プルーフ・オブ・ステークは、ブロックチェーン基盤のシステム運用を調整するために必要なコンセンサス方式です。
ユーザーは、ブロックチェーン上の資産を所有していることを示して、自身の身元を証明します。
この方式は、現在のプルーフ・オブ・ワーク方式よりエネルギー消費が少なく、より持続可能です。
プルーフ・オブ・ステークは、ブロックチェーン上でコンセンサスを得るための仕組みです。ブロックチェーンとは、削除や改ざんのできない取引記録を保存する技術です。誰か一人の個人や組織にも管理されない分散型データベース、すなわち台帳です。データベースを管理する主体がいないため、プルーフ・オブ・ステークなどのコンセンサス方式が、ブロックチェーン基盤のシステム運用を調整するために必要となります。
一方、ビットコインがこの技術を広く普及させましたが、現在ではブロックチェーンはさまざまなシステムに取り入れられ、例えば分散型金融プラットフォームや、代替不可能なトークン、すなわちNFTなど、興味深い用途を可能にしています。
広く商用化された最初のブロックチェーンのコンセンサス方式は、プルーフ・オブ・ワークでした。この方式では、複雑な数学問題を解くことでユーザーがコンセンサスに到達します。こうした問題を解くことで、ユーザーは一般にシステム内の持ち分を得ます。マイニングと呼ばれるこのプロセスには、膨大な計算能力が必要です。プルーフ・オブ・ステークは、はるかに少ないエネルギーで済む代替方式です。
ブロックチェーン技術の中核には、3つの重要な特性があります。
1. 分散型のガバナンスと運用 – システムを利用する人々が、システムの管理・運用方法を共同で決定できます。
2. 検証可能な状態 – システムの利用者は誰でも、その正確性を検証できます。各利用者は、システムが現在、期待どおりに機能していること、またその開始時点からそうであったことを確認できます。
3. データ損失への耐性 – 過失やサイバー攻撃によって一部の利用者がシステムデータのコピーを失っても、他の利用者から検証可能な形でデータを復元できます。
最初の特性である分散型のガバナンスと運用が、ブロックチェーンシステムの稼働に必要なエネルギー量を左右します。
ブロックチェーンシステムにおける投票
ブロックチェーンシステムは、投票によってガバナンスと運用を分散化します。投票とコンセンサスを実現する具体的な仕組みはブロックチェーンシステムごとに異なりますが、大まかに言えば、ブロックチェーンシステムでは、各ユーザーがシステムの運用方法について投票でき、チェーンへの新しいブロックの追加など、個々の操作を承認するかどうかも決められます。
従来、投票では、投票する人の身元を把握して確認し、投票資格のある人だけが一度に限って投票できるようにする必要があります。一部のブロックチェーンシステムでは、ユーザーがデジタルIDを提示して身元を証明できるため、エネルギーをほとんど使わずに投票できます。
しかし、ほとんどのブロックチェーンシステムでは、ユーザーは匿名であり、身元を証明できるデジタルIDもありません。では、ある人が大勢になりすまして何度も投票するのを、どう防ぐのでしょうか。方法はいくつかありますが、最も広く使われているのはプルーフ・オブ・ワークです。
プルーフ・オブ・ワークでは、ユーザーは他のユーザーと比べて保有する計算能力の割合に応じた票を得ます。難しい数学問題を解くことで、その計算能力を所有していることを示します。あるユーザーが別のユーザーの2倍の問題を解けるなら、他のユーザーの2倍の計算能力を持ち、投票数も2倍になります。
しかし、こうした数学問題を解くには非常に多くのエネルギーが必要であり、プルーフ・オブ・ワークは持続可能ではないとの批判につながっています。
プルーフ・オブ・ステーク
プルーフ・オブ・ワークのエネルギー消費に対処するには、ユーザーを検証する別の方法が必要です。プルーフ・オブ・ステークはその一つです。この方式では、ユーザーはブロックチェーン上の何らかの資産を所有していることを示して、自身の身元を証明します。例えば、ビットコインではビットコインの所有、イーサリアムではイーサの所有がこれに当たります。
ユーザーは資産を一定期間、ブロックチェーン上で一時的にロックする必要がありますが、必要なエネルギーがごくわずかなため、はるかに効率的です。同社の試算では、プルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークに移行すると、イーサリアムのエネルギー消費量を99.95%削減できます。
イーサリアムの「マージ」
このエネルギー効率の向上が、多くのブロックチェーンシステムがプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行を目指す理由です。イーサリアムは、2022年9月15日の週にこの変更を行う予定です。これは「マージ」と呼ばれます。マージの期間中に、運用の投票方式はプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへと移行します。マージ完了後は、取引への投票にプルーフ・オブ・ステークのみが使われます。
これにより、イーサリアムが今後も持続可能な状態を維持できることが期待されています。
