ブロックチェーンの秩序

ブロックチェーンは、トランザクションの順序に従って時系列順に並べられたブロックシリーズ（トランザクションのグループ）で構成されるシステムです。

ジェネシスブロック、つまりブロックチェーンの最初のブロックは、ブロック0とも呼ばれます。これはPoWブロックチェーンの最初のブロックであり、プログラムにハードコードされているため、以前のブロックとは関連付けられていません。PoWでブロックチェーンにアップロードされる以降のブロックは、常に以前のブロックを参照し、更新された台帳全体のコピーを含んでいます。

PoSブロックチェーンは、PoWブロックチェーンと同様に、含まれるトランザクションに基づいて時系列順に並べられた一連のブロックで構成されるシステムです。ブロックチェーンの順序付けのプロセスはPoWとPoSで似ていますが、PoS暗号通貨では、ブロックを提供する権利をめぐって誰も競争しない点に注意が必要です。そのため、ブロックはマイニングされるのではなく、「偽造」または「鋳造」されることがよくあります。

プルーフ・オブ・ワーク対プルーフ・オブ・ステーク：エネルギー使用量

PoWマイナーは、新しいブロックを生成してブロックチェーンに追加する権利を得るために、複雑な数式（ハッシュ化と呼ばれる）を解き、乱数（nonce）を取得します。これは専用のASICハードウェアデバイスを使用して行われ、各ブロックの獲得競争に勝つために数十万台ものデバイスが必要となるため、非常にエネルギーを消費する作業です。

PoS（プルーフ・オブ・ステーク）方式の暗号通貨ブロックチェーンは、PoW（プルーフ・オブ・ワーク）方式の暗号通貨ブロックチェーンよりもエネルギー消費量が大幅に少ないため、運用コストが安くなります。しかし、トランザクション処理能力が著しく高いため、プール運営者やバリデーターにとっては依然として収益性が高く、トランザクション手数料が下がったとしても、ネットワークを管理する人々は十分な報酬を得ることができます。 

プルーフ・オブ・ワーク対プルーフ・オブ・ステーク：参加者

PoW（プルーフ・オブ・ワーク）システムは、処理能力と暗号化を組み合わせることで合意形成を図り、ブロックチェーンに記録された取引の合法性を保証する。

新しいブロックを生成するために、マイナーはハッシュ処理中に数学的な問題の正解を競い合います。彼らは、ランダムに生成された整数の文字列であるハッシュを推測することでこれを実現します。このハッシュがブロック内のデータと組み合わされ、ハッシュ関数コンピューターで処理されると、出力はプロトコルの基準に一致する必要があります。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）システムでは、特定のトークンを所有するすべてのユーザーがコンセンサス方式に参加できます。誰でも、障壁の少ないネットワークでバリデーターまたはブロックメーカーになることができます。

PoSネットワークでは、ステーキングプールやバリデーターへの参加条件として、ユーザーは一定量のトークンを保有し、それを一定期間ステーキングとしてロックする必要があります。バリデーターが二重署名やネットワークへの組織的な攻撃といった悪意のある手法を用いると、ステーキングしたトークンを失うリスクがあります。

プルーフ・オブ・ワーク vs. プルーフ・オブ・ステーク：報酬

ブロック報酬とは、ブロックチェーンが有効かつ承認されたブロックごとにマイナーに付与する新しいコインのことです。

ビットコインなどの一部の仮想通貨では、一定数のブロックが発見されるとブロック報酬が減額されます。ただし、特定の数のブロックがマイニングされると、この報酬は4年ごとに半減されます。これは半減期と呼ばれるプロセスで、ビットコインプロトコルのソースコードに記載されています。

PoSネットワークでは、正当なブロックをブロックチェーンに送信したユーザーに報酬が支払われます。報酬額はブロックチェーンによって異なります。トランザクション手数料のみを徴収するものもあれば、ネットワークが安定稼働し、バリデーターのコストを賄えるだけのトランザクション数が蓄積されるまでの最初の数年間は、特定の予算を重点的に徴収するものもあります。

ボーナス問題：PoSはPoWに取って代わるだろうか？

中央機関の不在によって生じた空白を埋めるために、プルーフ・オブ・ワーク（POW）方式が考案されました。ビットコイン市場が拡大するにつれ、当初の概念に伴ういくつかの問題に対処するために、さまざまなコンセンサスモデルが提案されました。中には、システムの安全性と完全性を損なわないことを誓い、POWの代替として考案されたものもありました。最もよく知られている代替案の1つがプルーフ・オブ・ステーク（POS）で、コミュニティの要求を満たしつつ、POWに伴う問題にも対処することを目的としていました。

ボトムライン

全体的に見て、プルーフ・オブ・ステークとプルーフ・オブ・ワークの対立は、特にイーサリアムの移行に伴い、徐々に深刻な問題になりつつある。 エテリアム2.0. 

プルーフ・オブ・ワークは、ブロックチェーンの初期段階でコミュニティに資金を分配するために使用され、その後プルーフ・オブ・ステーク（PoS）に切り替わる可能性がある。しかし実際には、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）がブロックチェーン技術の事実上の標準になりつつあり、PoWは新しいブロックチェーンごとにデフォルトのコンセンサスモデルとしての地位を失いつつあるようだ。

それが何であれ、成功するブロックチェーンネットワークの究極の目標は、セキュリティ、分散化、スケーラビリティといった、いわゆるブロックチェーンの問題を解決することであるべきだ。

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プルーフ・オブ・ステークとプルーフ・オブ・ワークに関するよくある質問