Proof of Work (PoW)とProof of Stake (PoS)は、ブロックチェーンがすべての新しいブロックを検証するために使用する2種類の合意形成メカニズムです。
Proof of Work (PoW)
ブロックチェーン上のトランザクションを検証する最も古く、最もテストされた方法で、最大の暗号通貨ビットコインで使用されており、複雑な数学的問題を解決するために多くの計算資源を必要とします。
Proof of Stake (PoS)
2012年に初めて登場した競争力のある検証方法で、PoWよりもはるかに少ないエネルギーで済むため、多くの新しいブロックチェーンで支持されています。
ブロックチェーン第2位のイーサリアムは、2022年9月15日前後にPoWからPoSに移行することが決まり、これにより消費電力が99.95%削減されると予想されています。
しかし、PoWはずっと古く、テストされた仕組みであるため、PoSよりも安全性が高いと考えられています。
このブログでは、これら2つのコンセンサスメカニズムの主な違い、それぞれの長所と短所、そしてイーサリアムのブロックチェーンがProof of Stake（PoS）モデルへ移行する理由について見ていきましょう。
コンセンサスメカニズムとは？
コンセンサス・メカニズムは、ブロックチェーンが取引を検証し、ブロックチェーンに追加し、新しいブロックやトークンを作成するために使用されます。
これは基本的に、ブロックチェーン上で起こる取引が第三者の力を借りずに正当であることを検証するプロトコルです（従来の金融システムとは対照的です）。
Proof of Work（PoW）とは何ですか？
Proof of Workネットワークは、マイニングと呼ばれるプロセスに依存しており、これにより、採掘者マイナーのグループは暗号パズルを解くために計算能力を利用します。
このパズルが解かれると、Proof of Workネットワーク上の採掘者（マイナー）は、チェーンに新しいブロックを追加する前に、ブロックチェーン上の他の組織（ノード）とその結果を共有し、検証を受けることになります。その代わり、採掘者（マイナー）はブロック報酬を受け取ることになる。
PoWは最も古いタイプのコンセンサスメカニズムであり、その歴史は1990年代にまでさかのぼり、電子メールのスパムを制御するために使用されたものです。
当時、電子メールを送信するために、コンピュータはわずかな「作業」を行う必要があった。この作業は、正当なメールを送信する人にとっては些細なことですが、大量に送信しようとする人にとっては相当なものであり、それによってスパムメールの防止に役立っていたのです。
Proof of Work・ブロックチェーン
Proof of Workブロックチェーンで最も有名なのは、もちろんビットコインネットワークそのものです。ビットコインは、常に暗号マイニングを利用して新しいブロックを生成してきた。
しかし、新しいブロックチェーンが登場し、暗号通貨のエコシステムが発展するにつれ、他のモデルも出現してきました。その代表的なものがProof of Stakeモデルです。
Proof of Stakeモデル
新しいブロックチェーンを魅了するいくつかの利点があります。特に、この合意形成メカニズムには、Proof of Workと同じ量の計算能力が必要ないことが挙げられます。
Proof of Stake（PoS）とは？
Proof of Stakeの仕組みは、Proof of Workとは異なる機能を持っています。このタイプのブロックチェーンでは、ネットワーク参加者は取引を検証するために自分のコインやトークンをロックします（ステーキングと呼ばれます）。
Ethereum 2.0 PoSメカニズムでは、バリデータは32ETHをステークする必要があり、これはバリデータになるために必要な最低額と最高額の両方であり、32ETH以上をステークするメリットはないことを意味しています。
アルゴリズムによって選ばれ、取引を検証する参加者をバリデータノードと呼ぶ。あるノードがバリデータに選ばれると、その役割はブロック内の取引の妥当性を検証し、さらに検証するために他のバリデータにブロックを提案することであり、複数のノードがPoSブロックチェーン上の取引を検証する。
このプロセスは、Proof of Workに必要な膨大な計算能力を必要としないため、エネルギー効率がはるかに高い。
Proof of Stake・ブロックチェーン
Peercoin（PPC）は、2012年にProof of Stakeネットワークを初めて実装しました。持続可能性を重視したPeercoinネットワークは、Bitcoinよりもエネルギー消費の少ない暗号通貨ネットワークの構築を目指し、Proof of Stakeの仕組みが開発された。
現在、PoS（Proof of Stake）メカニズムを活用したブロックチェーンは増え続けています。新しいブロックチェーンの多くは、この方式で構築されています。最大かつ最も有名なPoSブロックチェーンには、以下のようなものがあります。
BNB
Cardano
Polkadot
Avalanche
Cosmos など
Proof of Work と Proof of Stakeの比較
Proof of Stakeの仕組みは、エネルギー消費が少ないため、Proof of Workよりはるかに優れていると一見思われるかもしれませんが、この2つの方式を比較する際には考慮すべきいくつかの要因があります。Proof of WorkとProof of Stakeの長所と短所について見ていきましょう。
Proof of Workの長所
Proof of Workブロックチェーンは長い間存在していたため、長年の経験により試行錯誤が繰り返されてきました。そのため、当然ながら安全性が高い（ただし、暗号通貨取引には常にリスクが伴う）。
ビットコインのようなProof of Workのブロックチェーンへの攻撃は、非常に多くの計算能力を必要とするため、ほとんどの場合、実装が難しく、実行するには費用がかかりすぎるでしょう。
分散化は、ビットコインの採掘者が世界中に新しい場所を見つけ、事業を立ち上げていることからもわかるように、採掘者がその事業で消費するエネルギー量が多いため、国際的に分散することを余儀なくされているという事実によって裏付けられています。また、採掘者は、他の方法では使用できない再生可能エネルギー源からの余剰エネルギーを採掘作業に使用しているという証拠もある。
Proof of Workの短所
Proof of Workの最大の問題点は、エネルギーを大量に消費することである。気候変動の緩和やネットゼロへの移行が世界の政治・経済の課題として重要であることを考えると、これはブロックチェーンの負の側面として広く受け止められています。
暗号通貨の採掘で効果的に競争するために、個々の採掘者がソフトウェアをアップグレードすることは困難であるという議論があります。つまり、PoWブロックチェーンは最終的に中央集権化し、採掘業務が大企業という形の中央権力者の手に集中する危険性があるのです。
Proof of Stakeの長所
Proof of Stakeモデルの最大の利点は、トランザクションの処理とブロックの検証に必要なエネルギーが少なくて済むことです。これは当然、気候変動緩和の観点からも大きなプラスとなります。
ブロックの検証に膨大な計算能力を必要としないため、PoSバリデーターはハードウェアを継続的にアップグレードする必要がありません。
PoSブロックチェーンは、バリデータの選択にかかる時間がPoWブロックチェーンよりもはるかに速いため、効率的である可能性があります。
高価な機器や倉庫、エネルギー契約が不要なため、PoSブロックチェーンへの参入障壁が低くなります。バリデーターが参加するために必要なのは、ブロックチェーンがバリデーターになるために必要なレベルの資産を賭けることだけです。
Proof of Stakeの短所
Proof of Stakeの仕組みは、PoWモデルほど広範囲に渡って試行錯誤が行われていないため、セキュリティ侵害やブラックスワン事象にさらされる可能性があります。
不正なバリデーターは間違った取引を検証する可能性があるが、多くのプロトコルはこれを阻止するためのインセンティブを導入している。例えば、不正なイーサリアムのバリデーターは、不正なブロックを提案または確認した場合に、賭けたETHの一部または全部を削られる（除去される）ことになる。
なぜイーサリアムはProof of Stakeというコンセンサスメカニズムに移行するのか？
イーサリアムは2022年9月15日頃にPoSメカニズムに移行することが決まり、この待望のMergeにより、ネットワーク全体のエネルギー消費量が99.95%も削減されることが決まりまし。
これにより、世界第2位のブロックチェーンがより環境に優しくなり、環境問題を理由にイーサを敬遠していた懐疑的な人たちを引きつける可能性があります。
また、Mergeにより、発行枚数の減少が見込まれるため、時間の経過とともにETHトークンがデフレになる可能性もあります。
また、前述の通り、PoSはPoWのようにエリートハードウェアを必要としないため、ネットワークの運用コストや、バリデーターになるための参入障壁を下げることができそうです。
最後に
Merge自体はイーサリアムのブロックチェーン全体の手数料削減やスケーリング向上につながるものではありませんが、イーサリアムのスケーラビリティとキャパシティを向上させるとされるSurgeなど、今後のメジャーアップデートへの扉を開くものとなっています。
その他のコンセンサスメカニズム
デジタル資産の世界に存在する取引を検証する方法は、PoSとPoWだけではありません。取引を確認し、有効なブロックを作成するために使用される他のアルゴリズムが多数存在する。
これにはDelegated Proof of Stake（DPoS）があり、PoSと非常に似ているが、投票者と委任者からなる投票システムに基づいている。投票者はトークンを賭け、代表者は投票者によって選出され、取引を検証する。
新しい有効なブロックの生成に使用される別のアルゴリズムは、権威証明（PoA）と呼ばれています。これはプライベートブロックチェーンネットワークに多く使われる傾向があり、検証者がコインやトークンの代わりに自分のアイデンティティと評判を賭けるメカニズムに依存しています。
最近では、Proof of History（PoH）と呼ばれるメカニズムが登場し、トランザクションの検証に普遍的なタイムスタンプを付けることができるようになった。この仕組みは、例えばSolanaネットワークで利用されています。暗号通貨のエコシステムが発展するにつれ、新しいメカニズムが生まれ続けています。
重要なポイント
暗号通貨業界では絶え間ない革新が行われていますが、Proof of WorkとProof of Stakeの2つが最も広く使用されているメカニズムであることに変わりはありません。ブロックチェーンがどのように機能するかを理解することは、非常に重要です。
PoSの仕組みはPoWよりもはるかにエネルギー効率が良いのですが、ブロックチェーンの安全性など、他にも考慮すべき問題があることを覚えておくことが重要です。最も古く、最も広範囲にテストされた検証メカニズムであるPoWは、より安全であると考えられています。
高い安全性とエネルギー効率を両立させたブロックチェーンは、暗号通貨のエコシステムが発展し成熟していく中で、優位な立場に立つことができるでしょう。
