氾濫するProof of Xをここらでまとめて解説 コンセンサスアルゴリズム編(PoW, PoS, PoI, DPoS)

仮想通貨を始めると、日ごろお目にかかることのない怪しげな横文字に、げんなりしませんか?

もともと、バズワードっぽいものが横行している新しい分野。
さらに、暗号・セキュリティっていう、理系中の理系ネタが満載で、すこぶる理屈っぽい。

ある程度はしかたないとは思うんですけど、フォローする我々のキャパも少しは考えてほしいものです。

特に仮想通貨で目立つワードは、Proof of Xの類。
Proof of Work、Proof of Stakeあたりは、ふ~んという感じでしたが、そのあとは掘れば掘るほど出てくる出てくる…

Proof of Inportance
Proof of Consensus
Delegated Proof of Stake
Proof of Burn
Proof of Posession

大した話じゃなくても、とりあえずProof of。
中身が薄くても、Proof ofをつければ何かが証明されてる気になれるんですかね?

ここらでProof of Xの類を横並べにして、解説してみましょう。
まず、今日は、コンセンサスアルゴリズムのProof ofから…

Proof ofといえばコンセンサスアルゴリズム

仮想通貨にかかわって最初に出会うProof ofは、Proof of Work。
最もメジャーな通貨であるビットコインのコンセンサスアルゴリズムです。

コンセンサスアルゴリズムは、利害関係の異なる複数が合意形成をする仕組みのこと。

仮想通貨では、ほっとくとブロックチェーンがどんどん分岐していってしまいます。
そのため、どのチェーンが正しいかをみんなで決めていなければなりません。
このための合意形成の仕組みがコンセンサスアルゴリズムです。

でも、コンセンサスアルゴリズムは、Proof of Workだけじゃない。

  • 持ってる通貨を賭けるProof of Stake
  • 通貨のネットワークにおける個々の参加者の重要さに注目したProof of Importance
  • 投票によって代表を選ぶDelegated Proof of Stake

様々なアイデアが、様々な通貨で試されています。

Proof of Work

Proof of Work(= PoW)は、ビットコインで採用されているコンセンサスアルゴリズムです。
仮想通貨の中で、ビットコインが最もメジャーですので、すべてのProof ofの中でPoWが最も有名。

PoWの特徴

まず、PoWの特徴を軽くまとめると…

Proof of Workの特徴
  • 非中央集権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の中で最もメジャー、採用している通貨もメジャーどころ。その分、実用レベルで最もテストされている。
  • 膨大な計算量を必要とするため、膨大な人・機材・電力が必要となる。
  • 膨大な計算を必要とするため、取引の確定に時間がかかる。
  • 51%攻撃の可能性を常にケアする必要がある。

PoWの仕組みをさわりだけ…

PoWにおけるWorkは計算量のこと。

分岐したどのチェーンが正しいかを決めるのに、

最も多くの計算が行われているチェーンを正しいとしよう

という仕組みです。

チェーンの正しさを決めるために行われるのは、ハッシュという計算。
わざわざ手間がかかる(= たくさんの計算量が必要な)ように、デザインされています。

ハッシュの計算が、どうチェーンの正しさに関係するかを、簡単に説明すると、こうなります↓。

Prof of Workの仕組み
  • 世界中で競争でハッシュの計算をし、最初に成功した人がブロックチェーンに新たなブロックをつなぐことができる。
  • ブロックをつなぐことに成功すると報酬がもらえる。この報酬を求めてみなハッシュの計算にトライする。
  • 報酬は、新たに発行される通貨。この行為をマイニング(= 採掘)と呼び、マイニングする人や組織をマイナー(= 採掘者)と呼ぶ。
  • 分岐したチェーンのうち、最も長いチェーンを正しいと決める。
  • 自分に都合のよいチェーンを作りたい攻撃者は、世界中のマイナーにハッシュ計算で勝ち続けて長いチェーンを作らなければならない。でも、そんなの無理無理

PoWを採用している通貨

コンセンサスアルゴリズムとして、PoWを採用している主な通貨は以下です。

Bitcoin、Etherium、Bitcoin Cash、Bitcoin SV、Litecoin、Monero

メジャーどころが並んでいます。
電力消費がどうのこうのと批判を浴びつつも、リアルな環境での稼働実績を持つ方法であることは、認めなければなりません。

Ethriumは、いずれProof of Stakeに移行することを計画しています。

※Bitcoin Cashについては以下でも取り上げています。

ビットコインキャッシュ BTCの派生通貨は本家を超えられるか?【アルトコイン 次に何買う?(2)】

PoWの課題

膨大な電力消費

マイニングによる報酬を求めて、世界中でマイニングが日夜行われています。
大量のコンピューターを24時間ぶん回し続ける… 世界中で…

膨大な人とモノ、そしてなりより膨大な電力量が必要となります。
現在、ビットコインのマイニングに使われている電力量は、小さめの国の消費量に匹敵するとか…

浪費というかなんというか…

この辺りの状況は、以下でまとめています。

マイニングの消費電力、ビットコインの将来が気になる【仮想通貨小耳ネタ】

取引確定の遅延

マイニングに膨大なハッシュ計算が必要なため、マイニングにもどうしても一定の時間がかかってしまいます。
結果として、通貨を使った取引が確定するまでの時間が、長めにかかってしまうことは否めません。

この点は、決済手段としては致命的な欠点です。
取引確定までの時間を短縮するために、それぞれの通貨がさまざまな工夫をしています。

51%攻撃の危険性

Proof of Workの安全性を脅かすものとしてよく出てくるのが、51%攻撃です。

現在、PoWを採用している通貨の多くが、マイニングに多大な資本が必要なために、マイナーの寡占化が進む傾向にあります。
マイナーが寡占化すれば、マイナー同士の結託がハッシュレートのマジョリティにつながる可能性が高くなり、51%攻撃の可能性を増やすことになります。

ハッシュレートについて説明してみた  仮想通貨の今をリアルに示す含蓄のある数字

実際に、メジャーな通貨でも51%攻撃が可能なことは、ビットコインキャッシュのハードフォークのゴタゴタで証明されたのかもしれません。

ビットコインキャッシュハードフォークの影響 Proof of Workの危機?

Proof of Stake

Proof of Workは、たくさん計算した人がマイニングに成功しやすい仕組みでした。
これに対して、たくさんの通貨を賭けた人がマイニングに成功しやすい仕組みが、Proof of Stake(= PoS)です。

膨大な電力消費や取引確定までの遅さといった、Proof of Workの問題点を解消するために、考えだされました。

PoSの特徴

Stakeは、「掛け金」の意味。
マイナーは、自分が持つ通貨の全部または一部を賭け、マイニングを行います。
賭けた通貨の額が大きいほうが、マイニングに成功する確率が高い仕組みです。

賭けるといっても、賭けに負けたら掛け金没収ではありません。
掛け金は残っていますので、次のマイニングのために賭けることが可能。

より多くの通貨を賭けたほうが有利な仕組みですが、バリエーションとして、CoinAgeの大小でマイニングの成功確率を決定するものもあります。

CoinAge = 通貨量 × 保持期間

Proof of Stakeの特徴
  • 非中央集権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の中では、PoWの次にメジャー。イーサリアムもPoSへの移行を予定している。
  • 膨大な計算量は不要、取引の確定も早い。
  • 通貨を多く持っているものが、マイニングの成功確率が高く、その結果としての報酬を得る可能性が高い。富めるものが富を増やす仕組み。
  • 通貨を多く持つほうが有利なので、通貨を使わないほうへとインセンティブが働く。通貨の流動性を阻害しかねない。

PoSを採用している通貨

コンセンサスアルゴリズムとしてPoSを採用しているのは、

Cardano、OmiseGo、Peercoin、Nxt

などです。

PoWと比較すると、さほどメジャーではない通貨が多い。
まだまだ、実績を積むことが必要なアルゴリズムです。

イーサリアムは、現在はPoWですが、いずれPoSへ移行することを計画しています。
アップグレードを重ねながら、PoS移行の準備を進めています。

ですが、PoSへ移行する際、現在のPoW方式でのイーサリアムマイナーとの折り合いをどうつけるんでしょうか?
気になるところです。

PoSの課題

富の格差の拡大

PoSは、より多くの通貨を賭けたものが、マイニングの成功確率が高くなり、その結果としての報酬を得る可能性が高い仕組みです。

より多くの通貨を賭けることができるものとは、より多くの通貨量を持つもの。
つまり、PoSは、富めるものが優先的に富を増やすことができる仕組みです。

その意味で、PoSは、貧富の格差を拡大する、アンフェアな仕組みだという批判を受けています。

通貨の流動性を阻害

より多くの通貨を賭けるためには、より多くの通貨を保持する必要があります。
通貨の保持者からみれば、なるべく通貨を使わず、持ち続けて賭け続けるほうが有利。

コンセンサスアルゴリズムが、通貨を使わず保持し続ける方向へ、バイアスをかけていることになります。

通貨は、人の間を動いてなんぼ…
それでなければ、経済活動の基盤にはなりえません。
この点は、PoSの本質的な問題です。

大口の通貨保持者は信用できる?

大口の通貨保持者が、不正を働くことによる危険性については、PoSの支持者は、次のように言います。

不正を働いたことによる通貨の信用失墜で、大きな被害を受けるのは大口の通貨保持者自身。
それをわかっていて不正を働くものはいない。

ですが、人は、利に合わないことをしでかすものです。

先日のビットコインキャッシュのハードフォーク騒ぎだって、周りは冷めた目で見ていたはず。
でも、当事者たちはかまわず突っ走って走ましたよね。

ビットコインキャッシュハードフォークの影響 Proof of Workの危機?

Proof of Impotance

PoSへ批判…
「通貨をより多く保持するものに有利な、格差を助長する仕組みである」
「通貨の流動性を阻害する」
に対して改良を試みたのが、Proof of Importace(= PoI)です。

和訳すると、「重要さの証明」ってところでしょうか?

単に、いっぱい通貨を持っている参加者が有利ってことではなく、その通貨にとっての重要さで、マイニングの成功確率を決めましょう、という方式です。

でも、「重要さ」ってどうやってきめるんでしょう?

PoIの特徴

PoIを採用しているメジャーどころの通貨はNEM。
現時点では、PoIはNEMのコンセンサスアルゴリズムのことを指します。

NEMは、NEMのネットワークの参加者の重要さを、通貨の保持量とその参加者がかかわった取引の量で決定しています。

Proof of Importanceの特徴
  • 非中央集権のコンセンサスアルゴリズム。
  • PoSの課題点の改良版。通貨の保有量だけでなく、取引への参加度合いも評価して、マイニングの成功確率をコントロール。
  • 膨大な計算量は不要、取引の確定も早い。
  • 十分な実績がなく、PoSの課題が十分解消できているのかどうかわからない。

PoIの課題

重要さの指標として適切なのか

PoIは、PoSが持つ「富の格差の拡大」「通貨の流動性の阻害」という課題を解決するものとして、考案されました。
いわばPoSの改良版です。

PoSのように通貨の保有量のみを指標とせず、取引への参画の度合いも加味しており、通貨の流動性への配慮も見られます。

ですが、通貨のネットワークにおける参加者の「重要さ」の指標として、適切なんでしょうか?

率直に言って、適切さを議論するには実績不足?
PoIは、実働している通貨がNEMぐらいしかなく、試されたバリエーションも少ない。
良し悪しを議論する段階にないというが、正しい評価。

「重要さ」というなら、保有や取引だけではなく、

  • NEMを世界に広めたエバンジェリストとしての八鍬威
  • NEMのアルゴリズムやシステム開発への貢献度
  • NEMの実用性の検証実験への協力度

などなども考慮しなければ、フェアな感じがしません。

まだまだ、たくさん改良が必要な気がします。

Delegated Proof of Stake

Delegated Proof of Stake (= DPoS)

もう、Po…じゃなくて、頭に別の単語がついちゃってる。
これからこのタイプがボロボロ出てくるかも…

「Delegate」の和約は「代表」

DPoSは、選ばれた代表者複数によりコンセンサスを取ってマイニングを行う方式です。

DPosの特徴

DPoSの代表者の選び方は、通貨のネットワークの参加者による投票。
一人一票ではなく、各参加者がStakeした量で重みづけした投票です。

そして、マイニングは、代表者間の多数決。

Proof of Importanceの特徴
  • 非中央集権のコンセンサスアルゴリズム。
  • 膨大な計算量は不要。
  • マイニングの関与者が少ないため、取引の確定は、PoSやPoIと比較しても早い。
  • 代表者を少数に絞ることで、非中央集権の度合いが下がっているかも。
  • 代表者に対する投票を公平に行うことは、難しい。
  • 十分な実績がなく、安定的に稼働し続けるかはよくわからない。

代表者の数は、通貨によって異なります。
21から、100を超えるものまで、いろいろです。

DPoSを採用している通貨

コンセンサスアルゴリズムとして、DPoSを採用している通貨は、

EOS、Lisk、BitShares、Steemit、Ark

などです。
比較的メジャーなのがEOSぐらい。
他は、時価総額30位から50位ぐらいの、安定度の低い通貨です。

※ このうちEOSについては、以下で解説しています。

EOS イーサリアム越えの高ポテンシャルが魅力【アルトコイン 次に何買う?(1)】

DPoSも、実績という意味では、まだまだこれからです。

DPoSの課題

まだまだこれからのDPoS…
実績不足以外にも気になる点があります。

代表制は非中央集権を犠牲にしてないか?

少人数の代表によって、マイニングをはじめとする重要事項が決まってしまうのが、DPoSです。
間接民主制の政治制度のようなもの…

さて、日本をはじめとする様々な国で間接民主制は採用されています。
でも、非中央集権な感じがしますか?
なんとなく ??? ですよね。

DPoSと間接民主制…
まともに比較してよいものかどうかも、正直判断尽きません。

ですが…

意思決定への関与者が少なくなれば、その中での結託が容易になるのは、明らかです。

DPoSの代表になり、マイニングに直接関与したり、ネットワークへの発言権を増すことは、代表を目指すものにとっては、インセンティブであることは確か。
代表になったら自分の意見を通したいし、一度なったら、続けたいのも人情。

でも、代表が固定化するとろくなことはない。
「すべての権力は腐敗する!!」ってだれかが言ってましたよね。

参加者はフェアな投票ができるのか?

代表を選ぶのは、ネットワークの参加者です。
彼らの目が、代表者およびその候補に対して十分にいきわたるのであれば、中央集権化の危険度は抑えられるはず。

でも、これって難しいですよね。

たとえば、EOSでは、126秒ごとに投票が行われ、その結果によって代表が入れ替わります。

代表やその候補者に関する情報も、開示されています。

でもね…
そんなの丹念に見て、126秒ごとに判断して投票するなんてこと、普通できません。

まとめ

コンセンサスアルゴリズムのProof of、いかがでしたか?

こんなにいろいろあると、
「結局、どれがいいの???」
って聞きたくなりますよね。

でも、答えは出ていません。

現状をまとめてみると…

  • 最も実績があり、一定の信頼を勝ち得ているのはPoW。でも、膨大なエネルギー消費や効率の低さなど、問題も顕在化。
  • PoWの問題を解消しようとしたPoS, PoI, DPoSは、まだまだ実績不足。練れてくるには、まだまだ時間がかかる。

という感じでしょうか?

個人的には、いずれかのアルゴリズムに集約することはないと思っています。

通貨ごとにその用途に応じたアルゴリズムがあり、それが改良されつつ使われていくのでしょう。
その逆に、採用したコンセンサスアルゴリズムが、通貨の用途を規定していくのかもしれません。

どちらにしても、まだまだ過渡期。
これからのお楽しみです。