PoW対PoS：誰が真のオープン性を備えているのか？誰が熱力学の終焉から遠ざかることができるのか？
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PoW対PoS：誰が真のオープン性を備えているのか？誰が熱力学の終焉から遠ざかることができるのか？
レイヤー1のブロックチェーンプロトコルはPoWを使用しなければならず、PoWを採用するレイヤー1のみが私たちが解決したい問題を解決し、望む未来を実現できる。
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9月15日、暗号資産の歴史に刻まれる日となった。イーサリアムはマージを実施し、PoWからPoSへと移行したことで、ある時代の終わりを告げたように見える。
PoWか、それともPoSか――これは一つの問いである。
特別な日に、TechFlowでは読者の皆さまと共に三つの古典的な記事を振り返る。元Bitmain創業者・呉忌寒による『ハッシュパワービューティー（算力の美）』、イーサリアム創設者Vitalikによる『なぜPoSなのか？（Why Proof of Stake?）』、そしてOrange Paper（橙皮書）による『PoWとPoSの大論争：誰が真のオープン性を持つのか？誰が熱力学的終焉から遠ざかれるのか？』である。
本文以下：
著者：Nervosチーフアーキテクト Jan
A: PoSの大口保有者は座って資本利得を得ており、小規模投資家には越えられない壁がある上、彼らの権力を制約できない。
B: これは社会の普通の現象ではないでしょうか。お金を持っている人はもともと稼ぎやすい。大口が多額を投入しても他人より少ないリターンしか得られなければ不公平でしょう。今は誰でも同じ割合でリターンを得られる。大口がお金を多く投入すれば、当然より多くのリターンを得るのは当然です。
これはPoWとPoSの議論でよく見られる対話である。Aは二つの問題を提起している。1.（公平性の問題）PoSの大口は座って利益を得るが、一般人はそうではない。2.（制約不能）PoSの大口の権力は制約できない。Bは1に対して回答している。
問題1については、私はBの見解に同意する。投資額に応じてリターンが大きくなるのは合理的であり、PoWでもPoSでも同様である。ブロックチェーンとは結果の公平性ではなく、プロセスの公平性を実現するためのツールである。 ブロックチェーンの中でも依然としてマタイ効果は見られる。結果の公平性をブロックチェーンで解決しようとすると、ブロックチェーンガバナンスの範囲が無限に拡大し、本来ならプロトコルで解決すべきさまざまな問題をすべて投票に押し付けてしまうことになる。
しかし歴史的にも理論的にも、完全な集団選択制度など存在しないことはすでに明らかだ。ブロックチェーンはデータを記録し、改ざんを防ぎ、すべての人々にデータを提供するツールにすぎない。このようなツールを通じてプロセスの公平性をより良く実現できたとしても、それは非常に大きな進歩なのである。
一方、問題2は議論の中で見過ごされがちな極めて重要な問題である。「資源への投入」によってリターンを得ることは当然だが、その前提は「誰でも自由に投入できるか？」ということだ。例えるなら、有名な起業チームが資金調達を行う際、本当にどのVCでも投資できるだろうか？ PoWは非常に高いオープン性を持ち、新しいコンセンサス参加者が常にコンセンサスグループに加わることができる。しかしPoSにはこのようなオープン性はない。以下の議論を引用する：
PoSでは、将来のコンセンサスグループは現在のコンセンサスグループによって決定される。新しいノードがコンセンサスに参加するには、少なくとも1つのトランザクション（例えばステーキングや投票など）を介して行う必要があり、そのトランザクションが処理されるかどうかは現在のコンセンサスグループが決める。彼らはそのトランザクションを処理することもできるし、しないこともできる。もし処理しなければ、新しいノードは永遠にコンセンサスに参加できない。
また、「トランザクションを処理しない」という行為は隠蔽しやすく、罰しにくい。この問題をコンセンサスプロトコル内で解決する方法は、まだ見たことがない。PoSでは通常、ステークの重みに応じてブロック生成の割合が決まる（ノード数とは関係ない）。ほとんどのシステムでステークが集中していることを考えると、これは非常に現実的な問題である。PoWは完全にパーミッションレス（許可不要）である。いつでも、望めばマイニングマシンと電力を購入してブロック生成者に加わることができ、現在のマイナーからのいかなる許可も必要としない。確かに、マイニングマシンと電力を買う必要はあるが、これも一種の許可ではないかと反論されるかもしれない。
確かに、より根本的なレベルでは、それも一種の許可ではある。しかし残念ながら、すべてのProof of XXXの中では、これが最も非中央集権的な許可の形態である。マイニングマシンの生産と電力資源の非中央集権性は、あらゆるトークンの分散状況よりも遥かに高いからだ。我々は常に可能な限りの非中央集権を追求すべきであり、そうでなければ最初から中央集権型システムを使えばよい。
「投入できるかどうか」ということ自体が非常に価値の高いオプションである。PoWがこのような性質を持つのは、作業量証明の計算が履歴に依存しない計算だからである。いつ算力を購入して計算に参加しても、他のマイナーと同じスタートラインに立てる。これは非常に特異で直感に反する性質であり、まさにこの性質により、後発者が先発者の優位性を常に打ち破ることができる。
一方、PoSでは異なる。なぜならステークはシステム内に内在する資産であり、所有権はシステムの履歴によって決定され、トランザクションの順序もシステム履歴によって決まる。そのため、トークンをステーキングして参加するタイプのPoSでも、単に保有だけで参加できるタイプのPoSでも、バリデータセットはシステム自身の履歴によって決定される。PoSとPoWは「コンセンサス参加に履歴依存が必要か否か」という点で根本的に異なる。これは本質的な違いであり、いかなる上層設計でもこれを克服することはできない。
したがって、PoWとPoSの設計は根本的に異なる二つのアプローチであり、二つの異なる理念を表している：
-
（PoS）先行者に自然な優位性を与えるべきだ
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（PoW）先行者に自然な優位性を与えてはならない
主語は「システム」であることに注意。コンセンサス参加者がシステム外で持つ優位性は、どんなプロトコル設計でも解決できない。もし1が正しいと考えるなら、自然とPoSを支持するだろう。逆に、2を支持するならPoWに賛同するはずだ。CKBがPoWを選んだのは、CKBの設計目標がLayer1、つまり世界共通のインフラストラクチャであり、長期間かつ中立的に動作させたいからである。そのためには、システムが先行者（設計者自身を含む）に自然な優位性を与えてはならない。
A: PoSではトークンを買ってステーキングすれば、それが投入ではないのか
確かに投入ではあるが、「投入によるリターン」における「リターン」の内容が変化している。投入に対するリターンは二つに分けて考える必要がある。一つはトークンのリターンであり、最近のPoSではデリゲートが一般的なので、基本的に誰でもこのオプションを持つことができる。もう一つはコンセンサス参加の権利であり、前述の通り、これは既存のバリデータによって独占され、大多数のユーザーにはオプションがない。権利にはいろいろあり、配当はその一形態にすぎず、最も重要な部分ではない。
では、なぜコンセンサスの権利が重要なのか？ それは取引の順序を決定できることを意味する。つまり、オンチェーンでのクラウドファンディング時に自分の取引がタイムリーにブロックに取り込まれるかどうか、DEXでの注文が適切に執行されるかどうか、などに影響する。PoS上でDeFiをする場合、バリデータが何をしているのか、自分の送信する取引と利益相反がないか、真剣に検討すべきである。
DeFiの取引は非常に高価値なものになりうる。例えばDEXでの巨大な買い注文など。このとき、バリデータが割り込み取引を仕掛けるとどうなるか？ 取引順序のわずかな変更だけでも巨額の利益を得ることが可能であり、ましてやコンセンサスノードができることはそれ以上に及ぶ。
賢明な読者はこう考えるかもしれない。「PoWのマイナー／マイニングプールにも同じ問題があるのではないか？」 その通り、PoWのマイナーにも同様の権利はある。しかしPoWにはこの問題を弱体化させる二つの利点がある：
1. ブロック生成ノードとエコシステムのキーユーザーは分離されている。キーユーザーとは、取引所やウォレットなど、ブロックチェーン周辺でサービスを提供し、多数のユーザーと取引を集積する事業者を指す。
PoSでは、大量のユーザーと取引を持つため、ステークが自然とキーユーザーに集中し、天然のステーキングプールが形成される。このため、ビジネス上の優位性がコンセンサスおよびガバナンス上の優位性に転換される（一部のチェーンではすでに明確に現れている）。これにより、先行者の優位性がさらに強化される。
一方、PoWではマイナー集団と取引所／ウォレットは独立しており、専門分野が異なり、異なる知識と方法でリターンを得る。キーユーザーはビジネス上の優位性をプロトコル上の優位性に転換できず、マイナーもプロトコル上の優位性を上層のビジネスに転換できない。PoWでは、開発者、ユーザー、コンセンサスノードの間に均衡が生まれる。
2. PoWのコンセンサスは開放的（上記参照）であり、激しい競争が存在する。あるマイニングプール／マイナーが短期間だけこれを成し遂げることは可能かもしれないが、新たなマイナーが常に自由に参加できるため、長期的にこれを維持するのは極めて困難である。激しい競争は次第に公正で十分に競争された市場を形成する。これは時間（30年？あるいはそれ以上）を要する。
一方、PoSでは、先行者に自然な優位性があり、ビジネス優位性とコンセンサス優位性が結びついているため、先行者の優位性はますます大きくなり、競争は徐々に消失し、最終的には独占または寡占状態となる。インフラストラクチャレベルのプロトコルでは、このような独占をできる限り避けるべきである。
ブロックチェーン自体は巨大なキューイングマシンであり、順序を決定する権利こそがこのシステムにおいて最も重要な権利である。
A: （Bitcoin）51％攻撃のコストはわずか44.3万ドル…
Aが言いたいのは、Bitcoinは安全ではないということだ。なぜなら44.3万ドルもあれば攻撃できるというのである。一方、PoSのトークンは有限であり、攻撃者が市場から十分な量のステークを購入して攻撃することはできない。
この見解は一つの問題を見落としている。ある時点において、地球上の計算能力にも上限があるということだ。SHA256の計算能力のうち、PoWチェーンが10％しか使っていないなら問題ない。しかしビットコインがすでにSHA256計算能力の90％（推定）を占有している場合、残りの90％の計算能力をどこから得るのか？ 量的変化は質的変化を引き起こす。計算能力の地位の変化は安全性に影響を与える。
安全でないのはPoWではなく、十分な計算能力を得られていないPoWチェーンである。PoWを採用するブロックチェーンは、PoSを採用するものよりも立ち上げ時に直面するハードルが大きい。しかし、こうした現実的で過酷な試練こそが、ブロックチェーンの安全性を証明する。そうでなければ、私もPoSチェーンを走らせ、99％のトークンを自分に持ち、残り1％を市場でいくらでも価格を吊り上げれば、安全性は瞬時にビットコインを超えられるだろうか？ ビットコインはすでに10年間稼働しており、その上には莫大な価値が乗っている。なぜ攻撃が起きなかったのか？ 一方、あるチェーンは1年も経たないうちに、数十万円程度の価値を持つスマートコントラクトが何度も盗まれている… 理論は事実によって常に修正されるべきであり、理論と事実が一致しないときは、必ず理論の方が間違っている。
上限があるという点では同じだが、PoWチェーンでコンセンサスに必要なリソースの上限は時間とともに変化する。技術の進歩、人間の挑戦心、激しい競争によって常に前進し、必要な自然資源の取得は完全に非中央集権的である。一方、PoSチェーンで必要なリソースの上限はプロトコルによって規定されており、新規発行されるトークンはすべて既存バリデータの手に渡り、その後バリデータが市場で売却したりステーキングプールの配当として分配したりする。どこかで見たことがあるような構造ではないだろうか？
A: いずれにせよ本質は資本であり、PoWは資本支出と運用費で資本コストを計算し、PoSは担保物の市場価値で機会費用を計算する。どちらのコストも不可逆的である
私はこのロジックに同意しない。中間プロセスを無視して本質に直接到達することは、まさに鍵となる点を見逃している。プロセスこそが重要であり、そこには摩擦や損失が生じる。資本であっても、流動性や独占の進行速度には差があり、プロトコルが独占から回復できる能力にも差がある。前述の通りである。
A: PoSの保有者はずっと売り続けないと感じる
A: 過度な集中では誰もエコシステムに貢献しない
A: もし90％のチップが君の手にあるなら、そのエコシステムは成立しない
A: 君にとっては、高度な集中保有は価値がない
A: 君が90％のトークンを独占しても、誰も家賃を払ってくれない
独占でもエコシステムは築ける。テンセントやアップルがその例である。歴史的にも、経済学的にも、『ゼロからワンへ』にも明確に書かれている。独占こそが巨額の利益を生むのである。
同時に、独占が存在するからといって誰もがそれを認識しているわけではない。トークンは世界で最も流動性の高い資本である。たとえ自分が90％のトークンを保有していても、それを100ものステーキングプールに分散させるだろう。一つのプールに集中させることはない。独占者は「おい、俺がこのシステムを独占してるぜ！」と叫びたくはないのだ。
A: 潜在的な悪意ある独占者は短期的利益のためにトークンを売るだろう
A: 悪事を働くのは短期的利益のためだ
A: つまり、短期的利益を狙う潜在的独占者は、短期的利益のためにトークンを売る
B: 上位ステーキング保有者はよく監視されており、アンステークしたり取引所に引き出したりすれば価格が下落する。実際に売却しなくても、すでに価格に反映される
A: 私も同じこと言いたい。独占者が悪事を働かなければ安全じゃないか[悪笑]
ここでは「独占」と「悪事」の概念が混同されている。「悪事」とは明示的な攻撃を指す。例えば二重支払いなど、観察可能な行為であり、システムやエコシステムはそれに対して対抗措置を講じられる。一方、独占は暗黙的である。独占者はシステムを攻撃する必要もなく、しない。しかし、コンセンサスの権利を利用してさらなる利益を得続けることができる。前述のように、取引順序を操作できれば、すべてを操れるのである。
取引順序の操作は発見できない。PoSシステムでは、取引順序の操作は将来的なバリデータセットの操作にもつながる。つまり、独占的地位は容易に維持され得る。これは「システムの履歴に基づいてシステムの安全性を保証する」という必然的な帰結であり、PoWには存在しない。
我々はまだ、すべての時間においてあらゆる独占の可能性を排除する方法を持っていない。しかしPoWは少なくとも、長期的な時間軸において独占が成立しづらい設計を提供している。私はこれがLayer1にとって極めて重要だと考える。
A: 第一点、PoSチェーンの後発者はなぜ参加できないのか？ トークン購入はマイニングマシン購入よりハードルが低い。PoSで長期的に独占者が存在するという結論には同意できない。経済的規模のメリットもない；第二に、PoS攻撃コストの比較では、ステークの買収だけでなく、評判（reputation）システムもある。PoSではノードは評判を非常に気にする。このコストはノードにとって非常に大きい。
第一点について、独占の問題にはすでに回答済みである。ハードルの問題に関して、これは多くの人々、プロトコル設計者さえも陥りやすい誤りだと思う。ブロックチェーンの最優先目標は安全性と非中央集権性であり、ハードルや使いやすさなどの問題は目標ではない。
ブロックチェーンプロトコル内でハードルの話をすることは、「一般人がTCPリクエストパケットをどうやって構成するか？」と言うようなもので、異なるレイヤーの目的を混同している。ハードルを下げ、使いやすくするために、上層で多くの工夫ができる。ウォレットを作ったり、クラウドマイニングを導入したり、金融商品を設計したりすればよい。なぜブロックチェーンプロトコル自体がハードルを考慮しなければならないのか？
Nervosが階層化されたプロトコルアーキテクチャを追求するのは、使いやすさの問題と安全性の問題を分けて考える必要があると認識しているからである。使いやすさ／ハードルと安全性は本質的に矛盾しており、無理に合わせようとすれば何も得られない。将来、ブロックチェーンプロトコルの直接的な参加者は専門ユーザーとなるだろう。彼らが信頼できるサービスを構築し、ハードルを下げ、使いやすさを提供することで、一般ユーザーの支持と収益を得るのである。
第二点、reputation（評判）は定量化できず、ブロックチェーンプロトコルもそれを判断できない。ブロックチェーンの安全性をreputationに依存させるのは、既存の信用体系への回帰を意味する。またreputationには譲渡不可能という特徴もあり、譲渡できないものに基づいて安全モデルを構築するのは、どこかで見たことがあるような気がしないだろうか？
A: 実際には多くの暗黙の前提がある。あるPoSチェーンでカートルがトークンの1/3を支配したら、コミュニティはハードフォークでカートルを排除できる。PoWチェーンが51％の計算能力に支配された場合でも、同程度に深刻な問題があるとは思わない。また、ノードが長期間隠れて多数派支配を形成する可能性は低いと思う。
プロトコルで解決できない問題を、チェーン外ガバナンス（カートルがステークの1/3を支配し、コミュニティがフォークを望むほど脅威が大きくなった時点で、オンチェーンガバナンスはもはや機能しない）やハードフォークに委ねることは確かにすべての問題を解決できる。しかし、これは極めて高コストな最終手段であり、安易に使うべきではない。ブロックチェーンプロトコルは、このような状況に陥らないよう最大限回避すべきである。
チェーン外ガバナンスやハードフォークを使うことは、プロトコルの不備を認めて人間が介入するしかないことを意味する。私はブロックチェーンエコシステムの最終的なガバナンスには人間が必要だと認める。しかし、その介入頻度はできるだけ低くあるべきだと考える。これを追求しないなら、そもそもなぜブロックチェーンが必要なのか？ 人間の関与頻度を下げることで、協働の自動化コストを下げられ、必要な信頼の基盤も小さくできる。
「ノードが長期間隠れて多数派支配を形成する可能性は低い」――時間が十分に長ければ、どれほど小さな確率の出来事でも起こりうる。金融市場のブラック・スワンは私たちに何度も教えてくれた。記憶が7秒間だけではないことを願おう。
A: xxxのチップは分散し続けている
A: xxxのウォレットアドレスはICO時1000以上から、一ヶ月も経たずに1万を超えた
トップ100アドレスやトップ20ステーキングプールの分散度だけでは、トークンが本当に分散しているとは証明できない。理由は簡単だ。私たちはすべて「許可不要（permissionless）」のシステムについて話している。アドレスは単なる公開鍵・秘密鍵ペアを表すもので、身分を表すものではない。アドレスの生成はほぼゼロコストであり、ステークを持つアドレスの数は、それらのステークを保有するユーザーの数を表していない。アドレスとユーザーを混同してはいけない。
PoSでは、バリデータセット内のバリデータ数は本質的に無関係であり、ステークの分散を表していない。前述の通り、99％のステークを持っていれば、それを100どころか1000のバリデータにまで分散させるべきである。
PoWでも同様に、算力が大手マイナーに集中する問題はある。しかしPoWのオープン性と、後発者に不利な条件をシステムが課さないこと（前述）により、このような集中は一時的なものに過ぎず、算力は激しい競争の中で常に一人から別の一人へと移転する。PoWは競争を讃え、オープンなシステムである。オープンなシステムだけが、熱力学的終焉から遠ざかり、長期的な活力を保つことができるのだ。
PoSには価値もあり、問題もあるため、すべてのシナリオに適用できるわけではない。Layer1のブロックチェーンプロトコルはPoWを使用すべきであり、PoWを採用するLayer1だけが私たちが解決したい問題を解決し、望む未来を実現できる。
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