イーサリアムのプルーフ・オブ・ステーク完全解説
はじめに
イーサリアムは、ビットコインに次ぐ時価総額を誇る主要な暗号資産であり、分散型アプリケーション（DApps）の基盤として広く利用されています。そのコンセンサスアルゴリズムは、当初はプルーフ・オブ・ワーク（PoW）を採用していましたが、2022年にプルーフ・オブ・ステーク（PoS）へと移行しました。本稿では、イーサリアムのPoS移行の背景、PoSの仕組み、メリット・デメリット、そして今後の展望について詳細に解説します。
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）へ
イーサリアムは、当初からPoWを採用していました。PoWでは、マイナーと呼ばれる参加者が複雑な計算問題を解くことでブロックを生成し、ネットワークのセキュリティを維持します。しかし、PoWにはいくつかの課題がありました。
- 高いエネルギー消費：計算問題を解くためには膨大な電力が必要であり、環境への負荷が大きいためです。
- スケーラビリティの問題：ブロック生成に時間がかかるため、トランザクション処理能力が低く、スケーラビリティが課題でした。
- 中央集権化の懸念：大規模なマイニングプールが台頭し、ネットワークの分散性が損なわれる可能性がありました。
これらの課題を解決するために、イーサリアムの開発コミュニティはPoSへの移行を決定しました。PoSは、マイナーの代わりにバリデーターと呼ばれる参加者が、暗号資産を預け入れる（ステークする）ことでブロックを生成し、ネットワークのセキュリティを維持します。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の仕組み
イーサリアムのPoSは、Beacon Chainと呼ばれる新しいコンセンサス層を導入することで実現されました。Beacon Chainは、PoSの仕組みを管理し、イーサリアムメインネットとの連携を担います。
PoSの基本的な流れは以下の通りです。
- バリデーターの選出：バリデーターは、32 ETHを預け入れることでネットワークに参加できます。預け入れたETHの量が多いほど、ブロック生成の優先順位が高くなります。
- ブロックの提案：バリデーターは、トランザクションをまとめてブロックを提案します。
- ブロックの検証：他のバリデーターは、提案されたブロックの正当性を検証します。
- ブロックの承認：過半数のバリデーターがブロックを承認すると、ブロックがチェーンに追加されます。
- 報酬の分配：ブロックを生成したバリデーターと、ブロックの検証に参加したバリデーターには、報酬としてETHが分配されます。
PoSには、様々なバリエーションが存在しますが、イーサリアムが採用しているのは、LMD GHOSTと呼ばれるアルゴリズムです。LMD GHOSTは、ブロック生成の公平性を高め、ネットワークのセキュリティを向上させることを目的としています。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）のメリット
PoSには、PoWと比較して多くのメリットがあります。
- エネルギー効率の向上：計算問題を解く必要がないため、PoWと比較して大幅にエネルギー消費を削減できます。
- スケーラビリティの向上：ブロック生成時間が短縮され、トランザクション処理能力が向上します。
- セキュリティの向上：悪意のある攻撃者がネットワークを支配するためには、ネットワーク全体のETHの過半数を所有する必要があり、攻撃コストが高くなります。
- 分散性の向上：バリデーターは、ETHを預け入れることでネットワークに参加できるため、PoWと比較して参加障壁が低く、ネットワークの分散性が向上します。
- 経済的なインセンティブ：バリデーターは、ブロック生成と検証に参加することで報酬を得られるため、ネットワークの維持に貢献するインセンティブが働きます。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）のデメリット
PoSには、いくつかのデメリットも存在します。
- 初期の富の集中：32 ETHという預け入れに必要なETHの量が多いため、初期の富が集中する可能性があります。
- スラッシング：バリデーターが不正行為を行った場合、預け入れたETHの一部または全部が没収される可能性があります。
- 長期的なセキュリティ：PoSの長期的なセキュリティについては、まだ十分な検証が必要です。
- ステークの集中：少数のバリデーターにステークが集中すると、ネットワークの分散性が損なわれる可能性があります。
これらのデメリットを軽減するために、イーサリアムの開発コミュニティは、様々な対策を講じています。例えば、流動性ステーキングと呼ばれる仕組みを導入することで、少量のETHでもPoSに参加できるようにしたり、スラッシングのルールを厳格化したりしています。
イーサリアムのプルーフ・オブ・ステーク移行（The Merge）
2022年9月15日、イーサリアムはPoSへの移行を完了しました。この移行は「The Merge」と呼ばれ、イーサリアムの歴史において重要な出来事となりました。The Mergeにより、イーサリアムのエネルギー消費量は99.95%削減され、スケーラビリティが向上しました。
The Mergeは、イーサリアムの将来にとって大きな転換点となります。PoSへの移行により、イーサリアムはより持続可能で、スケーラブルで、安全なプラットフォームへと進化しました。
イーサリアムの今後の展望
イーサリアムは、PoSへの移行を完了した後も、さらなる進化を続けています。今後の主な開発ロードマップは以下の通りです。
- シャーディング：ネットワークを分割し、トランザクション処理能力をさらに向上させる技術です。
- EIP-4844 (Proto-Danksharding)：シャーディング導入の前段階として、データ可用性層を改善する提案です。
- Verkle Trees：状態サイズの削減と検証効率の向上を目指す技術です。
これらの開発により、イーサリアムは、より多くのユーザーとアプリケーションをサポートできる、真にグローバルなコンピューティングプラットフォームへと成長することが期待されています。
プルーフ・オブ・ステークの多様な実装
イーサリアム以外にも、多くのブロックチェーンプロジェクトがPoSを採用しています。しかし、PoSの具体的な実装方法はプロジェクトによって異なります。代表的なPoSの実装方法としては、以下のものがあります。
- Delegated Proof of Stake (DPoS)：トークン保有者が代表者（デリゲート）を選出し、デリゲートがブロック生成を行う仕組みです。EOSやTronなどが採用しています。
- Leased Proof of Stake (LPoS)：トークン保有者が自身のトークンを他のバリデーターに貸し出し、バリデーターがブロック生成を行う仕組みです。Wavesなどが採用しています。
- Nominated Proof of Stake (NPoS)：トークン保有者がバリデーターを指名し、指名されたバリデーターがブロック生成を行う仕組みです。Polkadotなどが採用しています。
これらのPoSの実装方法は、それぞれ異なる特徴を持っており、プロジェクトの目的に合わせて選択されています。
まとめ
イーサリアムのPoS移行は、暗号資産業界全体に大きな影響を与えました。PoSは、PoWと比較してエネルギー効率が高く、スケーラビリティに優れ、セキュリティも向上する可能性があります。しかし、PoSにはいくつかのデメリットも存在し、今後の開発によってこれらの課題を解決していく必要があります。イーサリアムは、PoSへの移行を完了した後も、さらなる進化を続けており、今後の展開が注目されます。
本稿が、イーサリアムのPoSについて理解を深める一助となれば幸いです。
