プルーフオブステーク（Proof of Stake：PoS）とは

2023年5月18日2023年6月5日

Proof of Stake（PoS）は、ブロックチェーンネットワークにおいてブロックの検証や生成を行うためのコンセンサスアルゴリズムです。PoSでは、参加者が自身が所有する仮想通貨の保有量に応じてブロックを生成する権利を与えられます。つまり、仮想通貨を保有している割合に応じてブロック生成に参加する確率が高まります。PoSの仕組みでは、ブロックの検証者（バリデータ）は事前に一定数量の仮想通貨をステーク（拘束）し、それをネットワークに預けます。ステーキングされた暗号通貨は一定の期間ロックされ、その期間中はネットワークの安定性と正当性を保証するために使用されます。PoSでは、ブロックを生成するために計算能力を競うProof of Work（PoW）とは異なり、仮想通貨の保有量に基づいたランダムな選択が行われます。この仕組みにより、PoSはエネルギー効率の向上やセキュリティの向上を図ることができます。一般的なPoSの特徴は以下の通りです。

1. 暗号通貨の保有量に比例してブロック生成の権利が与えられる。
2. ステーキングにより暗号通貨を拘束し、ネットワークの安全性を維持する。
3. エネルギー効率が高く、環境に優しい。
4. ブロック生成に参加するための特別なハードウェアは不要。
5. ネットワーク参加者は自身の利益に反する行動を取ることのリスクを負います。

代表的なPoSを採用している暗号通貨としては、Ethereum 2.0、Cardano、Tezos、Polkadotなどがあります。これらのプロジェクトでは、PoSを活用してスケーラビリティの向上やネットワークの拡張性を実現しようとしています。

よくある質問

コンセンサスアルゴリズムの中で、PoWは各ノードによる作業が発生するので、仕組み（ブロックチェーン）を維持するためのリソースの存在が明確です。リソースを提供することに対する報酬が発生する点も筋が通ります。一方、PoSは、ステーキングをするだけで仕組み（ブロックチェーン）が維持され、ステーキング報酬も発生します。PoSでは、ブロックチェーンの仕組みを維持するための承認作業等のリソースが不明確に思えます。Posでは、具体的にどのようなことが行われて、ブロックチェーンが維持されているのでしょうか？

Proof of Stake（PoS）は、ブロックチェーンの仕組みを維持するためのコンセンサスアルゴリズムです。PoSでは、ノードが保有している暗号通貨のステーク（保有量）に基づいて、新しいブロックを生成し、トランザクションを検証します。具体的には、PoSでは以下のようなプロセスが行われます。①ステーキング: ネットワーク参加者は、自身が保有する暗号通貨を特定のウォレットにステーク（預け入れ）します。ステークした通貨の量に応じて、ノードのステーキングパワーが決まります。②ブロックの選出: 新しいブロックを作成する際には、ステーキングパワーに応じた確率でノードが指定されます。ステーキングパワーが高いほど、ブロックを生成する確率が高くなります。③ブロックの検証: 選ばれたノードは、新しいブロックを生成し、そのブロック内のトランザクションの正当性を検証します。他のノードは、このブロックの正当性を確認し、独立に検証を行います。④ブロックの追加と報酬: ブロックが正当であることが確認されると、ノードはそのブロックをネットワークに追加します。そして、ブロック生成およびトランザクション検証に成功したノードには報酬が与えられます。報酬は、ステークした通貨の量に応じて分配されることが一般的です。PoSでは、ステーキングによって保有者がネットワークの運営に参加し、ブロック生成とトランザクション検証を行うことで、ブロックチェーンのセキュリティと信頼性を確保します。ステーキングによってノードが報酬を得ることで、ネットワークの維持やセキュリティの向上が促されます。また、ステーキング中の不正行為に対しては罰則も設けられることがあります。PoSのメリットは、エネルギー効率が高く、スケーラビリティが改善されることです。しかし、ステーキングの中心化や長期保有者による支配などの懸念もあります。そのため、さまざまなプロジェクトではPoSのバリエーションや改良が行われています。

PoSに参加するノードのリソースはどのように提供されるのですか？

Proof of Stake（PoS）では、ノードがリソースを提供する必要はありません。PoSでは、ノードが保有している仮想通貨のステーク（保有量）に基づいて、新しいブロックの生成やトランザクションの検証が行われます。ノードが参加するためには、一定の仮想通貨を保有し、それを特定のウォレットにステーク（預け入れ）する必要があります。ステークした通貨の量に応じて、ノードのステーキングパワーが決まります。ステークした通貨は実際には移動せず、保有者の所有下に置かれたままです。ステーキングによって、ノードがネットワークのブロック生成やトランザクション検証に参加し、その活動に対して報酬を得ることができます。報酬は、ステーキングした通貨の量や期間に応じて配分されることが一般的です。PoSのメカニズムにおいて、ノードがリソースを提供する必要がないため、エネルギー消費やハードウェア要件がProof of Work（PoW）よりも低くなることが特徴です。そのため、環境への負荷が軽減され、スケーラビリティが向上します。ただし、一部のPoSプロトコルでは、ネットワークの安定性や攻撃への耐性を高めるために、ノードが一定の頻度でオンラインである必要がある場合があります。また、ステーキングの際には通貨のロックアップ期間が設定されることもあります。これらの条件はプロトコルやプロジェクトによって異なる場合があります。

PoSでは、新しいブロックの生成やトランザクションの検証は誰が行うのですか？

Proof of Stake（PoS）では、ブロックの生成やトランザクションの検証はステーキングを行ったノード（ステーカー）によって行われます。ステーキングによって参加したノードが、次のブロックを生成する権利を持ち、トランザクションを検証します。具体的には、PoSプロトコルにおいては、ネットワーク内のステーカーがランダムに選ばれ、ブロックの生成権を得ることができます。ステーカーは自身が生成するブロックに含まれるトランザクションを検証し、その正当性を確認します。検証が完了したブロックはネットワークにブロードキャストされ、他のノードによって承認されます。PoSでは、ステーキングの際に保有する仮想通貨の量に応じてステーキングパワーが決まるため、ステーキング量が多いほどブロックの生成権を得る確率が高くなります。この仕組みによって、ステーキング量に応じたネットワークへの参加権限が与えられ、ネットワークのセキュリティや合意形成が確保されます。PoSでは、ステーカーがブロックの生成とトランザクションの検証を行うことで、ブロックチェーンの運営とセキュリティを確保します。ステーカーはその活動に対して報酬を得ることができるため、ネットワークの維持に対するインセンティブが与えられます。

ステーカーがPC等のリソースを提供していないのに、ブロックの生成やトランザクションの検証が行える理由がわかりません。

実際には、Proof of Stake（PoS）のプロトコルでは、ステーカーがリソースを提供する必要はありません。ステーカーは単に仮想通貨をステーキングしてネットワークに参加し、ブロックの生成やトランザクションの検証を行います。PoSでは、ステーカーが選ばれる確率がステーキング量に比例するため、ステーキング量の多いユーザーほどブロック生成やトランザクションの検証の機会が増えます。ただし、この選出プロセスはランダム性を持ち、ステーキング量が大きいほど選ばれやすいという確率的な傾向があります。ステーカーがリソースを提供していない理由は、PoSの目的がProof of Work（PoW）とは異なり、リソースの消費を抑えながらネットワークをセキュアに維持することにあります。PoSではステーキング量に応じたステーキングパワーが重要な役割を果たし、ステーカーの信頼性や利益追求のインセンティブに基づいてネットワークの運営が行われます。したがって、PoSではステーカーがリソースを提供する必要はなく、ステーキングによってネットワークへの参加権限や報酬が与えられます。これによって、ブロックの生成やトランザクションの検証が行われ、ネットワークの維持とセキュリティが確保されます。

PoSがProof of Work（PoW）とは異なり、リソースの消費を抑えながらネットワークをセキュアに維持できる理由を教えてください。

PoSがリソースの消費を抑えながらネットワークをセキュアに維持できる理由はいくつかあります。①ステーキングによる経済的なインセンティブ: PoSでは、ステーキングによって仮想通貨を拘束し、ネットワークのセキュリティに対する経済的なインセンティブを提供します。ステーカーは自身のステーキング資産を守るためにネットワークを正しく運営する必要があります。もし不正な行動が検出されれば、ステーカーはステーキング資産を没収される可能性があります。このような経済的なインセンティブにより、ネットワークのセキュリティが確保されます。②ステーキング量による選出プロセス: PoSでは、ステーキング量が選出プロセスに影響を与えます。ステーキング量が多いほど、ステーカーがブロックの生成やトランザクションの検証に選ばれる確率が高くなります。ステーキング量の多いステーカーが選ばれることによって、ネットワークのセキュリティが強化されます。③ネットワークの分散性: PoSでは、ステーカーがネットワークに参加するためには一定のステーキング資産を保有する必要があります。この要件により、ネットワークの分散性が促進されます。リソースの消費を必要としないため、ハードウェアや電力の集中化を回避し、より多くの参加者がネットワークに参加しやすくなります。これらの要素により、PoSはリソースの消費を抑えながらネットワークをセキュアに維持することができます。ステーキング参加者の経済的なインセンティブと選出プロセス、分散性の確保が、ネットワークの信頼性とセキュリティを支える仕組みとなっています。