プルーフオブステークの理解：ブロックチェーンネットワークを再構築する主導的なコンセンサスモデル

プルーフオブステークが今日重要な理由

プルーフオブステークは、現代のブロックチェーンの大多数に選ばれるコンセンサスメカニズムとなっています。ビットコインを超えて暗号通貨に関与しているなら、ほぼ確実にPoSベースのネットワークとやり取りしていることになります。それにもかかわらず、その広範な採用にもかかわらず、メカニズムは不透明に思えることがあります—特に異なるプラットフォームで展開される無数のバリエーションを考えると。このガイドは、すべてのプルーフオブステークシステムを結びつける基礎的な概念を探ることで、その複雑さを解消します。

コアの違い: ステーキングとコンピューティングパワー

2011年にBitcointalkフォーラムでプルーフオブワークの代替として導入されたプルーフオブステークは、ネットワークがコンセンサスに達する方法を根本的に変えます。参加者がマイニングハードウェアに投資して計算パズルを解く必要がある代わりに、PoSバリデーターは単に暗号通貨トークンを担保としてロックします—彼らの「ステーク」。

このシフトは深い影響をもたらします。ブロックチェーンの検証におけるエネルギーの足跡は劇的に減少します。なぜなら、ネットワークは計算を行う物理的なマシンの軍隊に依存しなくなるからです。バリデーターのネットワークへの影響は、彼らの計算リソースではなく、金銭的なコミットメントに関連しています。この洗練された再設計は、環境に妥協することなくブロックチェーンがスケールアップする道を開きました。

プルーフオブステークが実際に機能する方法

新しいブロックの検証が必要な場合、ネットワークは利用可能なプールからバリデーターを選ぶために擬似ランダム選択プロセスを採用します。アルゴリズムは、各バリデーターのステークのサイズ、トークンがロックされている期間、および意図的なランダム化の要素など、複数の変数を考慮します。

プルーフオブワークシステムのようにブロックを「マイニング」するのではなく、バリデーターはそれらを「フォージ」します。選択に勝ったバリデーターは、提案されたブロック内のトランザクションを検証し、それにサインしてチェーンに追加します。このサービスに対して、彼らはトランザクション手数料と潜在的なトークン報酬を受け取ります。バリデーターの役割を終了した場合、彼らのステークしたコインと蓄積された報酬は、グレース期間後に返却されます—ネットワークが不正なブロックが提出されていないことを確認できるようにするためです。

実践における選択メカニズム

ランダム化プロセスは、単一のバリデーターが無期限に支配するのを防ぎます。これを示す2つの一般的な選択方法があります：

ランダム化ブロック選択は、最も低いハッシュ値と最も高いステークを組み合わせたノードを探します。ステークの額は透明であるため、他の参加者はしばしば次に選ばれるバリデーターを予測することができます。

コインエイジ選択は異なり、トークンがステークされている期間に基づいてバリデーターの優先順位を決定します。計算は、ステークされた日数にトークンの数量を掛け合わせます。バリデーターがブロックを生成すると、そのコインエイジはゼロにリセットされ、次のブロックを試みる前に待機する必要があります。このスロットルにより、裕福なバリデーターがブロック生成を独占することを防ぎます。

バリデーター報酬構造

各ブロックチェーンはプルーフオブステークを実装する際に、最大の効率とユーザーの利益のために独自のルールセットを設定します。ブロックをフォージするために選ばれたバリデーターは、トランザクションの有効性を確認し、ブロックをチェーンに追加し、報酬を集めます。一部のネットワークは純粋なトランザクション手数料収入を提供し、他のネットワークはインセンティブを強化するために新たに発行されたトークンを追加します。

このメカニズムは、バリデーターの不正行為に対する強力な財政的抑止力を生み出します。ネットワークが不正行為を検出した場合、バリデーターは自分のステークの一部またはすべてと、将来の収益権を失います。このペナルティは、通常、不正による短期的な利益を超えます。このシステムは、経済的な整合性を通じてセキュリティを達成します。バリデーターは、ネットワークが誠実に機能する場合のみ利益を得るのです。

プルーフオブステークが主要ネットワークを支える場所

イーサリアムは、ビーコーンチェーンのマージを通じてプルーフオブステークへの移行を完了し、歴史的にマイニングに依存していたことを脱却しました。今日、イーサリアム以降に立ち上げられたほぼすべての重要なブロックチェーンは、PoSまたはそのバリアントを採用しています:

• ソラナ
• アバランチ
• ポルカドット
• BNBチェーン
• BNBスマートチェーン

この優位性は、PoSが現代のブロックチェーン設計に優れた特性を提供することを市場全体が認識していることを反映しています。

魅力的な利点

エネルギー変革: 最も明らかな利点は、驚異的な電力消費の削減です。バリデーションコストは、マイニングオペレーションの電気代ではなく、ステークされたトークンの経済的価値に依存します。このシフトは、ブロックチェーンネットワークを劇的に持続可能にします。

アクセシビリティと分散化：プルーフオブステークは参加の障壁を劇的に低下させます。専門的なハードウェアや安価な電力へのアクセスは必要ありません。この民主化は、より多くのユーザーがバリデーターノードを運営することを促し、ネットワークの分散化を本質的に強化します。ステーキングプールは存在しますが、個々のバリデーターは選ばれる現実的な確率を持っており、リソースをプールするプレッシャーを軽減しています。

適応性: このメカニズムは非常に柔軟であることが証明されています。開発者は、ネットワークの特定の目標に合わせてパラメーターやルールを調整できます。この多様性は、ブロックチェーンエコシステム全体でのPoSのバリエーションの爆発的な増加を説明しています。

パフォーマンススケーリング: プルーフオブステークの計算制約がないため、ネットワークはより安価で簡単にバリデーターを追加できます。コンセンサスは物理マシンに依存せず、より高い取引量を処理するための効率的なスケーリングを可能にします。

インセンティブによるセキュリティ: ステーキングは根本的にバリデーターの繁栄をネットワークの健全性に結びつけます。詐欺的な取引を承認しようとするバリデーターは、得られる以上の損失を被るリスクがあります—彼らのステークが潜在的な報酬を上回る場合に限ります。ネットワークをハイジャックし、偽の取引を強制するには、ステークされたトークンの過半数を所有する必要があり、これを51%攻撃と呼びます。

本当の脆弱性

プルーフオブステークには欠点がないわけではありません:

フォークリスク: プルーフオブワークの下では、バリデーターはブロックチェーンフォークの両側をマイニングすると電力を失うため、自然な抑止力となります。プルーフオブステークでは、両方の結果に対するヘッジのコストはわずかです。バリデーターは理論的には複数のフォークに同時に「賭ける」ことができ、意味のあるペナルティはありません。

資本要件: バリデータノードを立ち上げるには、ネットワークのネイティブトークンを購入する必要があります。最小ステークに応じて、これは相当な初期投資を要求します。プルーフオブステークは、より安価なマイニング機器や迅速な回収を提供するレンタル契約を通じて入ることを許可します。

低い市場キャップにおける脆弱性: プルーフオブワークネットワークも51%攻撃のリスクに直面しますが、プルーフオブステークシステムはトークン価格が低迷しているか、全体の市場資本が控えめな場合により影響を受けやすいです。攻撃者は理論的には比較的安価で多数のトークンコントロールを購入し、その後、コンセンサスを妨害することができます。

主なプルーフオブステークのバリエーション

異なるブロックチェーンは基本的なプルーフオブステークフレームワークに追加のロジックを重ねます:

委任型プルーフオブステーク (DPoS): ユーザーはトークンをステーキングしますが、バリデーターにはなりません。その代わりに、バリデーターに「委任」し、ブロック報酬を共有します。バリデーターは、デリゲーターのサポートに基づいて、より高い選択確率を得ます。バリデーターの評判はデリゲーターの選択に影響を与え、高品質なサービスを促進します。

ノミネーテッドプルーフオブステーク (NPoS): ポルカドットによって開発されたこのモデルはDPoSに似ていますが、重要なひねりがあります: もしノミネーターが不正なバリデーターの後ろにステークを置くと、ノミネーターも資金を失います。ノミネーターは同時に最大16のバリデーターをサポートでき、ネットワークは彼らのステークを比例配分します。ポルカドットはバリデーター選択のためにゲーム理論と選挙理論の計算を重ねています。

プルーフオブステークドオーソリティ (PoSA): BNBスマートチェーンは、このハイブリッドアプローチを先駆けました。これは、プルーフオブオーソリティとプルーフオブステークの要素を組み合わせています。ネットワークは、BNBのステーク量と委任されたサポートに基づいて、交代でブロックを生成する21人のアクティブなバリデーターを指定します。この名簿は毎日更新され、オンチェーンに保存され、権威と民主的なステーキングの原則のバランスを取ります。

プルーフオブステーク vs. プルーフオブワーク: 比較

この比較は、なぜプルーフオブステークがブロックチェーンの革新を捉えたのかを明らかにします。しかし、実装は大きく異なり、正確な比較は展開される特定のPoSバリアントに依存します。

ブロックチェーンアーキテクチャの変化

ビットコインがプルーフオブステークを導入して以来、コンセンサスメカニズムは大幅に進化してきました。ブロックチェーン業界は、計算集約性がセキュリティと分散化の唯一の道ではないことを認識しています。プルーフオブステークは、経済的インセンティブが計算的障壁に取って代わることができ、ネットワークの整合性を損なうことなく、優れた効率性とアクセス可能性を提供できることを示しています。

より多くのネットワークがプルーフオブステークに移行するか、プルーフオブステークで立ち上がる中、ビットコインはますます例外として存在しています。ブロックチェーンコンセンサスの未来は、エネルギー集約型の計算を要求することなく、ネットワーク参加を報酬するステーキングベースのモデルにしっかりと根ざしているようです。ユーザーと開発者にとって、これらのメカニズムを理解すること—基本的なPoSから専門的なバリアントまで—は、現代の暗号通貨の風景をナビゲートするための必須知識となっています。