Proof of Stakeとは？仕組み・問題点・Proof of Workとの違いを解説！

プルーフオブステーク（Proof of Stake）とは、ブロックチェーン上の取引を承認するためのルールの1つで、保有（ステーキング）による承認という意味になります。

Proof of Stakeを採用してるブロックチェーン上で取引すると、全てこのルールの元で承認されます。

主にイーサリアムで採用されている取引承認の仕組みで、ビットコインで採用されているProof of Workと比べ電力コストが掛からない、セキュリティ面で強いといったメリットがたくさんある優れた仕組みです。

この記事を読むことで、プルーフオブステークの仕組みや特徴を学び、ブロックチェーンの理解を深めることができるようになります。

Proof of Stakeとは承認ルールの1つ

プルーフオブステーク（Proof of Stake）とは、ブロックチェーン上の取引を承認するためのルールの1つで、保有（ステーキング）による承認という意味になります。

同じProof of Stakeでも仮想通貨によってルールの中身は少し異なりますが、仮想通貨を多く保有しているほど、長く保有しているほど承認を行える確率が上がり、報酬を多く貰えるのが基本です。

また、Slashing（スラッシング）というペナルティを設け、ルールに反する行動を取るとステーキングしている仮想通貨を失ってしまう仕組みにすることで不正を防止していることが多いです。

まず、多くのプルーフオブステーク（Proof of Stake）で共通している3つの仕組みについて解説していきます。

イーサリアムのProof of Stakeの詳細な仕組みについては本記事後半で解説しています。

仕組み①：通貨保有量で承認者を決定

ステーキングする仮想通貨の量が増えると、取引の承認者になれる確率が上がり、結果的に貰える報酬量が多くなります。

しかし、個人で大量にステーキングできてしまうと、一個人が大きな影響を持つことができてしまうため、ステーキングできる量を制限しているProof of Stakeもあります。

イーサリアムはその代表です。

仕組み②：通貨保有期間で承認者を決定

ステーキングする期間が長ければ長いほど、取引の承認者になれる確率が上がります。

ステーキングしている期間の長さのことを、Coin Age（コインエイジ）と呼びます。

一度承認者になることができるとこのCoin Ageはリセットされ、同じ人が何度も承認者に選べれてしまうことを防ぐ仕組みになっている場合が多いです。

仕組み③：Slashingペナルティがある

Proof of Stakeでは、Slashing（スラッシング）と呼ばれるペナルティの仕組みがあり、承認者（バリデーター）が承認作業を行わない等、ルールにそぐわない行動を取るとステーキングしている仮想通貨を没収します。

Proof of Workはハッシュ化と呼ばれる計算作業を無数に繰り返すといった、コンピューターで大きな電力負荷が掛かる承認業務を行います。

従って、成功するか分からない不正を大量の電力コストを費やして行うより、真面目に承認作業を行って報酬を貰った方が得だという判断になるからです。

しかし、Proof of Stakeに複雑な計算は必要なく、簡単な投票作業で承認が決まることが多いです。

そこで、不正を行ったり、バリデーター業務をルールに沿って正しく行わなかった場合は、スラッシング（Slashing）と呼ばれるステーキングしている仮想通貨を失う仕組みを作ることで、真面目に承認を行うインセンティブを与えています。

Proof of WorkとProof of Stakeの違い

プルーフオブステークとプルーフオブワークの一番の違いは、承認者がリスクを取っている対象が「電気コスト」か「仮想通貨」かという点です。

前提知識：Proof of Workとは作業承認

プルーフオブワーク（Proof of Work）は、主にビットコインで採用されている取引承認ルール（コンセンサスアルゴリズム）のことです。

1つの取引に対して多くのコンピュータが一斉に承認作業を行い、難しい計算処理を一番に成功すると報酬を獲得できる競争のような仕組みです。

承認作業に多くの電気代が掛かるため、成功するか分からないような不正に時間を掛ける気にならず、真面目に承認を行って報酬を貰った方が良い判断になるというセキュリティ上のメリットがあります。

前提知識：Proof of Workの3つの問題点

Proof of Workには、次の3つの問題点があります。

1点目は、承認作業に多くの電力が必要になり、環境負荷が大きいことです。

承認に必要な計算作業は競争となっており、実際には承認しない人も電気を費やして参加しているため、効率が悪く環境負荷が大きいブロックチェーンの仕組みです。

2点目は、取引の承認能力が不足しがちになるということです。

承認成功までに高度な計算作業を何度も繰り返す必要があるため、仕組み上どうしても時間が掛かってしまい、取引が混雑してしまいます。

3点目は、理論上50%を超える計算能力を1個人・1組織に支配されると、不正な取引を実行し放題になってしまうということです。

現実的にはほぼ起こり得ない話ですが、懸念点として度々上がる弱点といえます。

PoWとの違い①：電力コストが低い

Proof of Stake（PoS）に掛かる承認コストはProof of Work（PoW）と比べると少ないです。

Proof of Workでは高性能なコンピューター等で複雑な計算処理を行っていました。

しかし、電力消費が大きすぎて環境負荷が問題視されるようになりました。

一部の効率的なマイニング環境を整えている組織しか利益を出すことできない状況です。

しかし、Proof of Stakeではコンピューター上でブロックに対して簡単な投票を行うだけで承認ができる仕組みになっており、複雑な計算が不要になっています。

PoWとの違い②：処理能力が高い傾向

Proof of Stake（PoS）は、Proof of Work（PoW）と比べると取引の承認速度が早い傾向があります。

一方、Proof of Stakeではブロックに対して投票を行うだけなので、Proof of Workの作業と比べると時間が掛かりにくい仕組みになっています。

PoWとの違い②：51%攻撃が出来ない

Proof of Stake（PoS）では、Proof of Work（PoW）で発生する51%攻撃が起きません。

51%攻撃とはブロックチェーンに参加する承認者の計算処理能力のうち、一個人・組織が51%以上を占めることで不正を行える仕組みです。

分岐（フォーク）はブロックチェーン上のルールでは重大な問題で、PoWの不正の代表的な手口です。

Proof of Stakeは、仮想通貨の保有による承認なので、51%攻撃を心配する必要はありません。

確かに多くの仮想通貨を保有することにより、一個人で影響を持つ可能性もありますが、ステーキング量は制限されていることが多く、その問題も起きない仕組みになっています。（イーサリアム）

Proof of Stakeの3つの問題点とは

ここまでプルーフオブステークのメリットについて主にご紹介してきましたが、プルーフオブステークには次の3つの問題点があります。

①Nothing at Stakeの問題

Proof of Stakeの1つ目の問題点は「Nothing at Stake」です。

Nothing at Stakeは「何も賭けていない」という意味で、PoWと比べて電力コストを賭けていないので、承認作業を正しく行うインセンティブがないということです。

Proof of Workの場合、不正を働くにも電力コストが掛かるため、成功するか分からない不正よりも正しくバリデーター業務を行って報酬を貰うことを選ぶようになります。

これに関しては、Slashing（スラッシング）と呼ばれるペナルティ制度の導入で解決しています。

Slashingにより、承認ルールに反した行動を取るとステーキングしている仮想通貨が減ります。

②大量に通貨を保有する必要がある問題

Proof of Stakeの2つ目の問題点は、仮想通貨を大量に保有（ステーキング）しないと、承認者になることができないことです。

PoSの代表的なイーサリアムでも、600万円以上のETHのステーキングが必要です。（2023年3月10日時点の価格）

さらに、通貨を持っておくことが前提になっているブロックチェーンの仕組みなので、通貨として流動性が損なわれてしまうという問題があります。（通貨の役割に反する）

具体的なやり方は本記事後半で解説しています。

③大量保有を匂わせた下落誘導の問題

Proof of Stakeの3つ目の問題点は、仮想通貨を大量に持っていることを証明し、いつでも承認体制を支配できることを匂わせることで通貨の価値を下落させ、下落したところで自分が仮想通貨を買うという攻撃ができることです。

これについては、自分が保有している仮想通貨の価値を貶める行為になるため起こり得ないと考えらています。

イーサリアムのProof of Stakeの仕組み

この内容は2023年3月10日時点で執筆しており、2022年9月15日に実施されたイーサリアムの大型アップデートThe Merge（ザ・マージ）後のコンセンサスアルゴリズムの内容となります。

The Mergeとは（https://ethereum.org/en/upgrades/merge/）

同じくPoSのコンセンサスアルゴリズムを持つ仮想通貨のバイナンスコイン（BNB）の仕組みは、こちらの記事で詳しく解説しています。

Merge後のイーサリアムの承認の仕組み

イーサリアムは、ビットコインと同じプルーフオブワーク（Proof of Work）という承認の仕組みをずっと採用していました。

しかし、2022年9月15日に行われた大型アップデート「The Merge」で、低コストでセキュリティ面でも優れた承認の仕組みProof of Stakeに変更になりました。

名前の通り、取引承認にはハッシュ化と呼ばれる計算作業を無数に繰り返す必要があり、多くの電力を費やす必要があるため環境負荷が問題になっていました。

現在のProof of Stake（PoS）はコンピューター上でただ投票を行うだけです。

Proof of Work（PoW）のような難しい計算作業は不要です。

バリデーターになるには32ETHを保有

以下の内容の参考サイト：The Merge（Ethereum.org）

イーサリアムのProof of Stakeで個人でバリデーター活動（ソロステーキング）を行うためには32ETHを預け入れることが必要になります。

32ETH以上を預け入れることもできますが、32ETH分の報酬しか貰えず、報酬が増えることはなくリスクが高まるだけになってしまいます。

この制限は個人が大量にイーサリアムをステーキングし、ブロックの承認で個人が大きな影響力を持ってしまうことを防ぐためにあります。（公式サイトFAQより）

2023年3月10日時点の価格では600万円以上必要になるのでハードルは高いです。

安価でバリデーター作業に参加する方法は本記事後半で解説しています！

投票でブロックが承認される仕組み

以下の内容の参考サイト：The Merge（Ethereum.org）

Proof of Stakeで作られたブロックはバリデーターの投票（Vote）によって承認されます。

コンピューター上でただ投票するだけなので、難しい計算作業は必要ありません。

2/3以上のバリデーターが投票するとそのブロックは承認されます。（具体的にはバリデーターがステーキングしてるETHで2/3以上が投票で承認）

分岐したら基本はGHOSTルールで対応

以下の内容の参考サイト：Gasper（Ethereum.org）

ブロックチェーンでは、稀にブロックが同時に作られてしまうことがあります。

このときブロックチェーンは一時的に分岐（フォーク）することになります。

フォークはブロックチェーン上のルールでは重大な問題です。不正の代表的な手口となり、正しく対処できないとブロックチェーンの信頼そのものに関わるからです。

イーサリアムではフォークが起きた際にGHOST（ゴースト）と呼ばれるルールで対応します。

GHOSTでは、フォークが起きた際はより多くのバリデーターが投票しているチェーンが採用されます。

ビットコインのProof of Workでは最も長いチェーンが採用されていたので、この点は投票制度を採用しているProof of Stakeとの大きな違いといえますね。

投票数の重みが重要視されます。

GHOSTルールを補うCasperルールとは

以下の内容の参考サイト：Gasper（Ethereum.org）

イーサリアムのProof of StakeはGHOST以外にもCasperと呼ばれるルールがあり、この2つで成り立っているコンセンサスアルゴリズムです。

イーサリアムのコンセンサスアルゴリズムでは、ETHステーキング量の2/3以上が投票に参加していないとブロックが承認されない仕組みでした。

Casperルールでは、ブロックへの投票数が2/3に満たない場合、Slashing（スラッシング）と呼ばれるペナルティをバリデーターに与えて投票数が2/3になる以上に調整します。

このままではブロックを承認できません。

この時Casperルールに基づき、オフラインになっているバリデーターがステーキングしているETHを、投票しているステーキング量が2/3になるまで減らし続けます。

このように、基本的にはGHOSTルールだけで十分ですが、Casperルールで非常事態が起きたときに備えています。

バリデーターの報酬量はどのくらい？

以下の内容の参考サイト：A Node Operators’s Responsibilities（Rocket Pool）

現在のイーサリアムのバリデーター報酬はこちらのサイトから確認できます。

イーサリアムの現在のバリデーター報酬はこちらから確認できます。

下に記載ｓれている「Run a Validator」が32ETHのステーキングに対する年利の目安ということになります。（上の画像では4.62%）

具体的な報酬量の計算はこちらサイトで詳しく解説されています。（Rocket Poolと呼ばれるイーサリアム公式で推奨されているノードセットアップツールを提供している団体）

概要としては、イーサリアムのバリデーター報酬は大きく分けて次の2で構成されます。

ブロックを作るプロポーザーに回ることができる機会はランダムで回ってくるため、1カ月～2か月に1度獲得できるようなイメージです。

基本的にはアテスターとして報酬を貰うことになります。（80%以上はアテスター報酬）

ちなみに、報酬量はバリデーターが増えると減り、バリデーターが減ると報酬量は増えます。（公式FAQより）

バリデーターの人数を最低限は確保し続けるための仕組みです。

また、アテスターの報酬は2023年3月実施のShanghaiアップデートまでは引き出すことができないので、注意しましょう。

Slashingのペナルティはいくら？

以下の内容の参考サイト：A Node Operators’s Responsibilities（Rocket Pool）

バリデーターを行う端末（ノード）をオフラインにしてバリデーター業務をサボったり、意図的に二重投票（Double-Voting）を行ったりするとスラッシング（Slashing）と呼ばれるペナルティを受ける可能性があります。

Slashingを受けるとステーキングしてるイーサリアムが減ります。

この仕組みがあることで、バリデーターは不正を行う動機がなくなり、真面目にバリデーター業務をこなしています。

Slashingのペナルティ量の計算方法はこちらのサイトに詳しく掲載されています。（Rocket Poolと呼ばれるイーサリアム公式で推奨されているノードセットアップツールを提供している団体）

大きなペナルティを受ける例の1つは、投票の不参加により投票が2/3に達しないため、投票に参加しているステーキング量が2/3以上になるように自分のステーキング持ち分が減らされるペナルティです。

イーサリアムのPoSマイニングのやり方

以下の内容の参考サイト：Ethereum.org

同じくPoSのコンセンサスアルゴリズムの1つであるバイナンスコインでバリデーターとして報酬を得る方法はこちらの記事で詳しく解説しています。

4つのPoSマイニングのやり方とは

イーサリアムのProof of Stakeの仕組みの中でバリデーターとして報酬を貰う方法は4つあります。

以下それぞれのステーキング方法の概要です。

①と②は32ETHが必要になるため、ハードルが高いです。

④で利用できる海外取引所はバイナンスですが、日本では口座を開設できません。

③ステーキングプールは誰でも利用できて高い利回りで少額からイーサリアムをステーキングできます。

ETHのステーキングプールの始め方

イーサリアムのステーキングプールは「Lido」と呼ばれるプラットフォームで行えます。

ここからLidoにアクセスします。

「Stake now」からETHのステーキング画面にアクセスし「Connect wallet」でメタマスクと接続します。

ステーキングするETHの枚数を入力します。下の画像の場合、年利は5.2%となっています。

ETHをステーキングすると、ETHをステーキングしている証明としてSTETHと呼ばれるETHと1：1で交換できるトークンが付与されます。

Submitでガス代を支払ったらETHのステーキングは完了です。STETHが報酬として増えてきます。

STETHはCurve（カーブ）という分散型取引所でいつでもETHに戻すことができます。

ここからCurveのスワップ画面にアクセスし、下記の手順でスワップを行いましょう。

まとめ：Proof of Stakeで通貨を運用しよう

Proof of Stake（PoS）とは、仮想通貨の取引を承認するためのルールの1つで、保有（ステーキング）による承認という意味になります。

仮想通貨によって細かいルールは異なりますが、一般的には次の3つの特徴があります。

ビットコインが採用しているProof of Workと違い、Proof of Stakeには次の3つのメリットがあります。

以下の3つの問題点もありますが、全て対策が講じられている場合がほとんどです。

イーサリアムはこの3つの問題点をSlashingと呼ばれるペナルティ制度の導入と、1人当たりのステーキング量を32ETHに制限することで解決しています。

イーサリアムのProof of stakeの仕組みの中でバリデーターとして承認作業を行い、報酬を貰う方法は次の4つです。

お勧めは③のステーキングプールを利用したステーキングです。

イーサリアムのステーキングプールは「Lido」と呼ばれるプラットフォームで行えます。