PoSとは？仕組みやPoWとの違い・注意点や将来性について詳しく解説！

近年、仮想通貨をはじめとしたパブリックブロックチェーンにおけるコンセンサスアルゴリズムの一つとして注目されている「プルーフ・オブ・ステーク（PoS）」。取引スピードを高めるだけでなく手数料が安くなり、消費電力も少ないため採用される例が増えています。

そこで今回は、PoSの仕組みや採用している仮想通貨、PoWとの違い・注意点さらに将来性について解説します。本記事を読むことによりブロックチェーンや仮想通貨の仕組みが詳しく理解できるため、今後の開発業務やキャリアアップに役立つでしょう。ぜひ参考にしてください。

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PoSとは？

PoS（Proof of Stake）とは、仮想通貨システムにおけるコンセンサスアルゴリズムの一種です。コンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーン上で取引が正しいかどうかの合意形成を行うためのシステムです。

PoSでは、仮想通貨の保有量や保有期間に応じて、取引の承認権限が与えられます。

ブロックチェーンは、中央管理者が存在しないデータベース技術であり、取引の承認や管理はネットワーク上の参加者（ノード）が行います。送金や融資、売買といった取引はすべてブロックの中に順次格納されていきますが、その際に必ず各取引が正しいことについての合意形成をしなければなりません。その承認システムのことを「コンセンサスアルゴリズム」といいます。

PoS以外のコンセンサスアルゴリズム

コンセンサスアルゴリズム	合意形成の方法
PoW（プルーフ・オブ・ワーク）	Proof of Work 計算問題を解くことで取引承認権を得る ビットコインなどが採用
PoI（プルーフ・オブ・インポータンス）	Proof of Importance ネットワークへの貢献度に応じて取引承認権を得る
PoH（プルーフ・オブ・ヒストリー）	Proof of History 時間の経過を証明することで取引承認権を得る
PoC（プルーフ・オブ・コンセンサス）	Proof of Consensus 複数の参加者が合意形成を行うことで取引承認権を得る
DPoS（デリケート・プルーフ・オブ・コンセンサス）	Delegated Proof of Stake 代表者を選出し、代表者が取引承認を行うPoSの派生方式

ブロックチェーンの承認プロセスには、さまざまなコンセンサスアルゴリズムが存在します。PoS以外の主なものには上記があります。

なぜPoSが生まれた？

PoWがビットコインで採用されたもっとも原始的なコンセンサスアルゴリズムになります。

こちらの記事でビットコインの仕組み、将来性について詳しく解説していますので併せてご覧ください。

PoWは取引の承認に時間がかかったり、手数料が高騰したといったスケーラビリティ問題に加えて消費電力量が大幅にかさむことが市場において深刻な課題となっています。その代替システムの開発が強く求められており、そこで開発されたのがPoSです。

PoSは、PoW（Proof of Work）と比較して、スケーラビリティやエネルギー消費に優れた点が評価されています。PoWとPoSの違いはこちらの見出しで詳しく説明します。

PoSの仕組み

PoSでは、仮想通貨をより多く保有している参加者がブロックの生成者に選ばれる確率が高くなるようにプログラムされています。これは、通貨の保有量が多いことがプロジェクトの維持・発展や流動性に貢献しているという考えから来ています。

ただし、通貨の保有量が多いほど、市場価値が下がった場合のリスクも大きくなります。

PoSシステムでは、通貨の保有量が多い参加者の中から128人以上の承認者を選出します。選出された承認者の中からランダムに1人がブロック生成者として選ばれ、生成されたブロックの正当性を他の承認者が検証します。3分の2以上の承認者がブロックを承認した場合に、合意形成がなされる仕組みです。

PoSで不正を防ぐ仕組み

承認者たちには、ブロックが正式に承認されるとステーキング報酬が支払われます。一見、不正な取引であっても承認するリスクがあるように思えるかもしれません。しかし、通貨を多く保有している参加者は、プロジェクトの価値を下げる行為に及ぶことがないことが前提の考え方です。

しかし、万が一不正が発覚した場合、通貨の一部または全部が没収されるペナルティが適用されます。このような仕組みにより、PoSシステムは安全性を保ちながら効率的に取引承認を行っています。

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PoSを採用している仮想通貨

PoSを採用している仮想通貨を紹介しましょう。主に以下があります。

• イーサリアム（ETH）
• ポリゴン（MATIC）
• ポルカドット（DOT）
• カルダノ（ADA）
• ソラナ（SOL）

それぞれのプロジェクトについて説明します。

イーサリアム（ETH）

ブロックチェーン上のアプリケーション（Dapps）を構築できる世界初の仮想通貨として大変注目されています。NFTやブロックチェーンゲーム、DeFi（分散型金融）の先駆けとなりましたが、ビットコインと同じくPoWを採用していたためスケーラビリティ問題がボトルネックになっていました。

しかし2022年9月の大型アップデートでPoSへと移行を始め、上記の問題が解決に向かうと強く期待されています。

こちらの記事でイーサリアムがなぜすごいのか詳しく解説していますので併せてご覧ください。

ポリゴン（MATIC）

イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決するレイヤー2として開発された仮想通貨です。リリースされた時からPoSを採用。現在ではイーサリアムを上回るDappsが開発されている人気ぶりです。

こちらの記事でポリゴンがなぜ必要とされたのか詳しく解説していますので併せてご覧ください。

ポルカドット（DOT）

イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決するため、その対抗馬として開発されたイーサリアムキラーといわれる仮想通貨です。コンセンサスアルゴリズムにはNPoS（ノミネーテッド・プルーフ・オブ・ステーク）というPoSの変化系が採用されています。

ノミネーターといわれる仮想通貨保持者が承認を行うバリデータを投票で選出することによって、より不正が起きにくいシステムになっています。

こちらの記事でポルカドットの特徴、なぜ将来性が期待されているかについて詳しく解説していますので併せてご覧ください。

カルダノ（ADA）

Dappsが開発できる仮想通貨で、ウロボロスと呼ばれるPoSを採用しています。ウロボロスは、バリデータが一部の富裕層にばかり偏らないようによりランダム性を高めたアルゴリズムとなっています。

ソラナ（SOL）

2020年3月にイーサリアムキラーとしてローンチされた後発の仮想通貨です。PoSのみならず、ノード同士の同期プロセスが不要なPoH（プルーフ・オブ・ヒストリー）など、他のコンセンサスアルゴリズムとの連携によってスケーラビリティ問題を大幅に解消しているのが特徴です。

PoSとPoWの5つの違い

PoWとPoSの違いについて以下の観点から具体的に解説しましょう。

• 承認方法の仕組み
• スケラービリティ問題
• 消費電力
• 51%攻撃のリスク
• 新規参入のしやすさ

それぞれのポイントについて説明します。

承認方法の仕組み

PoSとPoWの承認方法の違いは、PoSが通貨の保有量に基づいて承認者を選ぶのに対し、PoWではマイナー（採掘者）が複雑な計算問題を解くことで承認者となる点です。

ビットコインや初期のイーサリアムで採用されたPoWでは、マイナー（採掘者）といわれるブロックチェーン参加者が膨大な計算を行うマイニングを経て合意形成がなされます。ブロックの中にはハッシュ値という、ハッシュ関数に取引データを代入して得られる数値を次のブロックに含ませることによって前後の整合性を担保します。

ハッシュ関数は、同じデータが入力されると必ず同じハッシュ値が得られる性質があります。しかし、ハッシュ値から元のデータを逆算することはできません。この性質により、データが改ざんされるとハッシュ値が変わり、不正が検出される仕組みが確立されています。

そこで高度な処理ができるコンピューターを使い膨大な計算を繰り返してハッシュ値があらかじめ決められた数値より少なくなるナンスを最初に見つけ出した唯一のマイナーに成功報酬が付与される仕組みになっています。

スケラービリティ問題

PoW（Proof of Work）は、取引量が増えるとマイニングに必要な時間が増加し、難しい計算を解くための報酬も高くなるため、取引の遅延や手数料の上昇が起こります。これがスケーラビリティ問題として知られています。

一方で、PoSはバリデータ（承認者）がランダムに選ばれ、取引の検証と承認が迅速に行われます。そのためスケーラビリティの問題が大幅に軽減されます。これにより、PoSは取引の遅延や手数料の上昇を抑えることができると期待されているのです。

消費電力

PoWにおけるマイニングには膨大な計算が必要とされます。それに伴い大量の電力を消費することになります。PoS（Proof of Stake）は、膨大な計算を行うことがなく、消費電力が大幅に削減されます。

PoWのような大量の電力消費は、地球温暖化や化石燃料の枯渇といった環境問題を悪化させる要因となり、その持続性に疑問が投げかけられています。

特に、再生可能エネルギーへの転換が求められる中、マイニングによる大量の電力消費は環境への悪影響を与えているとして批判されています。

一方、PoS（Proof of Stake）は、通貨の保有量や保有期間に応じて承認権限を付与する方式です。膨大な計算を行うことがなく、消費電力が大幅に削減されます。このため、環境に配慮した取引が可能となり、持続可能な仮想通貨システムの構築が期待されています。

また、PoSではスケーラビリティの向上も見込まれるため、将来的な成長にも対応できるとされています。

51%攻撃のリスク

PoWでは、あるノードがネットワーク全体の計算能力の51%以上を持つと、51%攻撃が成立するリスクがあります。一方、PoSでは51%攻撃を実行するのが困難です。

51%攻撃は、ネットワークの過半数の計算能力を持つ者が、ブロックチェーンに対して不正な取引を承認したり、正当な取引を拒否したりすることが可能になるものです。51%攻撃が成功すれば、二重支払いや過去のトランザクションの改ざんが可能となり、ブロックチェーンの信頼性が失われることになります。

PoS（Proof of Stake）では、承認者（バリデータ）が仮想通貨の保有量や保有期間に応じて選ばれ、さらにランダムに変更されるため、51%攻撃を実行するのが困難です。攻撃者がネットワークの過半数の通貨を保有していなければ、不正な取引を通すことはできません。また、攻撃者が過半数の通貨を保有している場合でも、自身が保有する大量の通貨の価値が下落するリスクを負うため、攻撃が行われる可能性は低くなります。

さらに、PoSでは不正行為が検出された場合には、攻撃者の保有通貨の一部または全部が没収されるペナルティが課せられます。これにより、51%攻撃のリスクがさらに減少し、PoSがより安全なコンセンサスアルゴリズムであるといえます。

新規参入のしやすさ

PoWのマイニングには専用の高性能ハードウェア（例：ASIC）と高い電力コストが必要となります。これにより、新規参入者が参加する際のハードルが高くなっており、資本とリソースが豊富な既存のマイナーに対抗することが難しくなっています。

一方、PoSでは専用ハードウェアが不要で、一般的なコンピュータでバリデータとして参加することができます。バリデータは保有通貨量やステーキング期間に応じて選ばれるため、新規参入者も比較的容易にネットワークに参加できます。この結果、PoSベースのシステムでは、より多くの人が参加できるようになり、ネットワークの分散化が促進されます。

また、PoSでは、新規参入者がネットワークに貢献することで報酬を得ることができるため、参加者の多様化が進む可能性があります。これにより、新規参入者がよりアクセスしやすい環境が整い、仮想通貨市場やブロックチェーン技術の普及が促進されることが期待されます。

PoSの3つの注意点

PoSに関する注意点を解説します。

流動性が低下する

PoSでは仮想通貨の保有量や保有期間によってバリデータが決定されます。より多く、より長く保有している方が承認者となって報酬も得られることから、売買することより保有し続けることに参加者の意識が向きやすくなります。

そうなると仮想通貨の流動性が低下するため、プロジェクトそのものの発展を妨げる要因になりかねません。

これにより、ネットワークの中央集権化が進む可能性があります。中央集権化は、分散型システムの本来の目的である権力の分散化を損なう恐れがあるため、注意が必要です。

富裕層に恩恵が偏る

PoSでは仮想通貨の保有量が多い参加者がバリデータになれるので、どうしても資金量の多い富裕層が有利になる傾向が強いです。一部のプレイヤが大きな影響力を持つようになり、ネットワークの分散性が低下するリスクがあります。

その回避策として保有期間の長さをバリデータ決定の条件に加える動きもありますが、完全な方策ではないため注意が必要です。

ネットワーク攻撃のリスク

PoSでは、攻撃者が悪意を持ってネットワークに大量の仮想通貨をステーキングすることで、バリデータになりやすくなり、悪意のある行為を行うリスクが存在します。これは、ネットワークの安全性や信頼性を損なう恐れがあります。

ただし、攻撃者が大量の通貨を購入することで通貨価値が上昇し、攻撃者自身が損失を被る可能性があるため、このリスクは一定程度抑制されています。

PoSの将来性

PoSは今後ますます採用数が増加すると考えられます。とくにイーサリアムのレイヤー２やイーサリアムキラーのなかでPoSが導入されているケースが多いため、ブロックチェーンアプリの増加にともなって確実に増えていくといってよいでしょう。

ブロックチェーンは、NFTゲームやメタバース、食品や医薬品などのトレーサビリティ、医療データの共有と管理といったさまざまな用途に使用されています。しかもその範囲は年を追うごとに拡大しているため、この流れでPoSへのニーズも高まると理解してよいでしょう。

PoSでよくある質問まとめ

PoSとは？

PoS（Proof of Stake）とは、仮想通貨システムにおけるコンセンサスアルゴリズムの一種です。PoSでは、仮想通貨の保有量や保有期間に応じて、取引の承認権限が与えられます。詳しくはこちらにジャンプ。

PoWとPoSの違いは？

PoWとPoSの違いは以下です。

• 承認方法の仕組み
• スケラービリティ問題
• 消費電力
• 51%攻撃のリスク
• 新規参入のしやすさ

それぞれのポイントについて詳しくはこちらにジャンプ。

まとめ

PoSは、PoWで長年課題となっていたスケーラビリティ問題を解決したという意味で高く評価するに値します。しかもPoSから派生した新たなコンセンサスアルゴリズムも次々と開発されているため、PoSについて詳しく知っておくことは非常に有意義でしょう。

PoSについて正しい見方を持っていなければ、エンジニアとしては今後のWeb3において後手に回る恐れも出てきます。そうならないためにも、ぜひPoSへの知見を高めるように努めてみてはいかがでしょうか。

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