イーサリアムのプルーフオブステークとは？仕組み紹介
イーサリアムは、世界で最も活発なブロックチェーンの一つであり、分散型アプリケーション（DApps）やスマートコントラクトの基盤として広く利用されています。そのセキュリティと合意形成メカニズムは、長年にわたり進化を遂げてきました。その中でも、イーサリアムが採用したプルーフオブステーク（Proof of Stake, PoS）は、従来のプルーフオブワーク（Proof of Work, PoW）と比較して、エネルギー効率の向上、スケーラビリティの改善、そしてセキュリティの強化といった多くの利点をもたらすと期待されています。本稿では、イーサリアムのプルーフオブステークの仕組みについて、その詳細を解説します。
1. プルーフオブステーク（PoS）とは
プルーフオブステークは、ブロックチェーンにおける新しいトランザクションの検証とブロックの生成を行うために、参加者が保有する暗号資産を「ステーク（Stake）」として預け入れることで、その権利を得る合意形成メカニズムです。PoWとは異なり、複雑な計算問題を解くための膨大な計算資源を必要としません。代わりに、ステークされた暗号資産の量と、ステーク期間によって選出される確率が決定されます。つまり、より多くの暗号資産をより長くステークしている参加者ほど、ブロック生成の権利を得やすくなります。
2. プルーフオブワーク（PoW）との比較
イーサリアムは当初、プルーフオブワーク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新しいブロックを生成し、その報酬として暗号資産を得ます。しかし、PoWにはいくつかの課題がありました。まず、膨大な電力消費です。計算問題を解くためには、高性能なコンピューターと大量の電力が必要となり、環境への負荷が大きくなるという問題がありました。また、スケーラビリティの問題も指摘されていました。トランザクションの処理能力が限られており、ネットワークの混雑時にはトランザクション手数料が高騰するという問題がありました。さらに、51%攻撃のリスクも存在します。ネットワーク全体の計算能力の51%以上を掌握した攻撃者が、トランザクションを改ざんしたり、二重支払いを実行したりする可能性があります。
プルーフオブステークは、これらのPoWの課題を解決するために開発されました。PoSでは、電力消費を大幅に削減できます。計算問題を解く必要がないため、高性能なコンピューターや大量の電力は必要ありません。また、スケーラビリティの改善も期待できます。ブロック生成の速度を向上させることで、トランザクションの処理能力を高めることができます。さらに、51%攻撃のリスクも軽減されます。攻撃者がネットワークの過半数の暗号資産をステークする必要があるため、攻撃コストが非常に高くなります。
3. イーサリアム2.0とThe Merge
イーサリアムは、これらの利点を実現するために、長年にわたりプルーフオブステークへの移行計画を進めてきました。その計画は「イーサリアム2.0」と呼ばれ、段階的に実装されてきました。その中でも最も重要なイベントは、「The Merge（ザ・マージ）」と呼ばれるもので、2022年9月15日に実行されました。The Mergeは、イーサリアムのコンセンサス層を、PoWからPoSへと移行するものでした。これにより、イーサリアムは、PoSを採用したブロックチェーンとして生まれ変わりました。
4. イーサリアムのプルーフオブステークの仕組み
4.1. 検証者（Validators）
イーサリアムのプルーフオブステークでは、ブロックを生成し、トランザクションを検証する役割を担う参加者を「検証者（Validators）」と呼びます。検証者になるためには、32 ETH（イーサリアム）をステークする必要があります。ステークされたETHは、ネットワークのセキュリティを担保するための「担保」として機能します。検証者は、新しいブロックを提案したり、他の検証者が提案したブロックの正当性を検証したりすることで、ネットワークの維持に貢献します。正当な検証者は、報酬としてETHを得ることができます。しかし、不正な行為を行った場合、ステークされたETHの一部または全部を没収される可能性があります。
4.2. Beacon Chain（ビーコンチェーン）
Beacon Chainは、イーサリアム2.0の中核となるブロックチェーンであり、PoSのコンセンサス層を担っています。Beacon Chainは、PoWのメインネットとは独立して動作し、PoSの仕組みを管理しています。Beacon Chainは、検証者の登録、ステークされたETHの管理、そして新しいブロックの生成を調整します。Beacon Chainは、定期的に「スロット」と呼ばれる時間間隔で新しいブロックを生成します。各スロットでは、ランダムに選出された検証者がブロックを提案し、他の検証者がその正当性を検証します。
4.3. スロットとアテスト（Attestation）
イーサリアムのプルーフオブステークでは、ブロック生成のタイミングを「スロット」と呼ばれる時間間隔で区切っています。各スロットでは、ランダムに選出された検証者がブロックを提案し、他の検証者がそのブロックの正当性を検証します。検証者がブロックの正当性を検証し、その結果をネットワークに送信することを「アテスト（Attestation）」と呼びます。アテストは、ブロックが正当であるという証拠として機能します。十分な数の検証者からアテストが得られたブロックは、Beacon Chainに追加されます。
4.4. 罰則（Slashing）
イーサリアムのプルーフオブステークでは、不正な行為を行った検証者に対して、罰則が科せられます。不正な行為には、例えば、異なるブロックに対して二重のアテストを送信したり、オフライン状態が続いたりすることが含まれます。罰則として、ステークされたETHの一部または全部が没収されます。この罰則は、検証者が不正な行為を行うことを抑止し、ネットワークのセキュリティを維持するために重要な役割を果たしています。
5. プルーフオブステークの利点と課題
5.1. 利点
- エネルギー効率の向上: PoWと比較して、電力消費を大幅に削減できます。
- スケーラビリティの改善: ブロック生成の速度を向上させることで、トランザクションの処理能力を高めることができます。
- セキュリティの強化: 51%攻撃のリスクを軽減し、ネットワークのセキュリティを向上させることができます。
- 分散性の向上: 検証者になるためのハードルが低いため、より多くの参加者がネットワークに参加しやすくなります。
5.2. 課題
- 富の集中: より多くのETHをステークしている検証者ほど、ブロック生成の権利を得やすいため、富が集中する可能性があります。
- ステークのロックアップ: ステークされたETHは、一定期間ロックアップされるため、流動性が低下する可能性があります。
- スラックタイム: 検証者がオフライン状態になった場合、ネットワークのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。
6. まとめ
イーサリアムのプルーフオブステークは、従来のプルーフオブワークと比較して、エネルギー効率の向上、スケーラビリティの改善、そしてセキュリティの強化といった多くの利点をもたらすと期待されています。The Mergeの実行により、イーサリアムはPoSを採用したブロックチェーンとして生まれ変わり、その将来の発展に大きな可能性を秘めています。しかし、富の集中やステークのロックアップといった課題も存在するため、今後のさらなる改善が期待されます。イーサリアムのプルーフオブステークは、ブロックチェーン技術の進化における重要な一歩であり、その動向は、今後の暗号資産市場全体に大きな影響を与えると考えられます。
