Vitalik：なぜPoSを選んだのか？
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Vitalik：なぜPoSを選んだのか？
V氏は、PoS（ステークドプローフ）コンセンサスメカニズムに基づくブロックチェーンネットワークは、PoW（プルーフオブワーク）よりも安全であり、攻撃に対する防御措置がより整備されており、検証への参加门槛も低いと考えている。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：Vitalik Buterin
翻訳：Tyronepan-Bifrost Finance
9月15日、暗号資産の歴史に刻まれる日。イーサリアムのマージ（The Merge）により、PoWからPoSへと移行したこの日は、ある時代の終焉を告げたようだ。
PoWか、それともPoSか――それが問題だ。
特別な日に、TechFlowは三つの古典的文章を再検討する。元ビットメイン創業者である呉忌寒氏の『ハッシュパワービューティー（算力之美）』、イーサリアム創設者ビタリック・ブテリンの『なぜPoSなのか？（Why Proof of Stake?）』、そしてNervosのチーフアーキテクトJan氏の『PoWとPoSの大論争：真のオープン性を持つのはどちらか？熱力学的終末から逃れられるのはどちらか？』である。
なぜプルーフ・オブ・ステーク（PoS）を選ぶのか？
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサス方式と比較して、PoSはより優れたブロックチェーンのセキュリティ方式であり、主に以下の3つの理由がある。
1. 同じコストにおいて、PoSの方がより安全である
最も単純な比較方法は、両者を並べて、ネットワーク1日あたり$1のブロック報酬に対して、攻撃にかかるコストを評価することである。
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GPUマイニングによるPoW
GPUのレンタルは非常に安価であるため、ネットワークを攻撃するコストは、既存のマイナーを上回るために必要なGPUのレンタル費用にほぼ等しい。$1のブロック報酬を得るために、既存のマイナーは約$1のコストをかけるべきである（コストがこれより高ければ、採算が合わずマイナーが退出し、低ければ新規参入者が高利益を得られる）。したがって、攻撃者は一時的に数時間だけ$1を超える支出を行うだけでよい。
攻撃総コスト：約$0.26（攻撃時間を6時間と仮定）、攻撃者がブロック報酬を得ることで、実質ゼロにまで下がる可能性もある。
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ASICチップマイニングによるPoW
ASICチップは資本コストであり、摩耗やより優れたハードウェアへの置き換えによって約2年程度使用できると見込まれる。あるチェーンが51％攻撃を受けた場合、コミュニティはPoWアルゴリズムを変更することで対応する可能性が高く、その場合ASICチップは無価値になる。平均して、マイニングには継続コストの約1/3と資本コストの約2/3が必要となる。したがって、1日あたり$1のブロック報酬に対して、マイナーは約$0.33の電気代・維持費と、約$0.67のASICコストを負担する。ASICチップの寿命を約2年と仮定すると、マイナーは該当する数量のASICハードウェアに$486.67を投資する必要がある。
攻撃総コスト：$486.67（ASIC）+ $0.08（電気代＋メンテナンス費）＝$486.75
ASICマイニングによるPoWでは攻撃コストが高くなる一方、この高い防御コストはネットワークの中央集権化を招く。なぜなら、新規マイナーの参入障壁も高くなるからである。
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プルーフ・オブ・ステーク（PoS）
PoSではほとんどが資本コスト（預け入れたコイン）であり、運用コストはノードを稼働させる費用のみである。では、人々は1日$1の報酬を得るためにどれくらいの資本をロックインする用意があるだろうか？ ASICとは異なり、預け入れたコインは減価しない。ステーキング完了後、短い待機期間を経て預け入れたコインは引き出せる。そのため、参加者は同じ報酬に対してより高い資本コストを支払う用意があるはずだ。
ここでは、約15％のリターンがあれば人々がステーキングを行うと仮定する（これはイーサリアム2.0の予想リターン率）。そうすると、1日$1の報酬を得るために6.667年分の預入が必要となり、つまり$2,433の預入が発生する。ノードのハードウェアおよび電気代は非常に少なく、数千円のパソコンで数十万ドル相当の資金をステーキングでき、月額約$100の電気代と通信費で十分である。しかし慎重に見て、これらの継続コストがステーキング総コストの約10％を占めるとすれば、報酬のうち実際に資本コストにあたるのは約$0.9に相当する。したがって、上記のデータは約10％削減すべきである。
攻撃総コスト：$0.9／日 × 6.667年 ＝ $2,189
長期的には、ステーキング率の上昇とともにこのコストはさらに高くなると予想される。個人的には、最終的にこの数字は約$10,000に達すると予測している。
このようなセキュリティ体制を維持する唯一の「コスト」とは、ステーキング中の資産が流動性を失う点にある。むしろ、一般の人々がこれらの資産がロックされていることを知ることでコイン価格が上昇する可能性もあり、結果としてコミュニティ内で投資準備金として流動している資金総量は変わらないままであるかもしれない。一方、PoWではコンセンサスの維持には大量の電力消費という「コスト」がかかる。
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より高いセキュリティか、それとも低いコストか？
5〜20倍のセキュリティ向上を、低いコストで実現する方法は2つある。1つはブロック報酬を維持したまま、セキュリティ向上の恩恵を受けること。もう1つは、ブロック報酬を大幅に削減（つまりコンセンサスの「浪費」を減らす）しつつ、セキュリティレベルを維持することである。
どちらの方法も可能である。個人的には後者を好む。なぜなら以下で述べるように、PoSでは成功した攻撃であっても、PoWの場合に比べてはるかに被害が小さく、復旧も容易だからである。
2. PoSコンセンサスのもとでは、攻撃後の回復が容易である
PoWネットワークにおいて、チェーンが51％攻撃を受けたらどうなるか？ 実際の運用では、これまで唯一の対応策は「攻撃者が自ら攻撃をやめるまで待つ」ことであった。しかし、これはより危険な攻撃、いわゆる「ペawnキャンピング攻撃（Pawn Camping Attack）」の可能性を見落としている。これは、攻撃者が明確にチェーンを機能停止させる目的で、繰り返し攻撃を行うものである。
GPUベースのシステムでは、何の防御手段もなく、持続的な攻撃者は簡単にチェーンを永久に機能停止させることができる（あるいはPoSやPoAへ移行せざるを得なくなる）。実際、数日間攻撃を続けることで、攻撃者のコストは非常に低くなり得る。なぜなら、誠実なマイナーは攻撃されたチェーンでブロック報酬を得られず、退出してしまうからである。
ASICベースのシステムでは、コミュニティは最初の攻撃に対処できるが、その後は手も足も出なくなる。まずコミュニティはハードフォークでPoWアルゴリズムを変更し、すべてのASIC（攻撃者と誠実なマイナー双方の）を「無効化」する。しかし、攻撃者が最初のコストを耐えれば、その後の状況はGPUの場合と同じになる（新しいアルゴリズムに対応するASICを開発・配布するには十分な時間がなく、ハードウェアは存在しない）。そのため、攻撃者は安価に繰り返しペawnキャンピング攻撃を継続でき、避けられない事態となる。
一方、PoSの場合には状況ははるかに良い。特定の種類の51％攻撃（特に確定済みブロックのロールバック）に対して、PoSには組み込みの「スラッシング（Slashing）」メカニズムがあり、これにより攻撃者の大部分のステーク（他人の資産は含まない）が自動的に没収される。他のより発見が難しい攻撃（51％連合による他者への検閲）に対しては、コミュニティが少数派ユーザーが活性化するソフトフォーク（UASF）で調整し、攻撃者の資金が再び大部分没収される（イーサリアムでは「Inactivity Leak Mechanism」によって実現）。明示的な「ハードフォークによる通貨抹消」は不要であり、UASF上で少数ブロックを選択する調整が必要な以外は、すべてプロトコルルールに従って自動的に進行する。
したがって、最初の攻撃で攻撃者は数百万ドルを失い、コミュニティは数日以内に正常に戻る。二度目の攻撃でも、攻撃者は没収されたコインを補うために新たなコインを購入しなければならず、再び数百万ドルを失う。三度目はさらに高コストになる。このゲームは非対称であり、攻撃者にとって極めて不利なのである。
3. ASICと比較して、PoSはより分散化されている
GPUマイニングによるPoWは適度に分散化されており、GPUを入手するのは難しくない。しかし、前述の「セキュリティ」基準では、GPUマイニングは基本的に不適格である。一方、ASICマイニングは数百万ドルの資金投入が必要であり（他人からASICを購入しても、多くの場合製造メーカーがより大きな利益を得る）。
これはよく言われる「ステーキングは裕福な者ほど裕福になる」という主張に対する正しい答えでもある。ASICマイニングもまた「裕福な者ほど裕福になる」構造であり、しかもこのゲームは富裕層に限定されている。少なくともPoSでは、ステーキングに必要な最低金額は非常に低く、多くの一般人が負担可能である。
さらに、PoSは検閲に対してより耐性がある。GPUおよびASICマイニングは非常に目立つ：大量の電力消費、高価なハードウェアの調達、大規模な倉庫が必要である。一方、PoSは目立たないノートパソコン一台で可能であり、VPNを通じても実行できる。
PoWの利点
私はPoWには2つの真の利点があると考えているが、これらはいずれも非常に弱いものだと思う。
1. PoSはより「閉鎖的なシステム」であり、富の集中は長期間かけて進む
PoSでは、ある程度のコインを持っていれば、それをステーキングしてさらに報酬を得られる。一方、PoWでは外部リソースを追加投入しない限り、いくらでも報酬を得続けられない。したがって、長期的にはPoSにおけるコインの分配がますます集中する可能性があると言える。
PoSでの一般的な報酬（バリデータ収入）は非常に低い。イーサリアム2.0では、バリデータ報酬はETH総供給量の年間約0.5〜2％に相当すると予想されており、バリデータ数が増えるほど金利は低下する。したがって、集中化が2倍になるまでに一世紀以上かかる可能性があるが、このような時間スケールでは、他の要因（人々がお金を使いたい、慈善団体や子供たちに分配したいなど）が支配的になるだろう。
2. PoSは「弱い主観性（weak subjectivity）」を必要とするが、PoWは不要
「弱い主観性」という概念については（V神の原文参照）。本質的に、ノードが初めて起動するとき、または長期間（数ヶ月以上）オフラインだった後に再接続するとき、正しいチェーンヘッドを確認するために、何らかの第三者情報源（友人、取引所、ブロック検索サイト、クライアント開発者など）に依存せざるを得ない。しかし、PoWにはこの要求はない。
この要求は比較的容易に満たされると考えられる。ユーザーは、どこかの時点でクライアント開発者やコミュニティが提供する情報を信頼する必要がある。少なくとも、ユーザーは誰か（通常はクライアント開発者）がプロトコル内容やそのアップデートを教えてくれることを信頼しなければならない。これはあらゆるソフトウェアアプリケーションで避けられない前提である。したがって、PoSが追加するわずかな信頼の余地は、依然として非常に小さい。
確かにリスクは存在するかもしれないが、それでも私はPoSネットワークがPoWネットワークよりもはるかに高い効率性と回復力を備えていると信じている。
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