Vitalik：なぜPoSを選んだのですか？

執筆：Vitalik Buterin

原文リンク：《 Why Proof of Stake (Nov 2020)》

翻訳：Tyronepan-Bifrost Finance

9月15日は、暗号の歴史に刻まれる日であり、イーサリアムのマージが行われ、POWからPOSメカニズムに移行し、一つの時代の終わりを告げるようです。

POWを選ぶか、POSを選ぶか、これは問題ですか？

特別な日、深潮TechFlowは皆さんに3つの古典的な記事を振り返ってもらいます。それは、元ビットメインの創設者である吴忌寒が著した《算力の美》、イーサリアムの創設者Vitalikが著した《なぜPoSを選ぶのか？》（Why Proof of Stake？）、そしてNervosのチーフアーキテクトJanが著した《PoWとPoSの大論争：誰が真のオープン性を持っているのか？誰が熱力学の終局から逃れられるのか？》です。

なぜProof of Stake (PoS)を選ぶのか？

PoW（プルーフ・オブ・ワーク）コンセンサスメカニズムと比較して、PoSはより優れたブロックチェーンのセキュリティメカニズムであり、主に3つの理由があります：

1. PoSは同じコストでより安全

最も簡単な比較方法は、両者を並べて、毎日$1のブロック報酬でネットワークを攻撃するコストがどれくらいかを見てみることです。

• GPUマイニングに基づくPoW

GPUをレンタルするの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、既存のマイナーを超えるために十分なGPUをレンタルするコストだけです。毎$1のブロック報酬に対して、既存のマイナーは約$1のコストをかけるべきです（コストが高すぎると、マイナーは利益が出ないため撤退します；コストが低すぎると、新しいマイナーが参加して高い利益を得ることができます）。したがって、ネットワークを攻撃するには、毎日一時的に$1を超えるコストをかけるだけで、数時間で済みます。

攻撃の総コスト：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、ゼロに近づく可能性があります。

• ASICチップマイニングに基づくPoW

ASICチップは資金コストの一種であり、摩耗やより良いハードウェアに取って代わられる前に約2年間使用できると予想されます。もしチェーンが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、その結果ASICチップは価値を失います。平均的に、マイニングの持続コストは約1/3、資金コストは約2/3です。したがって、毎$1のブロック報酬に対して、マイナーは約$0.33の電気代+メンテナンス費用と、約$0.67のASICコストを支払うことになります。ASICチップの寿命が約2年と仮定すると、マイナーはその数量のASICハードウェアに$486.67を支出する必要があります。

攻撃の総コスト：$486.67（ASIC）+ $0.08（電気代+メンテナンス費用）= $486.75

ASICチップを使用したマイニングにおいて攻撃コストが高くなるだけでなく、この高コストの攻撃防止を提供することで、全体のネットワークが中央集権化する傾向があります。なぜなら、マイナーが参加するためのハードルが高くなるからです。

• ステーク証明PoS

ステーク証明では、ほぼすべてが資金コスト（預け入れたコイン）であり、唯一の運営コストはノードを運営するコストです。さて、皆さんは毎日$1の報酬を得るためにどれだけの資本をロックすることを望んでいるのでしょうか？ASICを使用するのとは異なり、預け入れたコインは減価償却しないため、ステーキングが完了すると、短い待機期間の後に預けたコインを取り戻すことができます。したがって、参加者は同じ量の報酬のためにより高い資金コストを支払うことを望むべきです。

約15%のリターン率が人々をステーキングに誘引するのに十分であると仮定します（これがイーサリアム2.0の期待リターン率です）。したがって、毎日$1の報酬は、6.667年の預金リターン、すなわち$2433を引き寄せます。ノードのハードウェアと電気代は非常に少なく、千ドルのコンピュータのコストは数十万ドルの資金をステーキングするのをサポートできます。毎月約$100の電気代とネット代があれば、そのような需要を満たすことができます。しかし、保守的に見て、これらの持続コストはステーキングの総コストの約10%を占めるため、毎日約$0.9の報酬しか得られず、最終的には資金コストに対応するため、上記のデータを約10%減少させる必要があります。

攻撃の総コスト：$0.9毎日*6.667年 = $2189

長期的には、ステーキング率の上昇に伴い、このコストはさらに高くなると予想されます。私個人の予想では、この数字は最終的に$10000程度に上昇するでしょう。

このセキュリティシステムを維持する唯一の「コスト」は、ステーキング中の資産が流動性を持たないことです。場合によっては、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っているため、コインの価格が上昇する可能性があるため、コミュニティ内で投資のために準備されている資金の総量は変わらないかもしれません！一方、PoWでは、コンセンサスを維持する「コスト」は大量の電力を消費することです。

• より高い安全性か、より低いコストか？

低コストで5-20倍の安全性向上を実現する方法は2つあります。一つは、ブロック報酬を変えずに安全性を向上させることで利益を得る方法；もう一つは、ブロック報酬を大幅に減少させ（したがってコンセンサスメカニズムの「無駄」を減らし）、安全レベルを維持する方法です。

どちらの方法も可能です。私は個人的には後者を好みます。なぜなら、下で見るように、ステーク証明においては、成功した攻撃であっても、プルーフ・オブ・ワークの攻撃よりもはるかに危害が少なく、回復も容易だからです！

2. PoSコンセンサスメカニズムの下では、攻撃からの回復が容易です。

PoWネットワークにおいて、あなたのチェーンが51%攻撃を受けた場合、あなたは何ができますか？これまでのところ、実際の対応策は「攻撃者が自発的に攻撃を撤回するのを待つ」ことだけです。しかし、これはより危険な攻撃の可能性を無視しています。この攻撃は「ポーンキャンピング攻撃（Pawn Camping Attack）」と呼ばれ、攻撃者は何度も攻撃を行い、目的は明確にチェーン全体を麻痺させることです。

GPUベースのシステムでは、何の防御策もなく、持続的な攻撃者は簡単にチェーン全体を永久に麻痺させることができます（またはPoSまたはPoAに切り替えることができます）。実際、攻撃が行われた数日後、攻撃者のコストは非常に低くなる可能性があります。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、撤退するからです。

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ますが、その後は無力になります。まず、コミュニティはハードフォークを通じてPoWアルゴリズムを変更し、最初の攻撃に対処します。その結果、すべてのASIC（攻撃者と誠実なマイナーのもの）が「ロック」されます。しかし、攻撃者がこの初期のコストを負担することを望む場合、その後の状況はGPUのケースと同じになります（新しいアルゴリズムを構築し、ASICに配布するための十分な時間がないため）、したがって攻撃者は安価にポーンキャンピング攻撃を続けることが避けられません。

もちろん、PoSの場合ははるかに良好です。特定のタイプの51%攻撃（特に確定したブロックのロールバック）に対して、ステーク証明には内蔵の「ペナルティ（Slashing）」メカニズムがあります。このメカニズムにより、攻撃者の大部分の持分（他の人のものを除く）が自動的に消失します。

他のより発見が難しい攻撃（51%の連合によるすべての他者の検閲）に対して、コミュニティは少数のユーザーがアクティブにしたソフトフォーク（UASF）で調整を行い、攻撃者の資金が再び大部分消失します（Ethereumでは、これは「非活動漏れメカニズム」によって実現されます）。明示的な「ハードフォーク通貨消去」は必要なく、UASFで少数のブロックを選択するように調整することを要求する以外は、すべて自動的で、プロトコルルールに従って実行するだけです。

したがって、最初の攻撃は攻撃者に数百万ドルの損失をもたらし、コミュニティは数日内に正常に回復します。2回目の攻撃でも攻撃者は数百万ドルの損失を被ります。なぜなら、彼らは破壊された古いコインを置き換えるために新しいコインを購入する必要があるからです。そして3回目はさらに多くのコストがかかります。このゲームは非対称であり、攻撃者に非常に不利です。

3. ASICに比べて、PoSはより分散化されています。

GPUマイニングに基づくPoWは合理的に分散化されていますが、GPUを手に入れるのは難しくありません。しかし、GPUベースのマイニングは、上で述べた「安全性」の基準において基本的に不合格です。一方、ASICベースのマイニングは、数百万ドルの資金が必要です（他の人からASICを購入する場合、大多数のケースでマイニング機器製造会社の利益がより多くなります）。

これが「ステーク証明は富者をさらに富ませる」という一般的な議論の正しい答えでもあります。ASICマイニングも富者をさらに富ませることを意味し、このゲームは富者に限られています。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、多くの一般の人々が負担できる範囲です。

さらに、PoSは検閲に対してより耐性があります。GPUとASICマイニングは非常に発見されやすいです：それらは大量の電力消費、高価なハードウェア調達、大型倉庫を必要とします。一方、PoSは目立たないノートパソコンで完了でき、VPNを通じて行うことも可能です。

PoWの利点

私はPoWには2つの真の利点があると考えていますが、これらの利点は非常に薄弱だと思います。

1. PoSは「閉じたシステム」に似ており、富の集中には長い時間がかかる。

PoSでは、もしあなたがいくつかのコインを持っていれば、それらをステーキングしてより多くの報酬を得ることができます。PoWでは、あなたは絶えずより多くの報酬を得ることができますが、より多くの外部資源が必要です。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ます。

PoSにおける一般的な報酬（バリデーターの収入）は非常に低いです；イーサリアム2.0では、私たちは年間のバリデーター報酬がETHの総供給量の約0.5-2%に相当すると予想しています。そして、バリデーターが増えるほど、利息は低くなります。したがって、集中化には1世紀以上の時間がかかる可能性があり、そのような時間スケールでは、他の圧力（人々がお金を使いたい、慈善団体や子供たちにお金を分配したいなど）が主導権を握る可能性が高いです。

2. PoSは「弱い主観性（weak subjectivity）」を必要とし、PoWは必要としない

「弱い主観性」の概念については（V神の原文紹介を参照してください）。本質的に、ノードが初めてオンラインになるとき、またはノードが長い間（数ヶ月）オフラインの後にオンラインになるとき、そのノードは正しいチェーンの先頭を確認するために第三者の情報源を見つける必要があります。それは彼らの友人、取引所、ブロック検索サイト、クライアント開発者などです。しかし、PoWにはこの要求はありません。

この要求は比較的容易に実現できると言えます。ユーザーはある程度、クライアント開発者やコミュニティが提供する内容を信頼する必要があります。少なくとも、ユーザーは誰か（通常はクライアント開発者）がプロトコルが何であるか、そしてプロトコルの更新について教えてくれることを信じる必要があります。これはどのソフトウェアアプリケーションでも避けられません。したがって、PoSがもたらす追加の信頼要求はかなり低いです。

この間に一定のリスクが存在する可能性があるとしても、私はPoSネットワークがPoWネットワークをはるかに超える効率と回復能力を持っていると信じています。