コンセンサスの仕組みを理解する: プルーフオブワークかプルーフオブステークか?

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ブロックチェーンについて誰も教えてくれないのは、そのコンセンサスの仕組みと同じくらいにしか良くならないということです。良いものがなければ、世界を変えるように見えても、分散化の概念はすぐに崩壊してしまいます。 しかし、それはどのようにして可能なのでしょうか、あなたはブロックチェーンの分散型台帳は何でも生き延びることができるのではないかと尋ねるかもしれません。実際には、堅牢なコンセンサスメカニズムがなければ、効率的で、公正で、リアルタイムで、機能的で、信頼性が高く、安全な公開台帳は存在することはできません。

しかし、コンセンサスの仕組みは難しいです。これらは、分散型コミュニティの全体 (あるいは少なくとも明確な多数派) が正確で、悪意のある取引や偽の取引がない合意されたバージョンの台帳にコミットするための実行可能な方法を見つけることを必要とします。そうなると、スケーラビリティの問題も小さくありません。 誰もがあなたの台帳のバージョンをホストしている場合、それはあなたのコミュニティの成長に伴って増加するだけで、多くの計算能力を持つことになります。

幸いなことに、多くの非常に聡明な人々がこれらの問題を検討するために多くの時間を費やしており、いくつかの非常にエレガントなメカニズムが出現しています。 使用されているものの中で、最も人気があり、成功しているのは、ビットコインが好んで使用している定番のProof of Workですが、より最近になって登場した気の利いた弟分、Proof of Stakeは、その兄によって作成された問題を解決しようとしています。

この記事では、コンセンサスメカニズムとは何かということだけでなく、この分野における2つの主要な競合の様々な長所と短所、そしてなぜCENNZnetが後者を選んだのかということについて説明します。

ブロックチェーンのコンセンサスの仕組みとは?

では、コンセンサスの仕組みとは具体的にどのようなものなのでしょうか。本質的には、ネットワーク内のすべての人が相互に合意したブロックチェーンのバージョンを使用していることを保証するシステムです。分散型システムの間で、単一のデータ値やネットワークの一部に関する合意(またはコンセンサス)を達成するためには、社会工学と技術工学の両方のエレガントな混合が必要となります。コンセンサスが得られた結果、新しいブロックが作成され、チェーンに追加されます。

言い換えれば、すべての人(もっと言えばブロックチェーンガバナンスに関わるすべての人)が、どの取引が正しくて、どの取引が正しくないかについて同意していることを確認することで、誰もブロックチェーン元帳を改ざんしていないことを確認するための方法です。 何が台帳に入っていて何が入らないかを決定する単一の権限がないので、これは自己規制型の分散型コミュニティにとって本当に重要です。 堅牢なコンセンサスメカニズムは、公正かつ正確なブロックチェーンエコシステムを確保します。

Proof of Work

コンセンサスメカニズムの世界では、Proof of Work (PoW)がビッグネームとなっています。 ビットコインネットワークのほぼ代名詞であるPoWは、1993年からサービス拒否攻撃を防ぐ手法として実際に存在していました。

では、どのような仕組みになっているのでしょうか?

その名の通り、PoWは、サービスユーザーからの作業を必要とすることで、あらゆるタイプのネットワーク上での悪意のある、または不正な活動を抑止することを目的としています。この意味での「作業」は、通常、コンピュータによる処理時間の量を意味します。

ブロックチェーンでは、PoWは基本的には同じ仕事の概念を使用していますが、オンチェーンネットワークに適応しています。 ブロックチェーンでは、PoWのマイナー同士が競い合って次のブロックを作ります。 お互いに競争しながら数学のパズルを解き、証明を行います。難しいパズルですが、解答は簡単ですぐにチェックできます。 パズルを正しく解いた最初のマイナーは、次のブロックを作成し、ネットワークに追加することができます。 他のすべてのマイナーは解答が正しいかどうかを確認し、正しい場合、成功したマイナーには何らかのトークンが報酬として与えられます。

実際には、マイニング(とパズル)は、実行するためにエネルギーを必要とするコンピュータによって行われています。マイニングはそのため、かなり高価な費用のかかる活動であり、定期的に最初にパズルを解き、トークン報酬を受け取ることができる場合にのみ価値があります。では、どうやってインチキを止めるのか?無効なトランザクションを含むブロックは、ネットワークによって自動的に拒否されます。つまり、ごまかそうとすることすらお金がかかるということです。報酬を受け取らずにマイニングするのに必要な費用は非現実的で、採算が合いません。

Proof of Workのメリットは?

Proof of Workの大きなメリットは、本当に効果があるということです。 複雑に聞こえるかもしれませんが、正しく適用すれば、分散型システムのコンセンサスを取得し、ネットワークへの攻撃を防ぐことができます。

Proof of Workのデメリットは?

では、PoWの何が問題なのでしょう? Proof of Workがパズルを解くために莫大なエネルギーを使っていることは無視できません。このビットコインのエネルギー消費量は、ケンブリッジ大学の最近の試算では、スイスと同等とされています。ビットコインをはじめとするPoWネットワークが大量に普及することを想像すると、エネルギー消費量が激増することになります。

PoWのもう一つの大きな問題は、マイニングのために地味なCPUやGPU、ASICデバイスを使っている普通の人にはレースに勝てる可能性がほとんどないということです。数十から数千のデバイスを使って採掘するマイニングプールと競合しています。純粋なコンピュータパワーの戦いでは、無限のプロセッサを搭載したマイニングプールがほぼ必ず勝ちます。 全マイニング量の約半分は、いくつかのマイニングプールの中で行われていると考えられています。 ブロックチェーンの分散化の原則に反するだけでなく、これらのプールの所有者がハッシュパワーを使ってビットコインのブロックチェーンを統一して支配する危険性があります。50%以上のハッシュパワーを持つ権威が、実際にブロックチェーンを支配することができます。このような侵入は51%攻撃として知られています。

Proof of Stake

上記の理由により、コンセンサス・メカニズム競争における希望に満ちた後継者が誕生しました。Proof of Stakeです。

Proof of Stake (PoS)は、PoWのような膨大なエネルギーを必要とすることなく、堅牢なコンセンサスメカニズムの利点を維持するための方法として2012年に開発されました。 それ以来、多くの先進的なブロックチェーンネットワークで採用され、Ethereum 2.0での確立に向けた作業が行われています。

では、Proof of Stakeは実際にどのように機能するのでしょうか?

PoWのようにマイナーがブロックを追加するために競い合うのではなく、PoSでは、次のブロックを追加するためにランダムに選ばれたバリデーターのシステムを使用しています。 バリデーターは、バリデーターの富、ステーキングエイジ、ランダム要素を含む要因の組み合わせに基づいて選択されます。

新しいブロックの作成に参加したいネットワークメンバーは、ステーキングを行うことで参加することができます。ステーキングとは、ネットワークセキュリティの担保として機能するために、特定の暗号通貨のウォレットに資金を保持するプロセスです。

ほとんどのステーキングシステムでは、すべてのノードオペレータであるバリデータが、ウォレットにトークンを保持またはステークする必要があります。ブロック作成の責任を正しく果たすための「約束」に正当性を加えるために、このような手法が取られます。 これには、必要に応じてブロックを追加したり、他のバリデーターの作業を検証したりすることも含まれます。彼らが正しく職務を遂行し、他のすべてのノードオペレータがこれを確認できた場合、ステークが返され、報酬が与えられます。 しかし、ノードオペレータがその職務を遂行できない場合、彼らのステークは一部が持ち去られます。このようにして、すべてのノード運営者はブロックチェーンのために正しいことをするようにインセンティブを得ることができます。

トークンがステークされればされるほど、より多くのネットワークユーザーがブロックチェーンプロトコルに正しく従うことに投資し、エコシステム全体をより安全なものにしていきます。

Proof of Stakeのメリットとは?

PoSの圧倒的なメリットと、それが生まれた理由は、PoWよりも圧倒的に少ないエネルギーを使っているからです。ステーキングはエネルギーを必要とするプロセスではなく、その結果、ブロックチェーンネットワークは巨大な環境への影響を気にすることなく快適に拡大することができます。他にも、Proof of Stakeシステムには、いくつかの重要なメリットがあります。

  • PoSはより分散化されている: 最小ステークのしきい値はかなり低く、ほとんどのトークン保有者が利用可能です。PoWでは基本的なCPU、GPU、ASICデバイスを購入することは難しくありませんが、何百万ドルもの処理能力がなければ、トークン報酬を受け取ることはほとんどありません。
  • PoSは同じコストでより多くのセキュリティを提供: Vitalik Buterin 氏のステーキングとPoWのコスト分析を横並びで確認してみましょう。彼は、1日1ドルあたりのブロック報酬でネットワークを攻撃するのにいくらかかるかを計算しています。
  • PoSは攻撃に対してより回復しやすい: POSのスラッシュ機構は、攻撃のたびに新たなトークンのセットを必要とするため、ネットワークを攻撃するためのコストが継続的に高くなるため、同じ悪意のある当事者による複数の攻撃からネットワークを保護します。PoWでは、先制攻撃に成功すると、攻撃中に報酬を得る手段がないため、通常のマイナーが脱落してしまい、ネットワークを攻撃し続けることが非常に安価で行うことができ、はるかに危険な「スポーンキャンプ」攻撃につながることがあります。

Proof of Stakeのデメリットは?

他のシステムと同じように、PoSにもいくつかのデメリットがあります。 最も注目すべきは、最も簡単に修正できることを認めながらも、それはまだまだ新参者だということです。 まだ大規模なブロックチェーンネットワークで長期間使用されたことがないため、その堅牢性と信頼性は実際にはまだ十分にテストされていません。しかし、現在のEthereumはPoSに移行しているため、この問題はすぐに解決されそうです。その他の潜在的な課題としては、以下のようなものがあります。

  • 長期的な富の集中度が高い: proof of stakeでは、あるトークンを持っている場合、そのトークンをステーキングしてより多くのトークンを得ることができます。proof of workでは、コインを稼ぐことができますが、そのためには外部のリソースが必要になります。 そのため、proof of stakeのコインの分配はますます集中するリスクがあると主張されています。
  • 主観性が弱い: PoSでは、非常に長い間オフラインだったノードがオンラインになると、正しいチェーンの先頭を決定するためのサードパーティのソースを見つけなければなりません。これは、友人、取引所、ブロックエクスプローラサイト、クライアント開発者などから来ることがあります。これは脆弱性のポイントを作成する弱い主観であると主張する人もいます。

CENNZnetはなぜProof of Stakeを使用するのか?

PoSはCENNZnetにとって常に明確な勝者です。これはPoWに代わる圧倒的な選択肢であり、ネットワークを保護するためのエレガントではるかに環境的に持続可能な方法を提供しています。

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