プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、 ブロックチェーンのコンセンサス設計であり、 バリデータがネットワークのネイティブ資産を経済的担保として供出し、ブロックの提案・検証・ファイナライズに参加する。投票の影響力と選出ルールはプロトコルごとに異なるため、PoSは最大の保有者がすべてのブロックを選ぶという意味ではない。プロトコルはステークの重み付け、ランダム性、バリデータの署名、フォークチョイス、罰則を組み合わせ、単一の承認済み台帳を調整する。

PoSは、 プルーフ・オブ・ワークのマイニングなしに、オープンなネットワーク合意を可能にする。安全性は、不正なコンセンサス行為に経済的な罰則を科すことと、確認やファイナリティに一定割合のバリデータの重みを要求することから生まれる。 ステーキング報酬は可用性と正確な投票に対する対価だが、保証された利子ではなくプロトコル上の義務への支払いである。ソフトウェア障害、ダウンタイム、スラッシング、カストディ、トークン価格のリスクは残る。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）とは

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、バリデータが暗号資産を供出またはステークしてネットワークの保護に参加するブロックチェーンのコンセンサス機構の一種である。プロトコルによって、バリデータはブロックの提案、取引の検証、ネットワーク状態への投票、ブロックのファイナライズ支援などを行う。誠実な参加はステーキング報酬を得られる一方、ネットワークによってはダウンタイムや悪意ある行為に対してバリデータに罰則を科す。

PoSの実装はブロックチェーンごとに大きく異なる。 イーサリアム、 ソラナ、 カルダノ、 アバランチは、それぞれ異なるバリデータ選出、委任、報酬、罰則、ファイナリティの仕組みを採用している。取引所やリキッドステーキングプロトコルを通じたステーキングは、基盤となるコンセンサス機構とは別物であり、カストディ、流動性、 スマートコントラクトに関する追加リスクを伴うことがある。

プルーフ・オブ・ステークの仕組み

プルーフ・オブ・ステークは、バリデータがコンセンサスに参加する前にブロックチェーンのネイティブトークンを供出することを求めることで機能する。具体的な手順はネットワークによって異なるが、おおむね次の流れに沿う。

1. バリデータがトークンをステークする：参加者はトークンを直接ロックまたは供出し、ネットワークによっては他の保有者がバリデータにステークを委任できる。

2. ネットワークがバリデータを選出する：プロトコルは、ステーク、ランダム性、バリデータの性能などの要素を考慮し得るルールに基づき、ブロックを提案または検証するバリデータを選ぶ。

3. バリデータが取引を検証する：選ばれたバリデータは、取引と提案された状態変更がネットワークのルールに従っているかを確認してから承認する。

4. ネットワークが合意に達する：バリデータの投票や確認により、どのブロックが承認済みブロックチェーンの一部となり、いつファイナルになるかが決まる。

5. 報酬と罰則が適用される：誠実なバリデータは報酬を得られる一方、ダウンタイムや悪意ある行為はプロトコルに応じて報酬の減額やスラッシングなどの罰則につながることがある。

イーサリアム、ソラナ、カルダノなどのPoSネットワークは、これらの手順をそれぞれ異なる形で実装している。例えばイーサリアムはランダムに選ばれたブロック提案者とバリデータのアテステーションを用いるが、他のネットワークは異なるリーダー選出、委任、ファイナリティの仕組みを採用している。

プルーフ・オブ・ステーク型ブロックチェーンの例

プルーフ・オブ・ステークは単一の固定されたプロトコルではなく、幅広いコンセンサスの系統を指す。これらのネットワークは、バリデータの選出、委任、タイミング、ファイナリティがどう異なり得るかを示している。

• イーサリアム：バリデータは32 ETHの残高をアクティベートし、ブロックにアテステーションを行い、イーサリアムのPoSルールの下でジャスティファイドおよびファイナライズされたチェックポイントに向けた投票に加わる。

• カルダノ：Ouroborosプロトコルはステークを用いてスロットリーダーを選出し、保有者はプロトコル上でカストディを移転せずに ADAをステークプールに委任できる。

• ソラナ：バリデータはステーク加重投票をプルーフ・オブ・ヒストリーと併用する。プルーフ・オブ・ヒストリーは、事象の順序付けとブロック生成の調整のための暗号学的なシーケンスを提供する。

• アバランチ：バリデータはAVAXをステークし、他のバリデータを繰り返しサンプリングして合意を形成する。イーサリアム型のチェックポイント投票とは異なるコンセンサス設計を採用している。

プルーフ・オブ・ステークの主な利点と用途

プルーフ・オブ・ステークは、経済的担保とバリデータの投票を用いて、継続的な競争的ハッシュ計算なしにネットワークを保護する。その利点は実装によって異なる。

1. 直接的なエネルギー需要が低い：バリデータは依然として信頼性の高いインフラを運用する必要があるが、各ブロックを獲得するために専用のマイニングハードウェアを継続稼働させて競争することはない。

2. 経済的な説明責任：プロトコルの報酬は適時の検証を促し、ダウンタイムや証明可能な矛盾署名の後には、罰則やスラッシングによって担保が減額され得る。

3. ファイナリティとプログラマブルなネットワーク：PoSは、決済システム、スマートコントラクトプラットフォーム、アプリケーションチェーン、相互運用ネットワーク向けに明示的なファイナリティ投票を支えられる。

4. 委任による参加：ネットワークによっては、バリデータのハードウェアを運用せずに保有者がステークを委任できるが、委任が少数の運用者に集中すると分散性が損なわれる。

プルーフ・オブ・ステークの限界とリスク

PoSはマイニング競争をステークベースのセキュリティに置き換えるが、それでも支配が集中し得るほか、バリデータや委任者は運用上・市場上の損失にさらされる。

1. ステークと委任の集中：ユーザーが同じ運用者に繰り返し委任すると、大口保有者、ステーキングプロバイダー、バリデータが影響力を蓄積し得る。

2. 相関するインフラ障害：バリデータクライアント、ホスティングプロバイダー、鍵管理システムを共有していると、多くのバリデータが同時に障害を起こしたり誤動作したりすることがある。

3. 罰則とスラッシング：バリデータは職務の未履行で報酬を失い、矛盾するコンセンサス署名などプロトコルが定める違反で担保を失うことがある。

4. 流動性と価格のリスク：ロックアップ、引き出しキュー、発行量の変化、プロバイダー手数料、トークン価格の下落は、保有者が得るステーキング報酬を上回ることがある。

PoSの報酬とスラッシングはなぜ必要なのか

PoSネットワークは経済的インセンティブを用いて、バリデータが誠実に参加し、ブロックチェーンの可用性を維持するよう促す。バリデータはブロックの提案、取引の検証、コンセンサスへの投票、安定した稼働の維持などの活動に対して報酬を得られる。ネットワークによっては、職務を果たせなかったバリデータは報酬を失ったり罰則を受けたりする。

スラッシングは、バリデータが矛盾するブロックへの署名など重要なコンセンサスルールに違反した際に、一部のPoSネットワークが用いるより重い罰則である。スラッシングはバリデータのステークの一部を没収し、プロトコルによってはアクティブな参加から除外することもある。すべてのPoSネットワークが同じスラッシングルールを用いているわけではないため、ステーキングのリスクを評価する際は個別のプロトコルを確認すべきである。

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