中央の権威を持つ標準的なデータベースと比較して、ブロックチェーンは、誰でも参加できるピアツーピアの分散型ネットワークである。古典的なブロックチェーンシステムは暗号技術に基づいて構築されており、次々と書き込まれるデータブロックの逐次チェーンを形成する。ブロックチェーンにどのように書き込まれるかに応じて、特定の基本的な性質を持っている。
システムを適切に機能させ、ブロックチェーンのノードが互いに独立していることを考慮すると、各ノードはブロックチェーンのトランザクションを検証し、チェーンにブロックを書き込むために、特定の（しかし統一された）ルールを守らなければならない。この一連のルールは、ブロックチェーンのコンセンサス・アルゴリズムとして知られている。
この記事では、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）コンセンサス・アルゴリズム、その長所と短所、そしてプルーフ・オブ・ワークとして知られる、同じく人気のあるコンセンサス・アルゴリズムとの違いについて探ります。最後に、PoSアルゴリズムに基づくいくつかのブロックチェーン・プロジェクトについて学びます。
PoSコンセンサス・アルゴリズムとは何か？
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）とは、総株式のプール内でデジタル通貨の所有権を検証するために使用されるアルゴリズムである。PoSコンセンサス・アルゴリズムは、暗号通貨で2番目によく使われているアルゴリズムである。アイデアとして、プルーフ・オブ・ステーク・アルゴリズムは2011年にBitcointalkフォーラムで提案され、暗号通貨PeerCoinは2012年に初めてこのプロトコルを実装した。
このアルゴリズムには、暗号通貨の所有者であるネットワーク参加者が必要である。参加者はグループに参加し、トークンの採掘権を参加者に委任する。このようなネットワークノードはバリデータと呼ばれる。
プルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake）システムは、プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work）に代わるものとして開発された。この仕組みは、トランザクションを検証し、分散台帳のブロックを保護するために必要な計算作業を削減する。PoS方式は、基本的に処理能力をステークで代替し、ネットワークが個人のマイニング能力を決定する。所有者は新しいブロックを検証する能力を得るためにトークンをステークし、”バリデータ “となる。
バリデーターはトランザクションを検証するプロセスを実行し、ブロック内のトランザクションの正しさを保証する。操作が正しければ、ブロックをブロックチェーンに追加し、その貢献に対して報酬を受け取る。しかし、バリデーターが意図的に不正なデータでブロックの追加を提案した場合、ペナルティとしてステークされた資産の一部を失うことになる。
PoSアルゴリズムでは、すべてのコインは事前に生成され、その後ネットワークメンバー間で分配される。PoSブロックチェーンのコンセンサスメカニズムには様々な実装があり、以下に列挙する。 PoSシステム：
委任されたプルーフ・オブ・ステーク（DPoS）
このアルゴリズムが古典的な分散型台帳コンセンサスシステムPoSと異なるのは、主にこのアルゴリズムの主な欠点である中央集権化のリスクを克服しようとする試みである。DPoSでは、暗号通貨取引を承認する権利はトークン保有者から投票によって選ばれたバリデーターに委譲される。
一定量の暗号通貨を所有するネットワークメンバーであれば、誰でもバリデータになることができる。とはいえ、そのバリデータへの投票はいつでも撤回することができ、別のバリデータをサポートすることができる。しかし、DPoSには欠点もある。具体的には、ネットワーク参加者の参加率が低く、DPoSがPoSに変わってしまうリスクと、代表者による談合が排除できないリスクである。
リース・プルーフ・オブ・ステーク（LPoS）
このタイプのPoSには、リースされた所有権証明シェアが含まれる。これは、大量の暗号通貨を持つ参加者にシェアをリースするネットワーク参加者のプールであり、ノードを形成する。リースされた暗号通貨により、ネットワーク参加者はノードのマイニングから暗号通貨のシェアを獲得する機会があります。そうでない場合、特定の暗号通貨の市場全体におけるネットワーク参加者のシェアが小さいため、報酬を受け取るチャンスは小さくなります。
PoSコンセンサスに基づいて暗号通貨をマイニングするプロセスは、フォージングと呼ばれる。通常、インターネットに常時接続された専用コンピューター上で稼働するマスターノードを作成する。専用コンピュータは、最小限の暗号通貨で暗号通貨ウォレットを実行する。マスターノードが利益を生むのは、人気度が無視できるほど低い暗号通貨を使って運用する場合だけである。その価値が上がれば、大きなオーナーとなってマスターノードを運営することができます。
キーポイント
- プルーフ・オブ・ステークとは、新しいブロックを追加し、トランザクションを検証するためのプロトコルである。
- PoSはより環境にやさしく、より高速だが、中央集権的になりがちで、重要な量のトークンを所有する者は誰でもネットワークをコントロールできる。
- PoSシステムは、プルーフ・オブ・ワークの代替として、膨大な電力消費などの欠点を克服することを目的として作られた。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）アルゴリズムの長所と短所
暗号技術が発展するにつれて、より多くの異なるコンセンサス・アルゴリズムが出現し、ブロックチェーン・ネットワークの発展を促進するためには、それぞれが以前のものよりも優れていなければならない。プルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake）は、現在最も普及しているコンセンサスメカニズムの1つであるが、長所と短所がある。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）アルゴリズムの利点
このコンセンサス・アルゴリズムには多くの素晴らしい利点がある。
1.エコフレンドリー
暗号技術の持続可能性は鋭利な問題であり、新しい通貨を採掘するプロセスやブロックチェーンシステムの他の重要なプロセス（様々なコンセンサスアルゴリズムを含み、その一つがPoSである）を維持するためには、多くのエネルギーを消費する。PoSは、他の種類のアルゴリズムとは異なり、コンセンサスメカニズムが動作する数学的モデルの最適化により、高い消費量を必要としないエネルギー効率の高いアルゴリズムである。そのため、エネルギー消費量を削減することが可能となり、マイニングプロセスにおける環境への影響を大幅に軽減することができます。
2.高いセキュリティレベル
51％攻撃とは、ブロックチェーン・ネットワークに対する攻撃である。これは、ある個人、グループ、組織がネットワークのハッシュレート（ハッシュ力）の過半数を掌握することを特徴とする。この場合、攻撃者はトランザクションを並べ替えたり削除したりする権限を持つことになる。例えば、トランザクションを削除すれば、攻撃者は暗号通貨を二重に使うことができる。攻撃者はまた、トランザクションの確認や他のマイナーによる採掘を阻止することもでき、ネットワーク障害を引き起こす可能性がある。
PoSアルゴリズムの場合、「51％攻撃」を行うには、暗号通貨の流通コインの半分以上を保有する必要があり、これは相当な金額に相当する。攻撃者がそのような大金を集めたとしても、攻撃は経済的に不合理になる。
3.低い手数料
手数料はしばしばマイナーにとって障害となる。PoSシステムを使ったマイニングは、分散型台帳ネットワークで新しいブロックをマイニングする上で、多くの専門家にとってある程度は最良の選択である。このシステムはトランザクションを迅速に検証し、手数料が低く、作業が簡単であるため、ブロックチェーンネットワークで新しいブロックをマイニングする際に高いリターンを得ることができる。Proof of Work（PoW）コンセンサスシステムと比較すると、PoSは新しいブロックをマイニングするためのコストが非常に低く、依然としてブロックチェーンネットワークに依存している。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）アルゴリズムの欠点
では、このコンセンサス・アルゴリズムの欠点について話そう。
1.高度な集中化
これらの資金は通常、少数の人々によって保有されている。例えば、多額の資金が一人の手に渡らないようにしながら、最大限の買い手を集めるICOの価格を選ぶのは難しい。通貨が蓄積されると、ノードはネットワーク内で大量の処理能力を獲得する。大規模な所有者は、（NEOなどのように）ネットワークのさらなる発展を決定する投票を行うことができる。これは多くのマイナーにとって、このコンセンサスメカニズムの信頼性にマイナスの影響を与える。
2.何もない」問題
参加者の仕事の証明は物理法則によって保証されている。もし有罪であれば、装置を「壊して」電気を取り戻すことはできない。これは実質的なペナルティであり、電気を浪費し、お金を稼ぐことはできない。プルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake）では、ペナルティはシステム内にのみ存在する。非倫理的なプレイヤーは凍結した預金を失う。これは、「危機に瀕しているものは何もない」ということであり、自分の資金を取り除くことによって通貨フォークを起こすという脅威である。
3.制限
バリデータとしてネットワークに参加するには、暗号通貨を購入し、そのために不換紙幣を消費しなければならない。ネットワークの要件が高く、誰もがそれを購入できるわけではないこともある。一方、検証者の比率が高ければ高いほど、彼らが取引ブロックの検証に選ばれる可能性は高くなる。ただし、どのような場合にもチャンスは常に存在する。ブロックの中には1人がチェックするのではなく、例えば複数の人が同時にチェックするものもある。トップ・バリデーターは意図的にトークンを購入し、できるだけ多くの利益を得るためにトークンを統合する。
PoSとPoWの違い？
プルーフ・オブ・ワークは、複雑な数学的問題を解く必要があるコンセンサスである。したがって、マイナーは
非常に強力で、消費電力の大きい機器である。プルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake）の仕組みは異なります。マイニングは、ウォレットからいくらかの通貨をステークすることで行われる。ステークが多ければ多いほど、トランザクションのバリデーターとなり、ネットワークにブロックを追加し、報酬を得るチャンスが増える。しかし、2つのコンセンサスメカニズムには他にも違いがある。
PoWコンセンサスの特徴
マイナーの主な仕事は、複雑な数学的問題を解いて、連結されるブロックの新しいハッシュ値を生成することである。ハッシュ値は前のブロックのハッシュ値を基に生成され、チェーン全体を検証する。より早く問題を解決した者は、暗号通貨の形で報酬を受け取る。
このコンセンサスに基づくブロックチェーンには深刻な脆弱性がある。ネットワーク全体のハッシュレートの50％以上のハッシュレートを持つマイナーが分散台帳に現れると、ブロックチェーンをコントロールすることができる。これが前述の51％攻撃である。
コンセンサスの「プルーフ・オブ・ワーク」を使用する場合、マイナーは新しいブロックを追加することで収入を得る。また、ユーザーがプラットフォーム上で取引を行う際に請求される手数料の一部を支払う。
POSコンセンサスの特徴
所有権の証明」を使用する場合、ネットワークノードはバリデータとして機能する。彼らの口座にある資金の賭けは、ネットワーク内のバリデータの存在とそのノードの正しさを保証するものである。
まず、より多くのコインを持つノードがブロックをアタッチし、取引を検証することができる。ブロック間のコンセンサスが得られる前に、ユーザーのウォレット内の通貨は凍結される。このプロセスはすべて自動で行われる。検証者はこの活動に対して報酬を受け取る。
第二に、PoSコンセンサスでは、「51％攻撃」のリスクは依然として存在する。しかし、そのためには、「不正な」ノードが流通するコインの少なくとも51％を所有していなければならない。つまり、そんなことをしても意味がない。誰かがそれだけのトークンを買いたければ、レートを上げるだろう。量がリセットされれば、崩壊する。
第三に、PoSコンセンサス内で検証された取引は、ネットワークから報酬が支払われる仕組みになっている。検証はより速く、ネットワークは一貫した「プルーフ・オブ・ワーク」よりも効率的に機能する。
プルーフ・オブ・ステーク・コンセンサス・メカニズムを使用する既知のブロックチェーン
イーサリアム以降のブロックチェーンのほとんどは、プルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake）というコンセンサスメカニズムを採用している。通常、各メカニズムはネットワークのニーズに応じて変更される。以下では、これらのメカニズムについて詳しく説明する。イーサリアム自身も、イーサリアム2.0のアップデートでプルーフ・オブ・ステーク・コンセンサスに移行した。
イーサリアム
イーサリアムは、分散型アプリケーションの実行に使用される汎用スマートコントラクトプラットフォームである。イーサリアムの主な価値はイーサ（ETH）ではなく、EVM仮想マシンによって提供される機会である。
イーサは以前、PoWアルゴリズムで運用されており、常に複雑な数学的問題を解く必要があった。これを行うために、マイナーは強力なコンピュータ機器を備えた巨大なファームを作り、メガワットの電力を消費していた。PoSへの移行により、インターネットに接続されたイーサリアムウォレットに資金を保管するだけで、トランザクションを検証できるようになった。マイニング・ファームは不要となり、国1つ分のエネルギー消費を節約できる。
ポルカドット
PolkadotはPoSコンセンサス・アルゴリズムに基づくネットワーク・プロトコルで、ブロックチェーン間で（トークンだけでなく）あらゆるデータの転送を可能にする。これは、ネットワークが真のマルチチェーン・アプリケーション環境であり、クロスチェーン登録やチェーン間計算のようなことが可能であることを意味する。簡単に説明しよう：イーサリアムのネットワークでは、登録の割り当ては与えられたネットワーク（チェーン）内のユーザー間でしか行われない。対照的に、Polkadotでは、情報はプロトコル内のすべての統合されたネットワークで実行されているデバイスに保存されます。
雪崩
アバランチ（AVAX）は、Ava Labsが開発した革新的なスマート・コントラクト・プラットフォームである。非中央集権化、セキュリティ、スケーラビリティを優先しつつ、コスト削減と高速トランザクションを実現する汎用ブロックチェーンである。
アバランチ・ネットワークは3つの独立したブロックチェーンで構成されている：Xチェーン、Cチェーン、Pチェーンだ。各チェーンは独立した目的を持っており、ビットコイン（BTC）やイーサリアム（ETH）のように全ノードが全取引をチェックする方式とは異なる。これらの計算タスクを分離することで、分散化を犠牲にすることなく、より高いスループットをAvalancheに提供している。
ソラナ
Solanaは、スケーラブルな分散型アプリケーション（DApps）をサポートするために設計された革新的な暗号通貨システムです。Solanaの主な特徴は、タワー・コンセンサスがサポートするプルーフ・オブ・ステーク（PoS）コンセンサス・システムです。これはPBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）システムの一種で、悪意のあるノードが存在する場合でも分散ネットワークがコンセンサスに達することを可能にします。
Tower Consensusは、この同期クロックを使用することで、以前のトランザクションのタイムスタンプを計算する必要がなくなるため、トランザクションの検証に必要な計算能力を削減できる。これにより、Solana はほとんどの競合他社よりも優れたスループットを達成できる。
カルダノ
Cardanoは、Proof of Stake（プルーフ・オブ・ステーク）に基づく、分散型でスケーラブルなオープンソースの分散型台帳プラットフォームです。5年以上中断することなく稼働しており、この時代において最も安定し、信頼性が高く、数学的に検証されたブロックチェーンの1つである。カルダノの設立は、スマートコントラクトの起動やDAppsの作成など、同様のタスクを実行するためだった。特に、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）プロトコルの開発と使用は、カルダノを向上させた。
スマートコントラクトを新たなレベルに引き上げ、高い処理能力と取引速度を提供し、すべての参加者がDAppsを利用できるようにし、ブロックチェーンの他の部分との相互運用性の問題に対処する。
バイナンス・スマートチェーン（BSC）
Binance Smart Chain（BSC）は、世界的な大手暗号通貨取引所Binanceが立ち上げたスマートコントラクト・ブロックチェーンネットワークである。高性能で低コストの分散型金融（DeFi）サービスとアプリケーション開発プラットフォームを提供することを目的に、2020年9月に正式にローンチされた。
BSCはBinance Chainと並行するブロックチェーンネットワークで、Proof of Stake（PoS）コンセンサスメカニズムを採用しています。Binance Chainと比較して、BSCはより高い取引スループットと低い取引手数料を持ち、またスマートコントラクト機能を提供することで、開発者は様々な分散型アプリケーション（DApps）やデジタル資産を構築することができます。
ポリゴン
Polygonはイーサリアムのスケーリングネットワークで、イーサリアムネットワークのスケーラビリティ、相互運用性、ユーザーエクスペリエンスの問題に対処することを目的としている。当初はMatic Networkとして知られていたが、Polygonとしてリブランディングされた。
ポリゴンは、様々なテクノロジーやレイヤー構造を採用することで、トランザクションスピードの高速化、トランザクション手数料の低減、ユーザーエクスペリエンスの向上を実現する効率的なソリューションを提供します。
ベース
Baseブロックチェーンは、デジタル資産取引のための効率的、安全、透明なソリューションを提供するプラットフォームであり、ブロックチェーン技術を通じて分散型取引環境をユーザーに提供し、取引の効率性、安全性、透明性を確保する。
結論
分散型台帳技術の発展は、相互接続された暗号トレンドで構成されるエコシステム全体を生み出し、それぞれが驚くべきスピードで進化している。PoSとPoWのコンセンサス・アルゴリズムは、今日最も普及しているアルゴリズムの一つであり、マイニングプロセスの体系化に貢献している。また、将来的には、新しい、より高度なコンセンサス・システムの創造と開発に大きく貢献し、デジタル技術を全く新しいレベルに引き上げることは間違いないだろう。
