【プルーフオブワークの課題を解消したプルーフオブステイク】プルーフオブステイクという新たなアルゴリズムをブロックチェーンで利用

ブロックチェーン技術は、仮想通貨のパイオニア的存在であるビットコインの取引が正常に行われているかを証明するためのシステムとして注目されました。現在ではブロックチェーン技術は「仮想通貨の取引においてのものだけではなく、いろいろなものに用いることができるのではないか」ということが議論の的になっています。

一方で、現状では仮想通貨取引においてもブロックチェーン技術をどのように利用していくかという話は尽きません。まず画期的なブロックチェーン技術をどのように取り扱うかということが、今後のブロックチェーン技術の発展に必須となっていくでしょう。

本稿では、ブロックチェーンのアルゴリズムであるプルーフオブワークとプルーフオブステイクについて説明していきます。

ブロックチェーンを生かすためにはマイニングが必須

まず最初に、ブロックチェーンを利用するための作業であるマイニングに説明していきます。ブロックチェーンは取引が正常に行われてことを示す台帳を鎖のように繋げていく仕様ですが、実際にはブロックチェーンを承認する人が必要になります。

ブロックチェーンを生かすためにはそれをしっかりと取り扱う存在が必須ということであり、承認する人の存在が必要になります。現状では全てをスマートコントラクト化することができないので、ブロックチェーンを取り扱える人を募るような形をとっています。

仮想通貨における取引が正常に行われていることを台帳に記録し、ブロックを積み上げていくことをマイニングといいます。このマイニングを行う人をマイナーと呼び、ブロックチェーンのシステムの中でマイナーが管理業務をこなしています。

マイナーは、ブロックチェーンに取引の記録を積み上げていくことで報酬を受け取る仕組みになっています。これにより、マイニングを行うこと自体を生業にしている人もいて、ブロックチェーンに関わることが仕事になっていることも特徴です。

一方で、ブロックチェーンに記録をすることを仕事としている人は、ある種の争奪戦のような状況になりかねないということもあります。

これまではプルーフオブワークのアルゴリズムでブロックチェーンが展開されていた

ブロックチェーン技術は利便性の高さの一方で、中央に管理者を置かないことの弊害を考慮する人がいます。悪意を持ったマイナーが自分に都合の良いようにブロックチェーンの取引記録を改ざんする危険性だったり、いろいろな警戒がなされていたのです。

この問題を解決されるためにブロックチェーンに用いられたアルゴリズムが、プルーフオブワークです。プルーフオブワークでは、取引記録の改ざんに強くなるための要素が詰め込まれていることが特徴になります。

プルーフオブワークでは、取引記録をブロックチェーンに繋げるために計算問題の答えを導き出す必要があります。計算問題といってもスーパーコンピューターで長時間を掛けなければ到底答えを導き出せない複雑なものであり、人間の作業ではどう頑張っても行うことができないものになっているのです。

プルーフオブワークの仕組みでは、改ざんを実際に行おうとしても計算問題が膨大になっている上に、他のマイナーが計算問題の答えを導き出す前に改ざんを完了させなければなりません。これに加えて、マイニングの報酬は改ざんを行うこと以上のものになるので、改ざんに強く正常な取引を行うためのアルゴリズムとしてプルーフオブワークは重用されてきたのです。

プルーフオブワークにはデメリットも多い

改ざんに強いことで大きな支持を集めていたプルーフオブワークですが、非常にデメリットも多いことで知られています。このプルーフオブワークのデメリットの解消のために、後述することになるプルーフオブステイクが注目されるようになったということもあるのです。

まずデメリットの一つとして挙がるのが、マイニングに掛かる電気代です。前述の通り、プルーフオブワークでは膨大な計算問題を導き出すためにスーパーコンピューターをフルに稼働させる必要があります。その状態を長時間継続することが求められますから、プルーフオブワークでは電気代のコストがかなり掛かるようになっているのです。

これに加えて、早く計算問題を解いたものに発言権が与えられて報酬が得られる仕組みのプルーフオブワークのアルゴリズム下ではスピードが求められます。これによって、報酬を求めれば求めるほど、よりコンピューターを稼働させる必要性が生じ、電気代が嵩張ることになってしまうという悪循環に陥ってしまうのです。

このプルーフオブワークでの電気代の問題の解消を考えた時には、どうしても集団でマイニングを行うためのチームを作るという考えが出てきます。この集団が力を持ちすぎることになると、ブロックチェーンを自分たちの都合のいいように作るという中央集権化に繋がることも問題です。この「51％攻撃」と呼ばれる中央集権化と電気代の問題が、プルーフオブワークの主なデメリットになります。

プルーフオブワークの課題を解消したプルーフオブステイク

以上のように、プルーフオブワークは計算問題における「仕事量の証明」が発言権を得る仕組みになっていたので、マイニングにおける問題になっていました。このプルーフオブワークの課題を解消するために、今度はプルーフオブステイクというアルゴリズムが注目されています。

プルーフオブステイクはプルーフオブワークと違って、「賭け金の証明」ということになっており、仮想通貨の持っている量によって発言権が得られるという仕組みになっています。では、このプルーフオブステイクの仕組みによってどのような変化が訪れるのでしょうか。

プルーフオブステイクのアルゴリズムでは単純に通貨の量によって発言権が決定されるため、膨大な計算をスーパーコンピューターで行う必要がなく、電気代に関する問題が解消されるのが大きいです。プルーフオブワークにおいて問題の一つになっていた「51％攻撃」に関しても、プルーフオブステイク下では過半数の通貨を取得する必要性が生じるので、中央集権化が非現実的になり問題が解消されます。

もちろん、コインの保有量が焦点ということになるので貧富の差ということが問題になってくることがプルーフオブステイクの課題です。このプルーフオブステイクの課題の解決も必要事項にはなるものの、プルーフオブステイクは、プルーフオブワークの山積みした課題を解決してくれるアルゴリズムとしてイーサリアムを始めとしたいくつかのブロックチェーンシステムに採用されることになっています。