Proof-of-Work (PoW) vs Proof-of-Stake (PoS)

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Proof-of-Work（PoW）とProof-of-Stake（PoS）は、暗号通貨の世界で最も有名なコンセンサスメカニズムです。主要な暗号通貨はこれらを利用してパフォーマンスを向上させ、ネットワークの整合性を維持しています。この記事では、これらがどのように機能するのか、そしてそれぞれの利点と欠点について詳しく説明します。

Proof-of-Work（PoW）とは？

Proof-of-Work（PoW）は、マイナー（検証者）がトランザクションを確認し、それを新しいブロックに追加するためのコンセンサスメカニズムです。これを行うために、マイナーは複雑な数学的課題を解き、その努力に対して報酬を得ます。このシステムは、ネットワーク全体がブロックチェーンの状態とすべてのトランザクションに合意するための透明で信頼性のある方法を提供し、最も安全な方法と見なされています。有効なブロックを生成するために、マイナーは数兆通りの数字の組み合わせを試します。

PoWはどのように機能するか？

Proof-of-Workアルゴリズムは次のように機能します。マイナーは複雑な暗号学的パズルを速く解くために競い合います。彼らの目的は、正しいノンス（ブロックのハッシュが特定の条件を満たすユニークな数値）を見つけることです。マイナーがそれを解決すると、新しいブロックをネットワークの他の参加者に放送します。もし他の参加者がそのブロックを検証すると、そのブロックはチェーンに追加され、マイナーは報酬を得ます。

このアプローチの最大の突破口の一つは、ダブルスペンド（同じ暗号通貨を何度も使おうとする問題）の解決です。PoWシステムのマイナーは、各新しいブロックを作成するために実際に時間と計算能力を使ったことを証明しなければなりません。これが「実際の作業を行った証拠」となります。

PoWコインの例

いくつかのコインはPoWコンセンサスメカニズムを使用しており、実際にどのように機能するかを理解するために、以下のコインを見てみましょう：

Bitcoin (BTC): PoWを採用した最初の暗号通貨で、SHA-256アルゴリズムを使用しています。すべてのPoWネットワークと同様、ビットコインは強力なセキュリティを提供しますが、大量のエネルギー消費が必要です。取引速度はピーク時には10分ごと、またはそれ以上かかり、これが取引速度を制限します。それでも、ビットコインは分散化の基準として、暗号市場の「デジタルゴールド」としての評判を得ています。
Kaspa (KAS): GHOSTDAGプロトコルとkHeavyHashアルゴリズムを使用した次世代PoWコイン。Kaspaは並列ブロック処理をサポートし、エネルギー消費を抑えつつ、非常に高速な処理（1秒あたり数十のブロック）を実現しています。GPUマイニングに最適化され、スケーラビリティに向けた技術革新で際立っています。
Litecoin (LTC): 「金のビットコイン」に対して「銀」と呼ばれます。LitecoinもPoWを使用しており、Scryptアルゴリズムを採用しています。ブロックは2.5分ごとに生成され、ビットコインよりも速くて安価な取引が可能です。その軽量な構造は日常的な支払いに人気があります。
Dogecoin (DOGE): 初のミームコインで、PoWアルゴリズムに基づいています。Dogecoinは1分ごとにブロックを生成し、BTCよりもエネルギー効率が良く、マイナーはプールに参加することができ、初心者にも取り組みやすいです。各ブロックには固定の報酬10,000DOGEが付与され、これが忠実なコミュニティを作る要因となりました。

これでPoWの基本をカバーしたので、その主な代替手段であるProof-of-Stakeについて見ていきましょう。

PoW vs PoS

Proof-of-Stake（PoS）とは？

Proof-of-Stake（PoS）は、暗号通貨の最も人気のある代替コンセンサスメカニズムの一つで、バリデーターがトランザクションを確認し、ネットワークの安定性を維持します。PoSは、大規模な計算能力を必要とせずに機能します。

PoSの主な目標は、高いエネルギー効率でネットワークセキュリティを提供することです。PoWのようにブロックを作成するための競争を行う代わりに、PoS参加者は、トークンをステーキングしてネットワークの公正な運営への関心を示します。最小限のコイン数を持っているユーザーは、バリデーターになるか、資金をステーキングプールに寄付することができます。

これにより、ネットワークのサポートに参加することが広範囲のユーザーにとってアクセス可能となり、PoSに必要な高価なハードウェアや安価な電力が不要になります。

PoSはどのように機能するか？

PoSは、ステーキングの年齢、ランダム化、ノードの富（ステークされたトークンの量）などの要因を組み合わせたランダムプロセスを使って、次のバリデーター（PoWでいうマイナー）を選択します。元々のPoSのコンセプトでは、ブロックチェーンの制御は、参加者が所有するコインの数に比例して分配されます。ユーザーは、一定量の暗号通貨をネットワークに「ロック」してバリデーターになります。

新しいブロックを作成するプロセスは「フォージング」と呼ばれ、バリデーターへの報酬は通常、トランザクション手数料から生成されます。フォージングプロセスに参加したいユーザーは、一定数のトークンをネットワークにステークする必要があります。ステークの大きさは、次のバリデーターによって選ばれる確率に影響します。ステークが大きいほど、そのノードが選ばれる確率が高くなります。ノードが次のブロックをフォージングすると、バリデーターがトランザクションを検証し、新しいブロックがブロックチェーンに追加されます。

最も裕福なノードが検証プロセスを支配するのを防ぐために、PoSネットワークはランダムなブロック選択やコイン年齢選択などの追加メカニズムを採用することがよくあります。

PoSコインの例

PoSを実行する暗号通貨について見ていきましょう。PoSは、ネットワークが初期の開発段階や初期トークン販売から採用することができます。いくつかのケースでは、ブロックチェーンが最初にPoWアルゴリズムで動作し、その後PoSに切り替えることがあります（Ethereumがその例です）。

以下はPoSベースの暗号通貨のいくつかの例です：

Ethereum (ETH): Ethereumは最初にPoW（Ethash）アルゴリズムで動作していましたが、高い手数料と遅い転送処理速度という重大な制限に直面しました。Ethereum 2.0への移行とPoSの導入により、ネットワークはマイニングからバリデーターによるセキュリティに移行しました。現在、32ETHをステーキングすることで誰でもバリデーターになれます。PoSにより、Ethereumは消費電力を99.95%以上削減し、将来的なアップグレード（シャーディングなど）のための基盤を築いています。
Avalanche (AVAX): Avalancheは、Avalanche Consensusプロトコル内で独自のPoSバリアントを使用しており、非常に高速で並列処理を特徴としています。バリデーターは、グローバルではなくローカルサンプルを通じて意思決定に参加し、1秒未満でコンセンサスを達成します。ステーキングに参加するには最低2000AVAXをステークする必要があります。
Cardano (ADA): Cardanoは、科学的研究に基づいて開発された最初の正式に検証されたPoSメカニズムであるOuroborosアルゴリズムを使用しています。システムはエポックとスロットに構造化され、バリデーターは指定された時間にブロックを生成するために選ばれます。
Algorand (ALGO): Algorandは、全てのALGOトークン保持者の委員会をランダムに選択してセキュリティとコンセンサスを達成するPure Proof-of-Stake（PPoS）モデルを実装しています。最小限のウォレット残高で参加でき、PPosアルゴリズムは資金のロックを必要としません。

PoWとPoSの完全比較

PoWとPoSは、暗号通貨のトランザクションを検証する主な方法です。PoWとPoSの主な違いは、PoSが参加者に暗号通貨を担保として提供させてトランザクションを承認する能力を得るのに対し、PoWはマイナーが複雑な数学的更新を計算することを要求します。しかし、どちらがより効率的に機能するのでしょうか？キーとなる基準に基づいて、両方のアルゴリズムを詳しく比較してみましょう。

エネルギー消費

PoWは大量のエネルギーを消費します。この高いエネルギー消費はブロックチェーンのセキュリティを確保しますが、取引検証プロセスを遅くし、マイナーにとって高価です。PoSは、PoWプロトコルの高い計算コストに対応して開発され、ネットワークの消費エネルギーを大幅に削減します。PoWに必要な高価なハードウェアとは異なり、ステーキングはネットワーク上に一定のコインをロックするだけで済みます。

セキュリティ

PoWは、マイニングによる高い二酸化炭素排出が批判されることがありますが、ブロックチェーンネットワークを保護するための信頼できるアルゴリズムであることが証明されています。PoSは、経済的インセンティブを通じてバリデーターがブロックチェーンのセキュリティと整合性を維持します。PoSのシステムでは、バリデーターが不正なトランザクションやブロックを検証すると、罰を受けることになります。

スケーラビリティ

PoSは、PoWよりも優れたスケーラビリティとスループットを提供します。PoSは複雑な計算を解決する必要がないため、取引やブロックの承認が迅速に行われます。理論的には、これによりPoSはより効率的であると言えますが、PoSは新しい技術であり、PoWと同じ規模でのテストは行われていません。

特徴	PoW	PoS
エネルギー消費	PoW非常に高い。マイニングには強力なハードウェアが必要。	PoS低い。計算能力ではなくトークンのステーキングが必要。
セキュリティ	PoW実績があり、安全性が高い。攻撃に対してコストが高く、困難。	PoS高いが、ステークの分布に依存。中央集権化のリスクがやや高い。
スケーラビリティ	PoW限定的。低いスループットと遅い取引速度。	PoSより良いスケーラビリティ。高速な取引と低い手数料。