プルーフ・オブ・ステークとプルーフ・オブ・ワーク: PoS は PoW よりも優れていますか?

2022年9月のイーサリアムのメジャーアップグレードから1年以上が経過し、イーサリアムはプルーフオブワーク（PoW）コンセンサスメカニズムからプルーフオブステーク（PoS）に移行しました。

この動きは、少なくとも観察者の大多数にとっては目に見える障害もなく行われ、イーサリアムは安定して動作し続け、以前は途中で可能であったよりもはるかに多くのトランザクションを処理できるようになりました (シャーディングと PoS は、イーサリアムのパフォーマンスを向上させることができると主張しています)マージ前の 30 TPS とは対照的に、1 秒あたり 100,000 トランザクション (TPS) を処理できる容量)。

2022年9月のイベントの後、イーサ（ETH）の発行量が減少し、イーサリアムのユーザーとノードがネットワークから逃げていないようだという事実は、マージの認識されている利点の正当性を証明するものであると一部の人は見ていました。

イーサリアムとPoSの側に立つ

付随する記事では、最初の主要な代表としてのビットコインを通して、現在イーサリアムが主な例となっている PoS 代替メカニズムに対するPoW コンセンサスメカニズムの利点について議論しました。

PoW と PoS の詳細と、それらがブロックチェーンベースの暗号で分散型コンセンサスをどのように可能にするかについては、暗号を学ぶ記事「暗号コンセンサスメカニズムの究極ガイド」を参照してください。

この記事では、PoS とマージの支持者がなぜ PoS が PoW に代わるより良い選択肢であると信じているのかを理解するために、イーサリアムと PoS 側の議論を検討します。

プルーフ・オブ・ステーク (PoS) についての概要

本題に入る前に、PoS とは何かについて役立つ概要を説明します。PoS とは、計算能力 (または作業量) ではなく、保有する (またはステーキングされる) 暗号通貨の量に基づく分散型コンセンサスの手法です。

マイナーがトランザクションを検証するために複雑な数学パズルを解くことを競う PoW とは異なり、PoS では検証プロセスに参加するためにバリデーターがデジタルウォレットに一定量の暗号通貨を保持する必要があります。

賭け金はゲームの担保と考えてください。各ラウンド (またはブロック) ごとに、新しいブロックの報酬を誰が獲得するかを決定するために抽選が行われます。賭け金が大きければ大きいほど、宝くじの枚数が増えるため、当選する可能性が高くなります。

PoW に対する PoS の利点は何ですか?

ａ．エネルギー消費

PoW、そして仮想通貨全般に対する最大の批判の 1 つは、エネルギーの消費とそれが地球に与える影響です。気候変動活動家たちは、暗号通貨でのエネルギー使用が原因で地球に引き起こされるエネルギーの無駄と不必要な損害についての変更を要求しています。

PoS は、同レベルの計算能力を必要としないため、PoW に比べてはるかにエネルギー効率が高いと考えられています。 PoW マイナーが必要とする高度に専門化されたコンピューターの代わりに、通常のデバイスやスマートフォンでもバリデーターを実行するのに十分なことがよくあります。

バリデーターは、ネットワーク内のステークに基づいてトランザクションを検証するために選択されるため、マイニング報酬を得るためにますます高まる計算能力の要求と競合する必要はありません。これにより、エネルギー消費が大幅に削減されます。

イーサリアムのPoSは、ビットコインのPoWに必要なエネルギーのほんの一部しか使用しないと言われています。

以下は、イーサリアム公式ウェブサイトから引用した、エネルギー消費量 (電力の観点から) を比較した表です。

	年間エネルギー消費量 (TWh)	PoS（イーサリアム）の倍数
ビットコイン	130	50,000倍
金鉱採掘	240	92,000倍
YouTube	244	94,000倍
Netflix	94	36,000倍
ペイパル	0.26	100倍
アメリカでのゲーム	34	13,000倍
マージ前のイーサリアム (PoW)	78	30,000倍
イーサリアム (PoS)	0.0026	1x

スピード

速度の点では、PoS ネットワーク上のトランザクションの確認は、一般に PoW で行われるトランザクションよりもはるかに高速です。

PoS では、バリデーターがブロックを指名するときにブロックが決定されるため、採掘者が実際に複雑なパズルを解いて新しいブロックを作成する必要がある PoW とは異なり、非常に長く待つ必要はありません。

PoW では、ビットコインネットワーク上で、トランザクションは平均して 10 分ごとに確認を受け取ります。 PoS では、イーサリアムネットワーク上でトランザクションは 12 秒ごとに確認を受け取ります。これは、イーサリアムではすべてのブロックが 12 秒単位のスロットで決定されるためです。

PoS はまた、スケーラビリティのための新しいテクノロジーへの道を開きます。この用語は、暗号通貨でよく使用される用語で、トランザクションを処理する容量という点でネットワークがどれだけ大きく成長できるかを意味します。イーサリアムではオフチェーン容量を可能にするレイヤー 2 ソリューションが人気ですが、シャーディングと呼ばれるものの実装も計画しています。

このようにして、ネットワークは自身をより小さな「シャード」に分割し、それぞれに独自のアカウント、スマートコントラクト、トランザクションが含まれ、ネットワーク全体ではなく各シャードで発生するトランザクションを処理および保存します。

これにより、TPS が 100,000 まで増加すると考えられています。

では、PoS は PoW よりも優れているのでしょうか?

現在目に見えて定量化できる側面、つまりエネルギー消費とトランザクション容量が最も明白であることから、PoS は仮想通貨にとって優れたソリューションであるように見えます。

それほど費用もかかりませんし、早いです。

争点は実際にはセキュリティです。攻撃からネットワークを保護するのに優れているのはどのモデルでしょうか?

PoW は、「成功するにはコストが高すぎる」という議論を非常にうまく提示しています。なぜなら、ビットコインのようなネットワークを破る唯一の方法は、誠実な主体よりも多くの労力を費やすことですが、これは現実的に考えるとコストがかかりすぎるからです。

このように考えると、PoS の方が弱いように見えますが、イーサリアムなどは、PoS では攻撃後の再組織化が (コストの理由で) はるかに簡単であるため、実際には悪役の検出と処罰がより簡単であると考えています。

保守的なブロックチェーンの理念である分散化は、PoW と PoS の支持者が意見を異にするもう 1 つの要因です。

PoW は、ブロックチェーン内の正しいチェーンがどれであるかという客観的な視点を意味しますが、PoS は主観的であり、アクションに同意するために信頼できるバリデーターのグループに依存します。この意味で、PoS のバリデーターのグループは事実上カルテルであるため、高度に集中化されていると多くの人が主張しています。

しかし、同じ議論はビットコインのPoWにも当てはまり、大規模なマイニングプールが寄与するコンピューティングパワーの膨大な部分を制御している。

結局のところ、平均的な消費者にとって、PoS と PoW には表面上、使用に影響を与えるような違いはほとんどありません。

PoW と PoS はどちらも、十分なセキュリティ、つまり PoW の場合はコンピューティング能力、PoS の場合は経済的価値を確保していない場合、ネットワーク攻撃の影響を受けやすくなります。ビットコインとイーサリアムはどちらも十分な大きさがあり、多様かつ多数のバリデーターやマイナーがネットワークを保護しています。