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PoSとは

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PoSとは、Proof-of-Stakeの略で、ブロックチェーンにおけるコンセンサスアルゴリズムの一種です。簡単に言えば、多くの資産を保有することで報酬が得られるようになる、ブロックチェーンの仕組みです。PoSは、既存のコンセンサスアルゴリズムの抱えていた課題を解決する新たな手段として注目を集めています。

PoS誕生の背景

暗号資産の時価総額トップのビットコインでは、Proof-of-Work（PoW）と呼ばれる別の方式が使われています。一方、第二位のイーサリアムでは、「イーサリアム2.0」の開発に伴いPoWからPoSへの移行が進められています。

PoWもPoSも、ブロックチェーンの整合性を維持するための方法であるコンセンサスアルゴリズムのひとつです。コンセンサスは「合意」を表すもので、暗号資産の二重支払いなどを防ぐ仕組みとなっています。

暗号資産はオンライン上のデジタル通貨であるため、利用者がコインを2回以上使うことができてしまった場合、その通貨は無価値となり、システム全体が台無しになります。特に、銀行や政府といった中央機関が存在しないため、各ユーザーがどれだけのお金を持っているか、どのように使っているか、誰に支払っているか、などを把握できないデジタル通貨では、記録管理が複雑となります。

この問題を最初に解決したのがビットコインネットワークのPoWです。ビットコインの生みの親であるサトシ・ナカモトは、管理者不在の分散型マネーを初めて実現しました。

ブロックチェーンを実行するすべてのノード（コンピュータ）が取引の検証を行い、ネットワーク全体の51％以上の合意が取れた時、正当な取引だけがブロックに追加される仕組みです。そうすることで、ハッキングやデータの改ざん、二重支払いなどの問題を防ぐことが可能となりました。

PoWでは、ネットワークの取引処理を助けるために、マイナー（マイニングをする人）がマシンの処理能力を使って複雑な数学的パズルを解き、新しいトランザクションを検証します。彼らの仕事は、取引が正当なものであるかを確認することです。

最初にパズルを解いたマイナーは、ブロックチェーンに新しいトランザクションを追加します。そして、この作業の報酬としてネットワークで使用されている暗号資産を得ることができるという仕組みです。

しかし、この方式には問題もありました。この作業には複雑な計算式を処理することのできる高性能マシンを揃える必要があり、また検証プロセスで膨大なエネルギーが消費されるため、ユーザーやネットワーク全体に大きく負担がかかります。ビットコインネットワークだけでも、アルゼンチン全体の年間電力消費量を上回っていることが明らかになっています。

イーサリアムコミュニティでは、こういったマイニングによるCO2排出量の根本的削減を目指し、新たなコンセンサスアルゴリズムへの移行を進めてきました。

PoSの特徴

PoSとは、現在もアップデートが行われている「イーサリアム2.0」で採用されているコンセンサスアルゴリズムです。イーサリアムブロックチェーンのネイティブ暗号資産であるイーサ（ETH）を一定期間ステーク（保有）することで、ブロックチェーンのセキュリティに貢献し、ネットワークから報酬を得ることを指します。

ステーキングを行う人は「バリデーター」と呼ばれます。イーサリアムのPoSでは、バリデーターは少なくとも32ETHをロックアップする（使うことができないように預ける）必要があります。ブロックチェーンは、このロックされた暗号資産を使用してネットワークを保護します。

イーサリアム財団によると「新しいPoSシステムにより、検証プロセスで消費されるエネルギー量が99%以上削減される」とされています。エネルギー消費量が大幅に削減される理由の一つは、PoSバリデーターに必要となるハードウェアは、PoWのマイニングに必要となる高度なハードウェアよりも大幅に安く、一般ユーザーでも簡単にアクセスできるためです。つまり、ステーキングはマイニングとは異なり、日常的に使用するコンピューターで行うことができるため、電力を大量に消費するマイニング機器が不要となります。

この結果、エネルギー消費を大幅に抑えながらも、より多くの人がイーサリアムノードに参加することになり、さらなる分散化とハッキングへの耐性が高まるとされています。また、ブロックチェーンの安全性を確保するために多くの計算能力を必要としないことも利点の一つです。

バリデーターはどのように選ばれるのか

ネットワークは、ステーキングを行うバリデーターをランダムに選出します。さらにバリデーターは、128人からなる委員会によってランダムでグループ分けされます。バリデーターは、新しいブロックがブロックチェーンに追加されるたびに、提案されたブロックが正しいことを「証明」するための複数の委員会を組織します。

バリデーター委員会がブロックに割り当てられると、グループ内のランダムな1人のメンバーに新しいブロックを提案する独占権が与えられ、残りの127人のメンバーはその提案について投票し、取引を検証します。委員会の過半数が新しいブロックを承認すると、ブロックはチェーンに追加されます。検証者は、ブロックを作成することと、他のブロックが作成されたことを証明した場合に、その両方に対して報酬を受け取ります。

もしバリデーターがオフラインであったり、正しい検証作業を行っていない場合は、ペナルティを受けることになります。また、もしバリデーターがネットワークを攻撃しようとすれば、ステークした資産を失うことになります。

PoWでは、計算能力が高ければ高いほど貰える報酬も増えます。一方PoSでは、多くの資産（イーサリアムの場合はイーサ）を持つことで、より多くのブロックを獲得できる可能性が高くなります。つまり、PoSは、ユーザーがどれだけの「賭け金（ステーク）」を持っているかを「証明（プルーフ）」する仕組みになります。

PoSに関するよくある疑問

①PoSはPoWより優れているのか

必ずしもそうではありません。PoSには少なからず批判が寄せられています。その理由の1つは、PoSの優位性を説明するものは多くあるものの、まだ開発段階の途中であり、効果が証明されているものがあまりないからです。しかし、もしPoSが機能することが判明した場合、PoWよりも環境に優しく、効率的な代替手段となるとされています。

②PoSは安全か

上記の質問に対する回答が示すように、PoSが安全であるかどうかはまだ判断がつきません。PoSに対する意見の中には、このシステムが寡占化を招く危険性があると主張しているものもあります。

ブロックチェーンは管理者を持たないことが前提ですが、PoSは最も多くのステーキング資産を持つユーザーがシステムに対して最も大きな力を持つため、意図せずブロックチェーンが集権化の方向に戻ってしまうことが懸念されています。

③イーサリアムがPoSに移行するのはいつになるのか

イーサリアムにPoSが本格的に導入される時期はまだ不明です。PoSは、イーサリアムのアップデートであるイーサリアム2.0の一環として、徐々に実装されています。

イーサリアム2.0は、大きく3つのフェーズに分かれており、第1フェーズは2020年12月1日にローンチされました。第2フェーズは2022年の第一四半期または第二四半期になるとされています。第3フェーズは2022年以降になるとされていますが、具体的なスケジュールの目処はまだ立っていません。

まとめ

PoSは、イーサリアムが移行を発表したことで大きく注目を集めるようになりました。またPoWは消費電力が大きく、ブロックチェーンが持続可能なものになるためにも、立ち上げ当初からPoSを選択するプロジェクトも増えています。

PoSにはまだまだ課題も多く、一概にPoWよりも優れているとは言えません。メリットデメリットを整理し、今後より適切な用途として定着するようになっていくことが期待されます。

監修者: 株式会社techtec リサーチチーム

株式会社techtec「学習するほどトークンがもらえる」ブロックチェーンのオンライン学習サービス「PoL(ポル) 」を運営。日本発のブロックチェーンリーディングカンパニーとして、世界中の著名プロジェクトとパートナーシップを締結し、海外動向のリサーチ事業も展開している。Twitter：@PoL_techtec

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