真相を解明しましょう。 PoSは本当にPoWより優れているのでしょうか？

「PoSが引き続き普及するにつれて、近い将来にPoSの割合がPoWの割合を上回ることが予想されます。」

ステーキングと PoS (Proof of Stake) をより深く理解するために、この記事では、現在最も主流のコンセンサス メカニズムである PoW (Proof of Work) と比較します。

現在、ほとんどのパブリックチェーンはPoWを使用していますが、PoSがますます注目されるにつれて、近い将来、PoSの割合がPoWを上回ることが予想されます。

新たに立ち上げられたパブリックチェーンのほぼすべてが現在 PoS をベースとしており、2 番目に大きいパブリックチェーンである Ethereum でさえ、次のメジャーアップグレードで PoS に切り替える予定です。これはなぜでしょうか? PoSは本当にPoWより優れているのでしょうか？

確かに、PoS はいくつかの点で PoW よりも優れています。以下では、この2つをいくつかの側面から比較・分析していきます。

1. PoSの定義

まず、基本的な考え方を説明しましょう。

| PoW と PoS は、分散型ネットワークにおけるコンセンサスとコンセンサス維持者への報酬を決定する 2 つの異なるアルゴリズムです。

言い換えれば、PoW と PoS は、ネットワークにインセンティブを提供し、リソースを提供するコンセンサス維持者に報酬を与えるために新しいコインを発行する方法を説明しています。これらのコインの価値はリソース（マイニングマシン、ASIC チップ、一定数のコインなど）によって裏付けられており、報酬を得るための前提条件は誠実な行動を取ることです。これは、BTC、ETH、XTZ のいずれの場合にも当てはまります。

こう言う人もいるかもしれません: 特定のリスクを負いながら、ネットワーク内で特定のリソースを提供またはロックすることは、ステーキングによく似ています。はい、その通りです！

PoW は実際には PoS のロジックを使用して理解できます。マイニング機器と電気を購入するためにお金を使うことは、一種のステーキングに相当します。さらにまとめると、ステーキングは伝統的な経済形態、つまり資本を投資して利益を得るものであると言えます。

この理解は場合によっては間違っていませんが、2 つの定義とその根本的な違いに戻りましょう。

PoW ネットワークのセキュリティはハッシュパワーによって実現されます。理論的には、ハッシュパワーが大きければ大きいほど、利益は大きくなります。詳細については、ビットコインマイナーとマイニングプールを参照してください。

PoS のセキュリティは住宅ローン経済の価値から生まれます。理論的には、ステーキングの量が多ければ多いほど、リターンも高くなります。 (「理論的には」と言うのは、バリデータの選択がランダムであるため、過度の集中化を回避できるからです。)

すべてのコンセンサス プロトコルは異なりますが、比較できる基本原則がいくつかあります。

次に、開発動向、スケーラビリティ、ネットワークセキュリティ、分散化、コスト、ガバナンス、コミュニティ参加、コールドスタート、環境保護の観点から、PoW と PoS を比較します。

2. 開発動向

PoS は PoW よりも歴史が短く、市場全体のシェアも小さいですが、急速に発展しています。

実際、時価総額上位 30 位の暗号通貨のうち、EOS、Stellar、Tron、Dash、Neo、Binance Chain、Ontology、Tezos、NEM、VeChain、Waves、Qtum、Decred、Lisk など 13 種がすでに PoS または PoS に似たプロトコルを使用しており、さらに 3 種 (ETH、Cardano、OmiseGO) が PoS への移行を進めています。

これは、市場の上位 30 通貨の半分以上が PoS を使用していることも意味します。さらに、ほぼすべての第 2 層ソリューションはステーキング メカニズムを使用しています。ビットコインのライトニング ネットワークも PoS の一形態と見なすことができます。一部のリレー ノードがビットコインをステークし、チャネルを通じてユーザーが取引できるように支援し、そこから手数料を獲得します。

• ステーキング時価総額: > 160億ドル

• ステーキングでロックされた合計価値: > 50億ドル。

• PoS市場シェア: 9.80%

• BTCとETHを除くPoS時価総額: 26.6%

(出典: Stakingrewards.com 2019年4月29日)

これらの数字は増え続けており、今年末までに PoS チェーンの総額は 500 億ドルに達すると予想する人も多くいます。 Binance Chain、Cosmos、Polkadot がさまざまなプロジェクトを PoS ブロックチェーン プロトコルに移行し、ETH 2.0 がリリースされたことで、PoS チェーンの合計価値はこの規模を超える可能性があります。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）が徐々に市場を席巻しつつあるようです。

スケーラビリティ

スケーラビリティについて話すときは、トランザクションのスループットとトランザクションの確認時間を考慮する必要があります。

トランザクション スループット: ブロック時間とブロック サイズによって、ネットワークのトランザクション スループットが制限されます。 PoW メカニズムを使用するビットコインのブロック時間は約 10 分ですが、他の通貨はそれよりも短くなります。イーサリアムは15秒まで短縮できます。ブロック時間が短くなるにつれて、トランザクションのスループットもわずかに増加します。

PoS コンセンサス維持者 (バリデーターやブロックプロデューサーなど) の共同の取り組みにより、ブロック時間が大幅に短くなるため、トランザクションのスループットは平均して PoW よりもはるかに高くなります。

たとえば、Tezos はすでに 1 秒あたり 40 件のトランザクション (40 TPS) を達成できます。 DPoS (委任型ステーク証明) の EOS と TRON は、1,000 TPS を超えるトランザクションを処理することもできます。

(出典: https://blocktivity.info/ )

トランザクション確認時間: トランザクション確認時間も、特にビジネス環境においてブロックチェーンのスケーラビリティを測る重要な指標です。 PoS コンセンサス メカニズムでは、トランザクションがより高速になり、シナリオによってはほぼリアルタイムで確認することもできます。

4. ネットワークセキュリティ

ご存知のとおり、ビットコインは2009年にPoWの先駆者として立ち上げられ、10年以上安定して稼働しています。その後、他の多くのデジタル通貨も PoW コンセンサス メカニズムを採用しました。過去 10 年間で、PoW は複数の攻撃に耐えてきたパブリック チェーンの設計テンプレートとなり、その信頼性とセキュリティが実証されました。

短期的には、PoW はマイニングの独占によって脅かされる可能性があり、外部機器を購入することで計算能力が高まり、51% 攻撃が開始される可能性があります。しかし、ビットコインの場合、そのような攻撃を実行するためにハッシュパワーを購入することはほぼ不可能ですが、VergeやETCなどの一部の小規模PoWチェーンでは実現可能です。

ビットコインに対して 51% 攻撃を仕掛けるコストを見積もるには、まずハードウェアと電気のコストを考慮する必要があります。

• 総ハッシュレート: 50,000,000 TH/s

• Antminer S9 現在の価格: 300 ドル

• Antminer S9 ハッシュレート: 13 TH/s

• 51% 攻撃のハードウェア コスト: 1,153,846,153 米ドル (ネットワーク価値の約 1.11%)

PoS とステーキングはまだ新しいものです。 PeerCoinやArdorのようなコインは長い間存在していましたが、最初の主流のPoSチェーンであるTezosは2018年の夏まで立ち上げられませんでした。

PoS コインは厳密なストレステストが行​​われていないため、どのような問題に直面する可能性があるかはわかりません。

PoS が直面する可能性のある攻撃の一部を以下に示します。

長距離攻撃

長距離攻撃とは、攻撃者がジェネシス ブロックから始まる長いブロックチェーン ブランチを作成し、現在の正当なメイン チェーンを置き換えようとすることです。このブランチにはメインチェーンとは異なるトランザクションやブロックが含まれている可能性があるため、この攻撃は履歴置換攻撃または履歴上書き攻撃とも呼ばれます。

非営利団体への攻撃

何も賭けない攻撃

PoS ネットワークもノーステーク攻撃の対象となります。 PoW とは異なり、PoS で複数のチェーンを実行するコストは非常に低く、バリデータはコンセンサス プロトコルに違反する損失を被ることなく複数のチェーンに投票できます。

51% 攻撃

51% 攻撃

51% 攻撃を開始するには、コイン総数の 51% を保有する必要があると思われるかもしれませんが、一部の PoS ネットワークでは、このような攻撃を開始するには、賭けられた資金の最低 33% しか必要ありません。

そして、他の人の投票を吸収できれば、攻撃者は攻撃を開始するために自分のコインを使用する必要さえありません。買収や賄賂によって票を獲得することさえ可能です。

もう 1 つのポイントは、私が言及した 33% は PoS コインの総供給量の 33% ではなく、ステーキング プールの 33% であるということです。このように計算すると、51% 攻撃を開始するために必要なコインの量は少なくなります。

ステーキング参加率が低い

低いステーキング参加

前述のように、一部の PoS ネットワークでは、資金プールでアクティブなコインの 33% のみをステークすることで 51% 攻撃を開始できます。たとえば、ステーク率が 25% の場合、33% * 25% = 1/12 となり、攻撃を開始するには PoS コインの総供給量の 1/12 のみが必要であることを意味します。

秘密鍵攻撃

秘密鍵攻撃

インターネットに接続して秘密鍵を取得すると、攻撃者は賭けられた資金の所有権とトランザクションに署名する権利を取得します。秘密鍵がステーキング資金のすべてを直接制御しない場合でも、秘密鍵を取得すると検証とステーキングの力が得られ、攻撃を開始しやすくなります。

したがって、PoS ネットワークにおける主要なセキュリティ リスクは、ネットワーク価値 (ステーク) をバリデーターに転送するプロセスにあり、高度な集中化とネットワーク攻撃につながる可能性があります。十分なリソースがあれば、投票を購入したりバリデーターのカルテルを結成したりすることで攻撃を仕掛けることが可能です。

LISKでも同様の状況が発生しており、バリデーターがインセンティブシェアを操作するために複数の組織を設立しています。 EOS のバリデーターは、投票者がいかなる報酬も受け取ることができないことを規定する EOS 憲法も策定しました。

上記の攻撃にご注意ください。一部の PoS は設計当初からこれらの攻撃に対する予防策を講じているかもしれませんが、PoS はまだ実際のストレス テストを受けていません。

Elastos のようなハイブリッドなコンセンサス メカニズムも登場し始めています。セキュリティ上の理由から、マイニングではビットコインを親チェーンとして使用し、EOS と同様の DPoS コンセンサス アルゴリズムも備えています。このようなハイブリッドなコンセンサスメカニズムも検討する価値があります。

5. 分散化

捕虜

PoW マイニングは機械や設備に依存しており、参入障壁が高く、その技術は少数の企業によって独占されています。

ASIC チップの購入は長期投資であり、PoS 資金ほど流動性が高くないため、マイニングも難しい取り組みです。

さらに、マイニングの利益は現在非常に低く、ハードウェア技術と安価な電力を持つ大企業だけが利益を上げることができます。

ポス

PoW とは異なり、PoS コンセンサス メカニズムの中核はネットワーク内のコインです。これらのコインは取引所やOTC市場で大量に購入することができ、マイニングで入手する必要がないため、ステーキングに参加するためのハードルはほとんどありません。 PoSコンセンサスメカニズムでは、スーパーノードはネットワークの実行と維持によって報酬を得ることができるため、ノードを実行する動機は非常に高くなります。

誰もがノードを実行する意思や能力を持っているわけではありませんが、PoS ではすべてのコイン保有者がノードを実行せずに投票し、コンセンサスに参加できるため、ステーキング メカニズムは分散化にとって重要です。

しかし、PoSコンセンサスメカニズムの下では、金持ちは常にさらに金持ちになると思いますか? PoW と比較すると、そうではありません。 PoW コンセンサス メカニズムでは、「金持ちはさらに金持ちになる」という法則がより明白になります。裕福なマイナーは、ASIC マイニング マシンを大量に購入できます。彼らは資源上の優位性を持ち、高い収益を享受しています。 PoW の大規模マイナーは規模の経済による利益を享受します。しかし、PoSステーカーの場合、線形リターンしかありません。

（出典：3IQリサーチグループ）

6. コスト

コストについて議論する際には、次の 3 つの側面を考慮する必要があります。

1. オンチェーン取引コスト

2. ブロックチェーンを維持するための資本コスト

3. バリデーターやマイナーへの補償に必要なインフレコスト

オンチェーン取引コスト

パブリック チェーンにデータを保存するには、各バイトをブロックチェーン ネットワーク内のすべてのノードに送信して保存する必要があるため、非常にコストがかかります。

PoW コンセンサスでは、ビットコイン取引のコストは取引あたり約 1.91 ドル、イーサリアム取引のコストは取引あたり約 0.1 ドルです。取引コストは通貨価格の上昇と下降に応じて変動します。強気相場の最高値のある時点で、ビットコインとイーサリアムの取引手数料はそれぞれ54.9ドルと5.5ドルまで達した。

PoSコンセンサスでは、取引手数料ははるかに低くなります。 Tezos を例にとると、取引手数料は 1 取引あたり約 0.01 ドルで、Cosmos などの他の PoS コインも同様です。

それでは、ブロックチェーンを維持するためのコストを見てみましょう。

ブロックチェーンの維持コスト

PoW ではハードウェアと電気のコストが高額になりますが、PoS ではバリデーターになるには安全で正常に機能するデバイスとごくわずかな電気コストのみが必要です。

ビットコイン ネットワークでは、ハードウェアの年間メンテナンス コストは約 20 億ドル (このハードウェアの寿命は約 18 か月)、電気代は約 40 億ドル (電気は 1 キロワットあたり 0.08 ドルで計算) です。

つまり、PoW ネットワークを正常に動作させるには、ネットワークの総価値の 6.5% を投資する必要があるということです。 PoS ネットワークでは、メンテナンスコストはネットワークの総価値のわずか 0.1% を占めます。

インフレのコスト

PoS ネットワークではインフレ率は約 6% ですが、PoW ネットワークではインフレ率は約 4% です (あくまで推定値)。

ブロックチェーンのインセンティブ設計により、時間の経過とともにインフレが軽減されます。 PoWはPoSよりも長く存在しているため、両者のインフレレベルは同様であり、今後PoSのインフレ率はますます低くなると言えます。

PoW ネットワークでは、マイナーではない投資家はインフレに抵抗する良い方法がありませんが、PoS ネットワークでは、コイン保有者はコインツーコインを通じて一定の利益を得ることができます。

七。ガバナンス

PoW ネットワークでは、プロトコル ガバナンスは複数の当事者に分割できます。

1. マイナー：取引情報が確認されたかどうか、どのチェーンをマイニングするかを決定する

2. ユーザー: どのプロトコルを受け入れ、どのエコシステムを使用するかを決定する

3. 財団：さまざまな開発組織間で資金をどのように配分するかを決定する

4. ノード: 実行するソフトウェアを決定し、APIを通じてユーザーにサービスを提供します。

PoW ネットワークでは、PoW の投票権を定量化することが難しいため、誰が最も多くの投票権を持っているかを判断するのは困難です。しかし、ネットワークを維持し、膨大なリソースとネットワークを管理するためには、すべての関係者の間で合意が得られる必要があります。 PoW ネットワークのガバナンスの透明性が欠如しているため、プロトコルの設計とアップグレードのプロセスが遅くなります。

PoS ガバナンスも上記のグループ間で分散されていますが、ガバナンス メカニズムはより体系的であり、1:1 投票という単純なルールに従うことができます。

さらに、PoS ネットワークでは、オンチェーン ガバナンスを実装できます (実際、これは PoW ネットワークでも実現できますが、まだ試みられていません)。オンチェーンガバナンスにより、プロトコルを作成したり、プロトコルの改善を提案したり、オンチェーンで投票したりできるようになります。オンチェーン投票の結果に基づいて、合意を自動的に実行できます。現在、Tezos はこのオンチェーン ガバナンス メカニズムを採用しています。

PoS ガバナンス投票の他の例としては、次のものがあります。

• EOS

• 宣言

• ダッシュ

• コスモス

PoS ガバナンスにおける明確で透明な投票設計により、プロトコル変更の迅速な実装が容易になります。

8. コミュニティへの関与

PoW マイナーは伝統的なビジネス思考を持ち、慣れ親しんだ伝統的なビジネス モデルに投資することを好みます。彼らにとって、採掘は工場での製造業に似ています。採掘設備は生産設備です。技術が進歩すればするほど、効率は高まります。安価な電力は採掘にとって不可欠な資源であり、これらのビジネスモデルは、従来の工場が鉄鋼価格に依存しているのと同じように、市場価格に依存しています。

もちろんリスクはあります。暗号通貨の価格が下落すると、マイニングが採算が取れなくなる可能性があります。しかし、ほとんどの場合、すべてのコインを市場価格で販売することで利益を得ることができます。

今日のマイナーのほとんどは、マイニング機器や電力といった一定のリソースを持っている人々であり、コミュニティに参加する動機を持つことはほとんどありません。通貨の価値を本当に信じているなら、直接投資することで莫大な利益を得ることができます。現在、ビットコインへの直接投資による収益はマイニングによる収益を上回っており、この傾向は長期的には変わらないと考えています。

対照的に、PoS のバリデータは投資家のようなものです。保有するデジタル通貨の背後にある技術を深く理解し、プロトコルの開発に貢献する必要があります。大規模な PoS 通貨には通常、独立した研究チームがあります。

より多くの投票を得るために、これらのバリデータは通常、大量のコインを保有する必要があります。ステーキングまたはステーキング サービスを提供することにより、これらの資金は一定期間ロックされます。資金の一部を使用したい場合、すべての顧客へのサービス提供を継続できなくなる可能性があります。

このようにして、バリデーターはテクノロジーと価値を推進する意欲がより高い長期投資家になります。インセンティブが高ければ高いほど、投資額も大きくなります。

これは、VC が投資先の企業にサポートを提供する初期段階のスタートアップ投資のようなものです。この比喩はマイニング投資理論を鮮やかに要約しており、Coinfund によって使用されたことで広く知られるようになりました。

9. コールドスタート

パブリックチェーンを立ち上げる最良の方法は何ですか?パブリックチェーンの採用と資金調達においてトークンが果たす役割を考えると、一般の人々がどのようにトークンを入手できるのかを検討する必要があります。

PoW チェーンの起動は非常に簡単です。当初はPoWの発行量は0で、マイニングを通じて誰もが平等に参加する権利を持っていました。このプロセスは比較的単純で、平等かつ透明性があるように見えます。

継続的なプロトコルの研究開発をサポートするために、Zcash のように開発基金を設立し、ブロック報酬のごく一部を開発者に直接授与することができます。

PoS ネットワークのコールド スタート (ブートストラップ) はさらに複雑です。当初から複数の当事者が株式の一部を保有することが求められ、ICO比率は発行前に決定されます。

最も一般的な方法はトークン発行（ICO、IEO、またはその他の形式）であり、元のトークン供給が投資家、開発チーム、財団、取締役会などに販売または配布されます。

当初の株式分配に参加する大口投資家は参入障壁が高く、多額の利益も得られるため、このタイプのトークン発行は一般的に公平ではなく、コミュニティ内の一般投資家にとってより多くの制約があります。

トークンの権利確定期間は不透明であることが多く、頻繁に変更されます。これは、投資家の利益が薄れる可能性があるが、投資家は依然として何も知らされないままであることを意味します。

トークンを発行する別の方法はエアドロップです。エアドロップでは、人々は直接投資することなく一定量のトークンを受け取ります。このトークンのエアドロップは通常、受信者の知らないうちに、総額と比較するとほとんど無視できるほどの極めて少量で行われます。透明性が欠如しているため、これも最善のアプローチではないようです。

さらに、他のコールドスタート方式もいくつか登場していますが、まだ初期段階であり、現時点で結論を出すのは困難です。その 1 つは、Cosmos によって導入された「クロスチェーン エアドロップ」に似た概念で、ハード スプーンを通じて実現されます。つまり、PoW または PoS チェーン上のデジタル通貨アカウント残高を新しい PoS チェーンにコピーすることで、このチェーン上の新しいデジタル通貨は相互運用可能になり、ステーキングに使用できるようになります。

「ハードスプーン: 既存のブロックチェーン ネットワークの状態に基づいて新しいチェーンが形成されます。新しいチェーンは元のチェーンと競合せず、より広いアクセスを提供します。」テンダーミントの創設者、ジェ・クォン氏

10. 環境保護

パブリックチェーンを保護するためのコストを見ると、PoW は PoS よりもはるかに高価です。結局のところ、機器と電気のコストが非常に高くなります。この観点から見ると、PoW は明らかに環境に優しいものではありません。

それでも、得られる価値に比べれば、消費される電力はごくわずかだと考えています。私たちが得るのは、分散型で、グローバルで、改ざん防止機能があり、非常に安全な元帳です。金採掘のコストや既存の金融システムのコストと比較すると、PoW のコストはそれほど高くありません。環境への影響だけを考えれば、PoS の方が環境に優しいので優れていることは認めます。

結論は

この記事では、PoW と PoS をいくつかの側面から比較します。どちらも完璧ではなく、将来的に世界を統一するための合意メカニズムは決して存在しないでしょう。

私たちは、最終的には少なくとも 1 つの PoW チェーンが存在すると強く信じており、それはおそらくビットコインになるでしょう。 PoW チェーンは比類のないセキュリティと不可逆性を提供し、グローバルな決済レイヤーおよび真実の源として機能します。ビットコインには多くの期待が寄せられていますが、多くの論争もあります。

ますます多くの新しいブロックチェーン プロトコルが PoS セキュリティ モデルを採用し始めており、Ethereum が徐々に PoW から PoS に移行するにつれて、PoS の割合も大幅に増加するでしょう。

ほとんどの第 2 層ソリューションも PoS を採用しているため、ステーキングはブロックチェーンの世界でホットな話題となっています。

Cosmos や Polkadot のようなインタラクティブでアプリケーション指向の PoS チェーンを見ると、PoS が Bitcoin、Monero、Zcash などの一部の PoW チェーンと接続していることがわかります。これらの PoW チェーンは、独自のゾーン、パラチェーン、ブリッジを持つか、それらに接続して間接的にステーキング経済の一部になる必要があります。

まとめると、PoS が台頭した理由は次のとおりです。

1. インフレによって薄められることなくステーキング収入を得ることができる

2. コンセンサスに参加するための参入障壁が低い

3. よりスケーラブル

4. 規模の経済性はなく、より分散化されている

5. ブロックチェーンの維持コストが低い

6. 1:1投票、より透明性の高いガバナンス

7. コンセンサス維持者（バリデータなど）とコミュニティに対するより高いインセンティブ

8. より環境に優しい

上記の利点には、一定の価格とコストが伴うことを言及する価値があります。 PoS には現在、PoW のような追跡可能な履歴データがありません。将来、市場全体が成熟するにつれて、PoW と PoS の開発軌道はますます完成し、私たちにとって学びやすくなるでしょう。もちろん、アルゴリズムが 1 つだけではないのと同じように、1 つのチェーンが世界を支配するような状況は起こりません。 Decred のようなハイブリッド PoS+PoW システムはますます人気が高まる可能性がありますが、それはまた別の話題です。