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プルーフ・オブ・ワークvsプルーフ・オブ・ステーク

初心者ガイド


あらゆる暗号資産の中心にあるのは、攻撃者からソフトウェアを保護し、その供給の新しい単位の発行を規制するコンピュータのネットワークです。 

このシステムは、コンセンサスメカニズムと呼ばれます。

最も広く使用されている2つのコンセンサスメカニズムは、プルーフ・オブ・ワーク(PoW)とプルーフ・オブ・ステーク(PoS)です。どちらも、中央集権ではない形で、ユーザー間のトランザクションを検証し、ブロックチェーンのパブリック元帳に追加するプロセスを規制します。

この違いを理解することで、ご自分のポートフォリオで利用可能な暗号資産をより正確に評価することができます。プルーフ・オブ・ステークを使用する暗号資産には追加の責任や利点が伴う可能性があります。

proof of work vs proof of stake

プルーフ・オブ・ワーク(PoW)とは?


プルーフ・オブ・ワーク(PoW)は、電子メールのスパムを緩和する手段として1990年代初頭に導入されました。 

電子メールを送信する前にコンピュータに少量の作業を実行してもらうことで、正当性を確認するという発想です。この作業は、正当な電子メールを送信する人にとってはささいなことですが、大量の電子メールを送信するユーザーにとっては、多くのコンピューティング能力とリソースが必要になります。

PoWのデジタルマネーシステムへの応用について初めて言及したのは、ビットコインの開発者であるサトシ・ナカモトで、ビットコインに関するホワイトペーパーで発表されたものです。

ブロックチェーンの順序決定

ブロックチェーンは、トランザクションの順序に基づき時系列に並んだブロックのストリング(トランザクションのグループ)で構成されるメカニズムです。

PoWブロックチェーンの最初のブロックはそのソフトウェアにハードコードされ、ジェネシスブロックと呼ばれます(ブロック0とも呼ばれます)。定義上、このブロックは前のブロックを参照しません。 

ブロックチェーンに追加される後続のブロックは、常に前のブロックを参照し、それぞれのブロックに更新された完全な元帳のコピーが含まれます。

電力消費

PoWアルゴリズムは、競争を通して台帳を調整できる参加者を決定しますが、その競争では、特定の参加者(マイナー)が、ネットワークのルールに適合する有効なブロックを提案するために、計算のためのエネルギーを投下することが奨励されます。

次にノード(ビットコインソフトウェアを実行しているコンピュータ)は、トランザクションを検証し、二重支払い(同じ資金を2人の受取人に支払う行為)を防止し、提案されたブロックをチェーンに追加する必要があるかどうかを判断します。

新しいブロックを生成するために、PoWネットワーク上のマイナーは互いに競争して、ハッシュと呼ばれるプロセスにおける複雑な数学的問題を解決します。これらの問題は解決が非常に困難なものですが、ネットワークでは正しい解答を簡単に検証できます。 

参加

PoWプロトコルでは、計算能力を暗号化と組み合わせることで、コンセンサスを形成し、ブロックチェーンに記録されたトランザクションの妥当性を確保します。 

ハッシュ処理中に新しいブロックを生成するために、マイナーは競い合って、数学的な問題に対して正しい結果を生成します。

これを行うために、マイナーはハッシュと呼ばれる擬似乱数の文字列を推測します。この文字列は、ブロック内で提供されたデータと組み合わされ、ハッシュ関数コンピュータを通過させる際に、プロトコルで設定された特定の条件に一致する結果を生成するものでなければなりません。 

成功したハッシュはその後、解答が正しいかどうかを他のマイナーが確認できるよう、ネットワークにブロードキャストされます。正しい場合、そのブロックはブロックチェーンに追加され、マイナーはブロックリワードで報酬を得ます。

リワードの配分 

ブロックリワードとは、ネットワークによって有効と見なされ受け入れられたブロックごとに、ブロックチェーンによってマイナーに対して付与された新しい暗号資産を指します。

ビットコインのような一部の暗号資産では、ブロック数が特定の数に達すると、ブロックリワードが減少します。 

これは、総供給量を有限でデフレの状況に維持するために行われます。
 


What is a consensus mechanism?

Consensus refers to an agreement on a certain piece of information among a system or group of people.

Blockchain consensus is a state of agreement among a distributed network of computers on the order and validity of information stored on a shared database.

The Bitcoin blockchain and other blockchains that followed were revolutionary because they solved a long-standing problem called the Byzantine Generals problem

The Byzantine Generals Problem is a classic problem in distributed computing that deals with the issue of trust. It is a problem of consensus among distributed platoons, where multiple generals are trying to coordinate an attack on a city. In the problem, the generals are unable to communicate directly with each other and some of the generals may be traitors sending false messages to the other generals.

In the context of blockchains, the Byzantine Generals Problem is a problem of consensus. In a blockchain network, there are multiple nodes that are trying to reach consensus on the state of the ledger. However, some of the nodes may be malicious, and attempt to send false information to the other nodes. The problem is that the other nodes must be able to trust the information they receive in order to reach consensus.

Blockchains solve the Byzantine Generals Problem by using a consensus algorithm to incentivize all participants in the network to agree on a single version of the truth. This is done by having each node in the network validate the transactions and reach agreement on the validity of the transaction. The system then records this consensus on the blockchain, thereby creating an immutable, secure and collectively shared source of truth. The consensus mechanism ensures that all participants in the network have the same version of the truth and that the transaction is valid.

Computer scientists conceived of this problem in the 1980's, but its underlying concepts draw from an older field of economics called game theory. Mathematicians John Von Neumann and Oskar Morgenstern pioneered game theory 30 years before the Byzantine Generals problem. Their research analyzed the outcomes of games based on the individual behaviors of players, payoffs, and punishments.

Blockchain consensus mechanisms incorporate these theoretical principles. Players participating in a blockchain network are incentivized to act honestly for both themselves and for the greater good of the network. Malicious actors, on the other hand, face penalties for dishonest behavior.

What's interesting is how PoW and PoS systems achieve trustless consensus in entirely different ways.

プルーフ・オブ・ステークとは?


プルーフ・オブ・ステーク(POS)とは、PoWでブロックチェーンの順序決定が電力消費量に依存していたのを解決する手段として、2012年に導入されたPoWの修正版です。

PoSプロトコルの背後にある考え方は、コンピュータに適切なハッシュの生成を競い合わせて参加を決定するのではなく、コインの所有権によって決めるというものです。

PoSアルゴリズムは、プロトコルによって決定された一連の要素を使用して、ブロックチェーンに次のブロックを提案するノード(コインを所有するすべてのユーザー)を擬似ランダム的に選択します。 

選択されたノードの役割は、ブロック内のトランザクションの有効性を検証し、署名し、検証のためにネットワークにそのブロックを提案することです。

ブロックチェーンの順序決定

PoWと同様に、PoSブロックチェーンも、トランザクションに基づき時系列で並んだブロックのストリングで構成されるメカニズムです。

PoWブロックチェーンの最初のブロックもそのソフトウェアにハードコードされ、一般にジェネシスブロックと呼ばれます。ブロックチェーンに追加される後続のブロックは、常に前のブロックを参照し、それぞれのブロックに更新された完全な元帳のコピーが含まれます。

注目すべきなのは、PoS暗号資産では、ブロックを追加するユーザーとして選ばれるための競争がないということです。そのためブロックについて、「鋳造される(forged)」、つまり「マイニングされる(mined)」のではではなく「ミントされる(minted)」と表現されることがよくあります。

電力消費

PoWブロックチェーンとは異なり、PoSブロックチェーンでは、計算能力と消費電力のみに基づいてブロックを提案できるユーザーが決定されることはありません。多くの支持者たちは、PoSを「エネルギー効率の高い」システムとして宣伝しています。このシステムでは、個々のノードに新しいブロックを生成する責任が割り当てられます。他のノードと競い合うことはありません。

PoWのマイニングにもPoSのミンティングにも電力消費が必要なため、マイニングノードもミンティングノードも、可能な限り安価な電力を使用するように動機付けられます。そのような電力はほとんどの場合、石炭のような温室効果ガスを放出するものではなく、水力発電、風力発電、太陽発電などの再生可能エネルギーによるものです。

さらに、PoSブロックチェーンにおいても特殊なハードウェア(GPU)を使用する必要があり、こういったハードウェアは、PoWにおけるマイニング装置(ASIC)などの演算装置と同様に、製造するには資源が必要です。 

PoSマイナーはアクティブなインターネット接続も維持しなければならず、これにはエネルギー消費が伴います。

参加

PoSブロックチェーンにブロックを追加できるユーザーとして選ばれるためには、特別なコントラクトにおいてブロックチェーンの暗号資産を一定量ステーキング、つまりロックする必要があります。 

ステーキングされたコインの量によって、次のブロックを追加するユーザーになれるかどうかが決まります。ユーザーが悪意を持って行動すると、罰則としてそのユーザーはステーキングを失う場合もあります。 

最も裕福なノードが常に有利にならないようにするため、PoSではその他の決定要因が使用される場合があります。これには、ノードがコインをステーキングした時間や、純粋なランダム化などがあります。 

リワードの配分

PoWアルゴリズムと同様、PoSにおけるブロックリワードとは、有効なブロックを提案したユーザーに対してブロックチェーンが付与する暗号資産を指します。 

しかし、ブロックの選択はコイン所有者が行うため、取引所は、より定期的な支払いと引き換えに、ユーザーに代わって資金をステーキングする機能をユーザーに提供するステーキングサービスを提供する場合があります。


クラーケン暗号資産ガイド


役に立つリソース

2009年のビットコインの開始以来、これらのコンセンサスメカニズムは多くのブロックチェーンプロジェクトの推進に役立ってきました。ビットコインのマイニングの詳細については、クラーケンのビットコインマイニングとは?ページをご覧ください。 

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