イーサリアムのPOS（ProofofStake）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暗号資産であり、その基盤技術であるブロックチェーンは、分散型アプリケーション（DApps）やスマートコントラクトの実行環境として注目を集めています。イーサリアムは当初、プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work, PoW）というコンセンサスアルゴリズムを採用していましたが、2022年にプルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake, PoS）へと移行しました。本稿では、イーサリアムのPoSについて、その仕組み、メリット・デメリット、移行の経緯、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・ステーク（PoS）とは
PoSは、ブロックチェーンの新しいブロックを生成し、トランザクションを検証する権利を、暗号資産の保有量に応じて与えるコンセンサスアルゴリズムです。PoWでは、複雑な計算問題を解くことでブロック生成の権利を得ていましたが、PoSでは、暗号資産を「ステーク（Stake）」することで、その権利を得ます。ステークとは、暗号資産をネットワークに預け入れることで、ネットワークのセキュリティに貢献することを意味します。
PoSの基本的な仕組み
- バリデーターの選出: ネットワークに参加しているノードの中から、ステーク量が多いノードほど、バリデーター（検証者）として選出される確率が高くなります。
- ブロックの生成: 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生成し、ネットワークに提案します。
- 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トランザクションの正当性を検証します。
- コンセンサスの形成: 多数のバリデーターがブロックの正当性に同意することで、コンセンサスが形成され、ブロックがブロックチェーンに追加されます。
- 報酬の付与: 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、報酬として暗号資産が付与されます。
イーサリアムにおけるPoS（カスパージアップデート）
イーサリアムのPoSへの移行は、「The Merge（ザ・マージ）」と呼ばれる大規模なアップデートによって実現されました。このアップデートは、イーサリアムのコンセンサス層をPoWからPoSへと変更するものであり、長年にわたる開発とテストを経て、2022年9月に実行されました。イーサリアムのPoSは、単なるPoSの導入にとどまらず、ビーコンチェーン（Beacon Chain）と呼ばれる新しいブロックチェーンを導入し、PoWのメインネットとPoSのビーコンチェーンを統合するという複雑なプロセスを経ています。
ビーコンチェーンとは
ビーコンチェーンは、イーサリアム2.0（現イーサリアム）の基盤となる新しいブロックチェーンであり、PoSのコンセンサス層として機能します。ビーコンチェーンは、PoWのメインネットとは独立して稼働しており、PoSのバリデーターの選出、ブロックの生成、トランザクションの検証などを担当します。The Mergeによって、PoWのメインネットはビーコンチェーンに統合され、PoSによるブロック生成とトランザクションの検証が行われるようになりました。
ステークの方法
イーサリアムのPoSに参加するには、32 ETHをステークする必要があります。32 ETHをステークすることで、バリデーターとしてネットワークに参加し、ブロックの生成と検証を行うことができます。しかし、32 ETHをステークするには、多額の資金が必要となるため、個人で参加することは困難な場合があります。そのため、ステークサービスを利用することで、少額のETHからPoSに参加することができます。ステークサービスは、複数のユーザーからETHを集めて、32 ETHを満たし、バリデーターとしてネットワークに参加します。ステークサービスを利用することで、ユーザーはETHを預け入れるだけで、PoSの報酬を得ることができます。
PoSのメリット
- エネルギー効率の向上: PoWでは、複雑な計算問題を解くために大量の電力が必要となりますが、PoSでは、電力消費を大幅に削減することができます。
- セキュリティの向上: PoSでは、攻撃者がネットワークを支配するには、ネットワーク全体のETHの過半数をステークする必要があるため、PoWよりも攻撃が困難になります。
- スケーラビリティの向上: PoSは、PoWよりもトランザクションの処理速度を向上させることができます。
- 分散性の向上: PoSは、PoWよりもネットワークへの参加障壁を低くすることができるため、より分散的なネットワークを構築することができます。
PoSのデメリット
- 富の集中: ステーク量が多いノードほど、バリデーターとして選出される確率が高くなるため、富が集中する可能性があります。
- Nothing at Stake問題: バリデーターは、複数のチェーンで同時にブロックを生成することで、不正なトランザクションを承認する可能性があります。
- スラック攻撃: バリデーターが、ネットワークのセキュリティを脅かすような行動をとる可能性があります。
イーサリアムPoS移行の経緯
イーサリアムのPoSへの移行は、長年にわたる議論と開発を経て実現されました。当初、イーサリアムはPoWを採用していましたが、PoWのエネルギー消費量やスケーラビリティの問題が指摘されるようになり、PoSへの移行が検討されるようになりました。PoSへの移行は、イーサリアムの創設者であるヴィタリック・ブテリンによって提唱され、2014年にPoSの研究が開始されました。その後、PoSの様々な実装方法が検討され、2016年には「カスパージ」と呼ばれるPoSへの移行計画が発表されました。カスパージは、段階的にPoSを導入していく計画であり、2019年にはビーコンチェーンの開発が開始されました。2022年9月には、The Mergeが実行され、イーサリアムはPoSへと移行しました。
今後の展望
イーサリアムのPoS移行は、イーサリアムの将来にとって重要な転換点となります。PoSへの移行によって、イーサリアムは、エネルギー効率、セキュリティ、スケーラビリティ、分散性の面で大きく改善されることが期待されます。また、PoSは、イーサリアムのDAppsやスマートコントラクトの実行環境としての魅力を高め、より多くの開発者やユーザーを引きつける可能性があります。今後のイーサリアムは、PoSを基盤として、さらなる技術革新を進め、ブロックチェーン技術の発展に貢献していくことが期待されます。具体的には、シャーディングと呼ばれる技術を導入することで、スケーラビリティをさらに向上させることが計画されています。シャーディングは、ブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割し、各シャードで並行してトランザクションを処理することで、トランザクションの処理速度を向上させる技術です。
まとめ
イーサリアムのPoSへの移行は、暗号資産業界全体に大きな影響を与える出来事です。PoSは、PoWと比較して、エネルギー効率、セキュリティ、スケーラビリティ、分散性の面で優れており、イーサリアムの将来にとって不可欠な技術となります。イーサリアムのPoSは、ビーコンチェーンの導入やThe Mergeの実行など、複雑なプロセスを経て実現されましたが、その成果は、イーサリアムの持続可能性と成長に大きく貢献するものと期待されます。今後のイーサリアムは、PoSを基盤として、さらなる技術革新を進め、ブロックチェーン技術の可能性を広げていくでしょう。
