PoW VS PoS プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークの比較
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）とプルーフ・オブ・ステーク（PoS）はどちらが優れているか？どちらがセキュリティがあるのか？という議論に対する考え方になんらかの洞察があれば幸いです。
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ここでは、主にチャールズ・ホスキンソン氏のYouTube動画、"Video for Jack: PoW versus PoS"の内容から引用しています。この記事では、ざくっと内容をわかるようにすることと、なんらかの考察が得られることを目標としています。
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この動画は、Twitterのジャック・ドーシーがPoS（プルーフ・オブ・ステーク）に対して「プルー・オブ・ステークは中央集権的である」と批判したことへのチャールズ・ホスキンソン氏なりの応答という側面を持っています。
まずチャールズ・ホスキンソンは、PoWの代表格であるBitcoinの優れた側面をあげていきます。それからそのような優れたものをPoSで実現するのは難しいと言います。しかし、根本的にセキュリティに対する考え方の違いを提示します。つまり、ランボルギーニとトラックではどちらが優れているのかと問うのはナンセンスだということです。セキュリティも、敵がどのようなものであるか、どのような条件であるか、それらにそれぞれ対応することができることをセキュリティがあるのだと言うだけで、ランボルギーニとトラックを比較できないのと同様に、使う状況によるのだと前提を置いた上で、Cardanoは、ウロボロスプロトコルや、その他多くの査読済みの論文に裏付けされたやり方で、PoSをつくりあげているのだと説明していくのです。
1. ランボルギーニとトラック
2. BitcoinとCardano
1. ランボルギーニとトラック
ジャック・ドーシーがどのような意図を持って上記の発言をしたのかはわかりませんが、それをチャールズ・ホスキンソンは断定的にPoSを否定されたように受け取ったのでしょうか。ジャック・ドーシーの使用する状況のなかでは、Bitcoinのほうがセキュリティが高いという判断なのかもしれませんが、それを一般論のように聞き手が捉えたところからこのやり取りは生まれたのかもしれません。
プルーフ・オブ・ワークがプルーフ・オブ・ステークよりも優れているというのは 本当におかしな話です。ランボルギーニよりもトラックの方が優れていると言っているようなものです。私は両方持っています。ランボルギーニをワイオミングの牧場に持って行っても 現実的には無理だと思います。トラックのシボレー2500をサーキットに持って行きたいとは思いませんしね。つまり 文脈や前提条件 環境などの力学に左右され システムでしようとしていること あなたがしたい非常に有用なことに依存しているということです
常に使う状況によって、必要とされるセキュリティのタイプは異なるということなのでしょう。しかし、それぞれの特徴を比較することは可能だということです。
2. BitcoinとCardano
ハッシュキャッシュのプルーフ・オブ・ワークをベースにしたプロトコルは素晴らしく インスピレーションに溢れていました。しかし 暗号学者たちが Nakamotoのプルーフ・オブ・ワークで何が起こったのかを理解するために 過去にさかのぼって基礎的なモデルを構築するには 何年もかかりました。そして実際に プルーフ・オブ・ワークには優れたセキュリティ特性がたくさんあることがわかりました。
暗号通貨のプロトコルとブロックチェーンについて考えるとき 3つのことが起こります。まず ブロックを作る人を選ぶ必要があります。さて これがステップ1です 次に2ですが 先にブロックを作って配布し ネットワークにプッシュする必要があります。そして3つ目は ネットワークがその作業を受け入れることです。
エネルギー消費
つまり Bitcoinのエネルギー消費はすべてここで発生します。そして ブロックを作るためのピッキングの部分です
最初のステップ つまりコレクション マジックバリューは 先ほど述べたように すべてのエネルギー消費の99.9999997%がそこで発生します
Bitcoinがスイスよりも多くのエネルギーを消費しているとの推計結果が発表される
Ouroborosで達成したことを端的に言うと 私たちは年間6GW以下の電力で毎日100億ドル以上の価値を動かす世界規模のネットワークを運営しています。一方 Bitcoinの電力は数百TWで これは国家全体に匹敵します
内部と外部
プルーフ・オブ・ワークであるBitcoinは外部のASICなどによるマイニングを行っているので、セキュリティが外部にあります。それによって得られるセキュリティもあるが、危険性もあります。それは今現在、圧倒的なハッシュパワーを持っているからこそ、その危険性に触れていないのがBitcoinです。
マイニングはBitcoinの中で行われるものではなく 外部のものです。基本的にこのプロセスを競争的に行うためには 外部のマイナーやASICが必要になります。
ブロックを受け取ると プルーフ・オブ・ワークをチェックしたり ブロックの内容をチェックしたりすることができます。また すべての履歴が蓄積されているので そのブロックが本物であり 正当なものであり ロールバックされることはないということを 正直なところ多数派であると仮定して検証することができます。つまり 非常に強力な決定論的システムなのです。完全な非中央集権でこのようなことができるのは非常に稀です。だからこそ Bitcoinは素晴らしいのです。
プルーフ・オブ・ワークシステムを見てみるとプルーフ・オブ・ワークの問題点とセキュリティ上の課題の1つは 近所付き合いを好まないことです つまり 2つのプルーフ・オブ・ワークシステムがあってプルーフ・オブ・ワーク1とプルーフ・オブ・ワーク2で 同じアルゴリズムを使っている場合です。
いいですか？アルゴ・アルファ 51％の攻撃を行うだけのハッシュパワーを持った外部のアクターが入ってきたとします。その行為者のインセンティブは チェーンの1つを破壊することだ これはゴールドフィンガー攻撃と呼ばれる。チェーンが使えなくなり チェーンへの信頼が失われたので 空売りして利益を得て マイニングパワーをもう一方のチェーンに切り替えるのです。
よし じゃあ これがZcashで これがetc.だとしよう。同じマイニングアルゴリズムを使っていると思いますが 調べてみないとわかりませんが そうだと思います。
一方に対して51%の攻撃を仕掛けるだけの資金があり 両者の時価総額が一時的に同程度になったとすると 51%の攻撃を仕掛けて時価総額を破壊し お金を稼ぐことができます。
もうひとつは マイニング機器をすべて再利用できることと この種のものでは通常 あなたの身元は匿名であることです。だから 誰もあなたがやったことを知りません。そして ある意味 逃げ切ることができるのです。これが プルーフ・オブ・ワークが最大公約数的で 勝者がすべてを手にするものになりがちな理由です。
プルーフ・オブ・ワークが実際に機能するのは 直近の隣人がいない場合で 大量のハッシュパワーを持つ1つのコインが上にあり 他のすべてが下にあるような場合です。今のBitcoinはまさにそこに位置しています。
セキュリティを内部に持つプルーフ・オブ・ステークであると、隣近所の類似する暗号通貨のセキュリティとはなんら関係がありません。またセキュリティを定量化することも可能です。
セキュリティの観点から見たプルーフ・オブ・ステークは内因性のシステムであるということです。PolkadotはCardanoと非常に似たコンセンサスアルゴリズムを共有しており Cardano Polkadotは大部分の部分で比較的比較可能であり 価格が上がっている日もあれば 上がっていない日もある。しかし それは私たちのセキュリティにとって何の意味もありません なぜなら セキュリティは外部にあるものではなく 内部にあるものだからです。
セキュリティは システムの内部で利益を得ている人々によってもたらされます。セキュリティの価値を数値化することはできますが 世の中に何人のマイナーがいるのかを知ることは困難です。
またあくまでもチャールズ・ホスキンソンは以下のように言っています。
しかし この会話から得られることは 銀の弾丸は存在しないということだと思います。プルーフ・オブ・ステークよりもプルーフ・オブ・ワーク プルーフ・オブ・ワークよりもプルーフ・オブ・ステークという考え方はありません。敵対者やセキュリティの前提条件 ネットワーク構造や異質性を評価する能力に依存するのです。
合成資源
同質の合成資源を持つBitcoinに対して、PoSであるCardanoは仮想の異質性のある複数の合成資源を持ちます。これによるメリットは、スループットやTPSが高くなったり、どこにでも自在に動かすことが容易なことがあげられます。Bitcoinの合成資源には、ASICや特許済みハードウェアが使われ、当然移動するのは難しいです。それに加え、あとから参入する再現性が低く、経済合理性から寡占していく傾向があり、実際、50％のマイニングは大手のマイニング業者が独占していると言われています。しかし、Bitcoinには多くの優れたセキュリティ特性があり、それをPoSが再現するのは非常に難しいとチャールズ・ホスキンソンは言っています。
そしてその難しいセキュリティ特性を備えるために、Cardanoは様々な査読済みの論文を裏付けに研究を重ねています。仮想であり異質性のある複数の合成資源を利用することの利点もあり、それはまるで進化の過程のようです。単細胞から多細胞生物へと進化していったように、特殊化によって最適化されたものであることは、スケールメリットを生むので、チャールズ・ホスキンソンはPoSによって優れたセキュリティ特性を備えることの価値を感じているのではないでしょうか。
採掘能力 ASICは資源である と考えることができます。合成資源について考えるとき 基本的にあなたがしていることは もし25%のASICがあれば。平均して 25%の確率で魔法の数字を見つけられるはずです。
投入されたリソースはすべて物理的なハードウェアを必要とします。つまり そのリソースは自分自身で独占する傾向があるということです。そして 多数のマシンから少数のマシンへと 集中化への競争という状況に陥りがちです。
小規模なセットには規模の経済性があり 通常は電力を補助したり ASICや特許取得済みハードウェアを最初に入手したりすることができますが これを再現して市場に投入するのは容易ではありません。そのため よく「マイナーは10人以下」と言われます。大手の採掘業者は Bitcoinの資源の50％以上をコントロールしています。
実際 Bitcoinはプルーフ・オブ・ワークにより 本当に素晴らしい特性をたくさん持っていることがわかりましたが 例えば 攻撃から回復する能力があります。例えば 時間の経過とともにシステムへの攻撃があったとしても 正直 マイノリティが粘り強くマイニングを続け 攻撃者がやめれば マイノリティチェーンがマジョリティチェーンを元に戻すことができ 復旧することができます。つまり プルーフ・オブ・ワークの中に災害復旧メカニズムがあるということです。
多くのコンセンサス・アルゴリズムでは 次に誰がそのブロックを作るのかがわかっています。次のディーラーが誰になるかわかっているようなものです。だから そのディーラーに強要したり 攻撃したりすることができるのです。しかし Bitcoinは予測できません。それに加えて Bitcoinは実際にはかなり合理的なランダム性の源を生成しています。完璧ではありませんし grinding attackを受けることもあります。しかし 適度な量のランダム性が得られます。つまり 50%のセキュリティ特性に加えて 多くの優れたセキュリティ特性を持っているのです。つまり ビザンチン耐性の半分です。
これらをプルーフ・オブ・ステークが再現するのは簡単なことではありません。
実際には 時間 乱数生成 vrf その他のプロトコルなどについて多くの知識が必要で 回復モデルについても慎重に考えなければなりません。
月例アップデートを聞きながら、#CardanoがGoguenをうまくロールアウトするために必要なことを考えています。
EthereumがどうやってPoWからPoSへの移行を成功させるのか見当がつきません。
文字通り、空飛ぶ飛行機のエンジンを変えるようなものです。
私たちのアルトコインの定義：ほとんどが#ビットコインからコピーペーストされたPoWプロジェクトである。
#Cardanoは#altcoinではない。ビットコインから何もコピーされておらず、#PoSを使用している。
CardanoはBitcoinの代替品ではない。異なる目標と使命を持った別の獣だ。
プルーフ・オブ・ステークが何をするかというと ある種の合成資源を発明しようということです。この論文では 基本的に プルーフ・オブ・ステークの設計上の課題について述べています。つまり 「どうやって合成資源を適切に動作させるか」ということです そして その合成資源を使って ブロックを作る人の集まりを正しく選ぶにはどうしたらいいか ということです。もちろん これをモデル化して この種のものに対する厳密なセキュリティ証明を作成しなければなりません。
合成資源があれば 世界のどこにでも瞬時に移動させることができます。
プルーフ・オブ・ステークのシステムは 実際にはより高速になる傾向があります。また ブロックタイムの面でも速くなる傾向があります。また スループットやTPSも高くなる傾向があります。
もう1つは これらの人々を選ぶための選択アルゴリズムを前もって行うことができるので リーダーのスケジュールがどうなるかを知ることには 理論的にも実用的にも多くの利点があるということです。そして それを難読化することができます。部外者は知らないが 本人は知っているということです。そうすることで リソースをより効率的に活用し 最適化することができます。
私たちは単細胞生物としてスタートしますが 進化は「ちょっと待った！分化とは特殊化のことで 実際には脳や目などの体の一部を持つことができる」と言っています。同じように 最初は同質のネットワークとしてスタートできます。しかし 実際に異質性を生み出し 効果的な方法で異質性を作り出すと さまざまな器官を発達させることができます。そして その特殊化によって最適化され スケールメリットを生み出すことができるのです。だからこそ プルーフ・オブ・ステークの方が良い傾向にあるのです。
ただ、プルーフ・オブ・ワークにも優れた研究が出てきていることを述べ、あくまでも使用用途に応じて、なにを選ぶのかという話なのかもしれません。ランボルギーニとトラックのように。
実際 viswanath氏が開発し 私たちも実際に貢献しているprismプロトコルのように プルーフ・オブ・ワークをより良く より効率的にする全く新しいプルーフ・オブ・ワークのプロトコル群が登場していますし ログスペース・マイニングのように DNSが凍結されたaggelos推測で発表された最近の論文のように まだまだ革新的な技術があります。
Bitcoinにできることは Bitcoinをある場所から別の場所へ あるアドレスから別のアドレスへ移動させることだけであり それには何らかの暗号機能が伴います。
PoSはレイヤー2のインフラとメタデータの機能を構築することができます。
例えば 資産 アイデンティティ メタデータ 契約関係を許可するシステムを構築し 法的な側面を自動化したい場合や システム内部のセキュリティを定量化したい場合には プルーフ・オブ・ステークは非常に優れた方法であり 他のことをしたい場合には プルーフ・オブ・ワークも同様に優れた方法でしょう。
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