根本的に言えば、PoS は本当に PoW よりも優れているのでしょうか? | 詳細な長文

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ステーキングと PoS (Proof of Stake) を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の注目が高まるにつれ、近い将来、PoSの割合がPoWを超えることが予想されます。

新たに開始されたパブリック チェーンのほぼすべてが現在 PoS に基づいており、2 番目に大きいパブリック チェーンであるイーサリアムでさえ、次のメジャー アップグレードでは PoS に切り替える予定です。どうしてこれなの？本当にPoSはPoWよりも優れているのでしょうか?

確かに、PoS はいくつかの点で PoW よりも優れており、以下で 2 つをいくつかの側面から比較および分析します。

まず、基本的な概念について説明します。

| PoW と PoS は、分散ネットワーク内のコンセンサスと、コンセンサス維持者に報酬を与える方法を決定する 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、または一定量のコインなど) によって裏付けられており、報酬を得る前提は誠実な行動をとらなければならないことです。これは、BTC、ETH、または XTZ のいずれであっても当てはまります。

「特定のリスクを負いながら、ネットワーク内の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るように思えます」と言う人もいるかもしれません。はい、確かに！

PoW は実際には PoS のロジックで理解でき、マイニング設備や電力を購入するためにお金を使うことはステーキングの一種に相当します。さらに要約すると、ステーキングは伝統的な経済形態であり、利益を得るために資本を投資することです。

この理解は場合によっては間違っていませんが、それでもこの 2 つの定義とその核心的な違いに戻ります。

PoW ネットワークのセキュリティはハッシュ パワーから生まれます。理論的には、コンピューティング パワーが大きいほど、収入も高くなります。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 の安全性はモーゲージ経済の価値から来ており、理論的にはステーキングの数が多いほど収入も高くなります。 （「理論的には」と言う理由"過度の集中化を避けるために、バリデーターの選択はランダムであるためです。 )

コンセンサスプロトコルはそれぞれ異なりますが、比較できる基本原則がいくつかあります。

次に、開発傾向、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、コミュニティの参加、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。

PoS は PoW よりも歴史が浅く、市場全体に占めるシェアも小さいですが、急速に成長しています。

実際、時価総額上位 30 の仮想通貨のうち 13 の仮想通貨はすでに PoS または PoS に類似したものを使用しています。これには、EOS、Stellar、Tron、Dash、Neo、Binance Chain、Ontology、Tezos、NEM、VeChain、Waves、Qtum、Decred、Lisk、さらに 3 つ (ETH、Cardano、OmiseGO) が PoS に移行しています。

これは、市場の上位 30 コインの半数以上が 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 ネットワークでさえ、ある種の PoS と考えることができます。一部の中継ノードはビットコインをステークして、ユーザーがチャネルを通じて取引し、そこからいくらかの手数料を獲得できるようにします。

• 総ステーキング時価総額: > 160億ドル

• ステーキングで固定された総額: > 50 億ドル。

• PoS時価総額比率：9.80%

• BTCとETHを除くPoS時価総額比率：26.6%

(出典: Stakerewards.com 2019 年 4 月 29 日)

これらの数字は増え続けており、PoS チェーンの総額は年末までに 500 億ドルに達すると多くの人が予想しています。 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 が開始されたことにより、PoS チェーンの合計値がこのサイズ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。

スケーラビリティについて語るときは、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の仕組みを利用したビットコインのブロック生成時間は約10分ですが、他の通貨はさらに短く、イーサリアムでは15秒に短縮でき、ブロック生成時間の短縮に伴いトランザクションのスループットも若干向上します。

PoS コンセンサス管理者 (Validator やブロック プロデューサーなど) の共同作業により、ブロック生成時間が大幅に短縮されるため、平均トランザクション スループットは PoW よりもはるかに高くなります。

たとえば、Tezos は 1 秒あたり 40 トランザクション (40 TPS) を達成できました。 DPoS (Delegated Proof of Stake) の EOS と TRON は、1000 TPS を超えるトランザクションも処理できます。

(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は、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の重要な尺度でもあります。 PoS コンセンサス メカニズムでは、トランザクション速度が速くなり、シナリオによってはほぼリアルタイムで確認されることもあります。

周知のとおり、ビットコインは 2009 年に PoW の先駆者としてスタートし、10 年以上安定して稼働しており、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ています。過去 10 年間にわたり、PoW はパブリック チェーンの設計テンプレートとなり、多くの攻撃を受けて信頼性とセキュリティがテストされてきました。

短期的には、PoW はマイニング独占によって脅かされる可能性があり、51% 攻撃を開始するために外部機器を購入することでコンピューティング能力を高めることができます。しかし、ビットコインの場合、この種の攻撃を達成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な PoW チェーンでは実行可能です。

ビットコインに対する 51% 攻撃のコストを見積もる場合は、ハードウェアと電気のコストを考慮することから始めます。

• 総ハッシュパワー: 50,000,000 TH/秒

• Antminer S9 の現在の価格: $300

• 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、PeerCoin や Ardor などのコインは長い間存在していましたが、最初の主流 PoS チェーンである Tezos は 2018 年の夏までローンチされませんでした。

PoS コインは厳密なストレステストを受けていないため、どのような問題に直面するかわかりません。

以下は、PoS が直面する可能性のある攻撃のリストです。

長距離攻撃では、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、現在の合法的なメイン チェーンを置き換えようとします。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存在する可能性があるため、この攻撃は履歴置換攻撃、履歴上書き攻撃とも呼ばれます。

危険なものは何もない攻撃

PoS ネットワークに対する無害な攻撃もあります。 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、バリデーターは損失を被ることなく複数のチェーンに投票できますが、これはコンセンサス プロトコルに違反します。

51% 攻撃力51% 攻撃力

51% 攻撃を開始するには総コインの 51% を保有する必要があると思うかもしれませんが、一部の PoS ネットワークでは、そのような攻撃を開始するのに最低 33% のステーク資金だけが必要です。

そして、他の人の投票を吸収できる場合、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なく、コインを購入したり賄賂を贈ったりすることで投票を取得することもできます。

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。このようにして、51% 攻撃を開始するために必要なコインの量が少なくなります。

低いステーキング参加率 低いステーキング参加率

前述したように、一部の PoS ネットワークでは、51% の攻撃を開始するために、資金プール内でアクティブなコインの 33% をプレッジするだけで済みます。たとえば、ステーク率は 25%、33%* 25%=1/12、つまり、攻撃を開始するために必要な PoS コインの総供給量の 1/12 のみです。

秘密鍵攻撃 秘密鍵攻撃

秘密キーがオンラインで取得されると、攻撃者はステーキング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。秘密キーがすべてのステーキング資金を直接制御しない場合でも、秘密キーを取得すると、攻撃に便利な検証とステーキングの権限が得られます。

したがって、PoS ネットワークにはネットワーク価値 (ステーク) を Validator に転送するプロセスに大きなセキュリティ リスクが存在し、この期間中に高度な集中化やネットワーク攻撃が発生する可能性があります。リソースが豊富にある限り、票の購入やバリデーターの独占を通じて攻撃を開始することが可能です。

同様の状況がLISKでも起こっており、Validatorはインセンティブシェアを操作するためにいくつかの組織を設立した。 EOS のバリデーターはまた、有権者がいかなる報酬も受け取れないことを規定する EOS 憲法を策定しました。

一部の PoS は設計の初期段階でこれらの攻撃を防ぐように設計されている場合がありますが、PoS はまだ実際のストレス テストを経験していません。

Elastos のようなハイブリッド コンセンサス メカニズムも登場し始めており、セキュリティ上の理由からマイニングの親チェーンとしてビットコインを使用し、同時に EOS と同様の DPoS コンセンサス アルゴリズムを備えています。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。

PoWマイニングは敷居が高い機械や設備に依存しており、その技術は数社が独占しています。

ASIC チップの購入は長期的な投資であり、PoS ファンドほど流動性がないため、マイニングも困難なプロジェクトです。

さらに、現在、マイニングの利益は非常に低く、ハードウェア技術と安価な電力を備えた大企業のみが利益を得ることができます。

PoS

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上のコインであり、これらのコインは取引所やOTC市場でさえ大量に購入でき、マイニングによって入手する必要がないため、閾値はほとんどありませんステーキングに参加するため。 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を実行および維持することで報酬を得ることができるため、ノードを実行するインセンティブが高くなります。

誰もがノードを実行したい、または実行できるわけではありませんが、PoS ではすべてのトークン所有者がノードを実行せずに投票して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、富裕層は富裕層であり続けると思いますか? PoWと比較すると、実際にはそうではありません。 PoW コンセンサス メカニズムでは、「金持ちは金持ちになり続ける」の法則がより明白です。金持ちのマイナーは、大量の ASIC マイニング マシンを購入でき、リソース上の利点があり、高い利益を享受できます。 PoW の大規模マイナーは規模の経済の下で利益を享受できますが、PoS ステーカーの場合は線形の利益しかありません。

(出典: 3IQ 研究グループ)

コストについて議論するときは、次の 3 つの側面を考慮する必要があります。

• オンチェーン取引コスト

• ブロックチェーンを維持するために必要な資本コスト

• バリデーターまたはマイナーを補償するために必要なインフレコスト

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

PoWコンセンサスでは、ビットコインの取引コストは1回の取引あたり約1.91ドル、イーサリアムの取引コストは1回の取引あたり約0.1ドルであり、通貨価格の上昇・下降によって取引コストは変動します。強気相場の高値の間のある時点では、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ドルに達する可能性があります。

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、各取引手数料はわずか約0.01ドルで、Cosmosのような他のPoSコインも同様です。

次に、ブロックチェーンの維持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 では高額なハードウェアと電気代が必要ですが、PoS ではバリデーターになるために必要なのは、電気代がほとんどかからず、安全で正常に動作するデバイスだけです。

ビットコイン ネットワークでは、年間のハードウェア保守コストが約 20 億米ドル (ハードウェアの寿命は約 18 か月)、電気代が約 40 億米ドル (電力量は 1 キロワットあたり 0.08 米ドルで計算) です。

つまり、PoW ネットワークを通常に運用するには、ネットワークの総額の 6.5% を投資する必要があります。 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合計価値の 0.1% にすぎません。

インフレコスト

PoS ネットワークではインフレ率は約 6% ですが、PoW ネットワークでは約 4% です (単なる推定)。

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抑制されますが、PoW は PoS よりも長く存在しているため、両者のインフレ水準は類似していると言え、将来的には PoS のインフレ率はますます高くなるでしょう. 低い。

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を持ちませんが、PoSネットワークでは、通貨保有者はコインを通じて一定の収入を得ることができます。

PoW ネットワークでは、プロトコル ガバナンスをいくつかの関係者に分けることができます。

• マイナー: トランザクション情報が確認されたかどうか、およびどのチェーンをマイニングするかを決定します

• ユーザー: どのプロトコルを受け入れるか、どのエコロジーを使用するかを決定します。

• 財団: さまざまな開発組織間で資金を配分する方法を決定します。

• ノード: どのソフトウェアを実行するかを決定し、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 の議決権を定量化することが難しいため、誰が最大の議決権を保持しているかを言うのは困難です。ただし、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には、依然としてすべての当事者間の合意が必要です。 PoW ネットワークのガバナンスに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に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 対 1 の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 (実際には PoW ネットワークも実装できますが、現時点ではその試みはありません)。オンチェーンのガバナンスにより、プロトコルの作成やプロトコルの改善の提案、オンチェーンでの投票が可能になります。オンチェーン投票の結果に基づいて、契約は自動的に実行されます。 Tezosは現在、この種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。

ガバナンス投票のその他の PoS の例は次のとおりです。

• EOS

• Decred

• Dash

• Cosmos 

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。

PoW マイナーは伝統的なビジネス思考を持っており、慣れ親しんだ従来のビジネス モデルに積極的に投資します。彼らにとって、採掘は工場での製造に似ています。鉱山機械は生産設備であり、技術が進歩すればするほど効率が高くなります。鉱山業界にとって安価な電力は必要な資源であり、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理由で市場価格に依存しています。

もちろん、これにはリスクがあります。デジタル通貨の価格が下落すると、マイニングは採算が合わ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売ってお金を稼ぐことも可能です。

今日のマイナーのほとんどは、マイニング機器や電気に関する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意欲はほとんどありません。彼らがコインの価値を本当に信じているのであれば、直接投資はかなりの利益をもたらす可能性があります。ビットコインへの直接投資の収益は現在マイニングの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 におけるバリデーターは投資家に近く、保有するデジタル通貨の背後にあるテクノロジーを深く理解し、同時にプロトコルの開発に貢献する必要があります。大手PoS通貨には通常、独立した研究チームが存在します。

より多くの票を獲得するには、通常、これらのバリデーターは大量のコインを保持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の提供により、これらの資金は一定期間ロックされるため、一部の資金を使用したい場合、すべての顧客にサービスを提供し続けることができない可能性があります。

このようにして、Validator は長期投資家となり、テクノロジーと価値を推進する意欲が高まります。インセンティブが高いほど、より多くの投資が行われます。

これは、ベンチャーキャピタルが投資先の企業を支援する初期段階のベンチャーキャピタルのようなものです。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 が使用してから広く普及しました。

パブリックチェーンを発行する最良の方法は何ですか?パブリックブロックチェーンの導入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取得するかを考慮する必要があります。

PoW チェーンの発行は非常に簡単です。初期状態ではPoWの流通量は0であり、マイニングを通じて誰もが平等な参加権を獲得します。このプロセスは比較的単純で、平等主義的で、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 と同様に開発基金を設立することもでき、ブロック報酬の一部が開発者に直接授与されます。

PoSネットワークのコールドスタート（ブートストラップ）はより複雑で、最初から複数の当事者が株式の一部を保有する必要があり、発行前にICO比率が決定されます。

最も一般的な方法はトークンの提供 (ICO、IEO、またはその他) で、元のトークンの供給が投資家、開発者チーム、財団、評議会などに販売または配布されます。

元の株式の分配に参加する大規模な投資家は参入障壁が高く、多額の利益も得られるため、この種のトークン発行は一般的に不公平であり、コミュニティの一般投資家にはより多くの制限があります。

トークンの権利確定期間は不透明であることが多く、行ったり来たりすることがよくあります。これはまた、投資家が希薄化しても依然として闇に包まれている可能性があることを意味します。

トークンを発行するもう 1 つ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。この種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行われ、その量は非常に少額であり、総量と比較するとほとんど無視できます。これも透明性が欠如しているため、最善のアプローチとは思えません。

この他にもコールドスタートの手法はありますが、まだ初期段階であり、現時点で結論を出すのは困難です。そのうちの 1 つは、コスモスが導入した「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。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、この新しいデジタル通貨が実現されます。チェーン上の は相互運用可能であり、ステーキングに使用できます。

「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、より広範なアクセスを提供します。」 Tendermint 創設者、Jae KwonJ​​ae Kwon

パブリックチェーンを確保するコストを見ると、結局のところ、設備や電力のコストが高いため、PoW は PoS よりもはるかに高価です。この観点から見ると、PoW は明らかに環境に優しくありません。

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いし、将来的に合意メカニズムによって世界が統一される状況はないだろう。

私たちは、最終的には少なくとも 1 つの PoW チェーンが存在し、それはおそらくビットコインになると強く信じています。 PoW チェーンは比類のないセキュリティと取消不能性を提供し、グローバルな決済層および真実のデータのソースとして機能します。ビットコインに関して人々は多くのビジョンを掲げてきましたが、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、イーサリアムが徐々に 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。

第 2 層ソリューションのほとんども PoS を採用しており、ブロックチェーンの世界でステーキングの話題がホットになっています。

Cosmos や Polkadot などのインタラクティブでアプリケーション指向の PoS チェーンに注目すると、PoS が Bitcoin、Monero、Zcash などの一部の PoW チェーンに関連付けられていることがわかります。これらの PoW チェーンは、間接的にステーキング エコノミーの一部になるために、独自のゾーン、パラチェーン、ブリッジを持つか、それらと通信する必要があります。

要約すると、PoS の台頭の理由は次のとおりです。

• インフレによって薄まることなくステーキング収入を得ることができます

• コンセンサスに参加するための低閾値アクセス

• よりスケーラブルな

• 規模の経済がなく、分散化が進む

• ブロックチェーンの維持費が安くなる

• 1:1 投票、より透明性の高いガバナンス

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

• より環境に優しい

上記の利点には一定の費用と費用がかかることは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。将来的には、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全になり、学習し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様に、1 つのチェーンが世界を支配するような状況はありません。 Decred のような PoS+PoW ハイブリッド システムはますます普及する可能性がありますが、これは別のトピックです。

(この記事は元々 Cobo によって編集されたものであり、この記事は Cobo の視点を表すものではありません)