PoWとPoSの違い

コンセンサスアルゴリズム

PoW（プルーフ・オブ・ワーク）とPoS（プルーフ・オブ・ステーク）はどちらもコンセンサスアルゴリズムの一種です。暗号資産で有名なビットコインはPoW、イーサリアム2.0はPoSのコンセンサスアルゴリズムを採用しています。

コンセンサスアルゴリズムとは

暗号資産（仮想通貨）の基盤技術であるブロックチェーンは、取引を管理・承認する管理者が不在です。

次の図はブロックチェーンのネットワークイメージ例です。

ブロックチェーンでは、P2P（ピアツーピア）という接続・通信方式を採用しており、P2Pネットワークでは、接続されたコンピュータ同士が対等の立場でデータの送受信をおこないます。

クライアントとサーバに分れて、ほとんどの処理をサーバが行うクライアントサーバシステムとは異なり、接続されたコンピュータが対等の立場でデータのやり取りをします。

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取引を管理・承認する管理者不在のP2Pネットワークでは、取引が正しいものかを判断する仕組みが必要です。この仕組みのことを「コンセンサスアルゴリズム」といいます。

そして、代表的なコンセンサスアルゴリズムには「PoW（プルーフ・オブ・ワーク）」「PoS（プルーフ・オブ・ステーク）」があります。

PoWとPoSの違い

ブロックチェーンは取引データをブロックという単位で管理します。新しい取引データはコンセンサスアルゴリズムに基づいて、正しいと判断された時に初めてブロックチェーンの末尾に追加されます。

PoW（プルーフ・オブ・ワーク）とPoS（プルーフ・オブ・ステーク）は、この「ブロックの生成権」を得る仕組みが違います。

PoWは膨大な計算（仕事）で決め、PoSは暗号資産（仮想通貨）の保有量（掛け金）で決めます。

PoW（プルーフ・オブ・ワーク）とは

PoW（Proof of Work）は、「仕事の証明」という意味で、この仕事とはナンス（Nonce）と呼ばれる値を求める作業です。

ナンスを最初に発見した勝者に「ブロックの生成権」が与えられ、成功報酬として新たに発行したビットコインが与えられます。

ナンスを求めるには膨大な計算が必要です。この膨大な計算をする人（ノード）を「マイナー」、この作業を「マイニング」と呼び、世界中のマイナーたちが競争します。

マイニングの競争に勝利すると、勝者が発見したナンスを含むブロックがブロックチェーンの末尾に追加されます。

マイニングの競争の勝者が発見したナンスを含むブロックが、新たにブロックチェーンの末尾に追加されますが、異なるナンスが発見された場合、次の図のように分岐することがあります。

PoWでは一時的な分岐を許容しており、各マイナーは任意の分岐を選んでマイニングを継続、その結果、最も長くなった方を正当なチェーンとして扱います。

正当なチェーンに選ばれなかった場合、残念ならが成功報酬も無くなります。

最も長くなったチェーンを正当とする理由は、長くなったチェーンはそれだけ多くの施行が実施され、多くのマイナーがそのチェーンに合致していたと考えられるからです。

マイナーの意見が割れたときは、多数決で決定する（最も長くなったチェーンを正当として扱う）仕組みになっています。

このような膨大な計算（ナンスを求める作業）を行うにはマイニング専用のコンピュータが必要です。仮に不正しても正当なチェーンとして判断されなければ労力の無駄です。この膨大な計算をマイナーに実施させることで、不正が起こりにくい仕組みにしています。

またブロックチェーンは取引履歴を「改ざん」するのは困難な仕組みになっており、不正行為を行うより、マイニングの報酬を受け取るメリットの方が上回るように設計されています。

PoS（プルーフ・オブ・ステーク）とは

PoS（Proof of stake）とは、「掛け金の証明」という意味で、暗号資産（仮想通貨）の保有量（ステークした量）が多い参加者ほど、ブロックの生成権を得る確率が高くなる仕組みになっています。

この仕組みのことを「ステーキング」、ステーキングを行う人（ノード）を「バリデータ」呼び、バリデータには、ステーキング総額に応じた報酬が支払われます。

また保有量だけを基準にすると、大量保有者に承認の権限が集中してしまうため、保有期間も考慮するタイプのPoSも存在します。

PoSのステーキングでは、PoWのように高性能なマイニング専用のコンピュータを用意する必要はありません。24時間インターネットに接続されたコンピュータを用意するだけです。

PoSでは、暗号資産（仮想通貨）を大量保有している人は、暗号資産（仮想通貨）の価値を下げるような不正を行う動機がない、不正を行う確率は低いという前提で成り立っています。

不正が発覚したら暗号資産（仮想通貨）の価値が暴落することが予想できます。暴落してダメージを受けるのは大量に保有している人です。そのため、大量保有している人が不正するメリットはないと考えられています。

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PoWとPoSはどちらが良いの？

暗号資産（仮想通貨）で有名な「ビットコイン」や「イーサリアム1.0」はPoWを採用しています。

PoWは取引の公平性を保つ上で優秀な仕組みとして注目を集めていましたが、次のような課題があります。

電力消費の問題とは、世界中のマイナーたちが競争するため、大量のコンピュータが稼働し、消費電力が莫大なものになるというものです。消費電力は環境問題に直結するため、国や政府によって規制される可能性もあります。

スケーラビリティ問題とは、利用者の増加によるシステム負荷の増大によって懸念されるリスクのことです。具体的には処理速度の低下や手数料の増加が問題となっています。

51%攻撃とは、悪意ある集団や個人がブロックチェーン上での取引承認権を独占（過半数を支配）して、不正な取引の承認などを行う行為のことです。

このようにPoWは優秀な仕組みであるが課題も多く、暗号資産（仮想通貨）で有名なイーサリアムはPoWからPoSに移行しています。（イーサリアム2.0はPoSを採用している）

しかし、PoSも保有量によって「取引承認作業（ブロックの生成権）の権限」が決まることから、資産家や機関投資家に権限が集中する懸念があり、問題がないわけではありません。

PoWとPoSどちらもメリット・デメリットがあるものの、消費電力の大幅な削減による環境への配慮や、スケーラビリティ問題の改善、51%攻撃のリスクを軽減していることから将来性が期待されるのは「PoS」といえます。（※2023年3月時点）