1. PoW+PoS

副題

QuantumMechanic という名前の人物が、2011 年 7 月 11 日に Bitcointalk フォーラムで初めて Proof of Stake を提案しました。当時は PoS の略称はなく、Proof of Work として提案されました。この記事では、予想どおり、コンピューティング能力の重みを通貨保有、権利と利益の委託、報酬分配など、そしてデリゲート、投票、投票権などのいくつかの単語に置き換えるなど、現在でも使用されている多くの解決策が提案されています。 、2018年の今日でもまだ見ることができます。

当時、人々は PoS の提案に非常に興奮していましたが、この興奮は今日まで続いており、その後の多くのプロジェクトが PoS アルゴリズムのブロックチェーンを研究し始め、多くの既存のプロジェクトでも PoS の変革を検討し始めています。が最も典型的な例です。提案から実装まで約1年の開発期間を要し、2012年8月19日、PoSコンセンサス（Peercoin）に基づく初のブロックチェーンプロジェクトが誕生し、トークンコードはPPCとなりました。 Peercoin の登場は、まさに、紙からエンジニアリングの実現までの PoS のマイルストーンを表しています。

ハイブリッド PoW+PoS コンセンサスは、PoW から PoS への移行段階です。 2009 年から 2014 年までは、ビットコインの PoW はまだ高い権威を持っていましたが、リソースの浪費と若干の効率の低下を除けば大きな致命的な問題はなく、ライトコインのようなビットコインをベースとした第 2 世代の PoW が多数存在したというのが多くの人の印象でした。 、単純にブロック時間が短縮されるという理由で高く評価されています。 Peercoin の設計は依然として Bitcoin PoW の肩の上に立っており、インセンティブ、フォーク保護、コンセンサス実装、配布戦略など、多くの優れた戦略を継承していると言えます。ただし、PoS コンセンサスの実際のプロセスが短すぎるという事実により、PoS は主に Peercoin の実現における探索コンポーネントであるため、この混合コンセンサスは実際には過渡的な方法です。

副題

2. 純粋なPoS

PoS は常に発展しており、Dotcoin の誕生後、純粋な PoS のコンセンサスが研究の焦点となっています。 Dotcoinのリリースから約1年後の2013年9月28日、BCNextというアカウント名を持つ人物がBitcointalk上でNxtプロジェクトのクラウドファンディング（当時はFundraiseと呼ばれており、ICOとは呼ばれていませんでした）の開始を発表しました。 ）。

Nxt は 100% PoS プロジェクトであり、同時に PoW のコンセンサスは存在しません。 Nxtのハイライトは、他のアルトコイン（アルトコイン）のように単純にビットコインのコードをコピーし、ハッシュの仕組みを変更したり、ブロック間の時間を短縮したり、起動の難易度を変更したりするのではなく、独自に新しく書かれたアルゴリズムに基づいていることです。 .ブロックチェーン。 100% PoS マイニングを強調し、プレマイニングは行いません。 PoSに必要なエクイティ（Stake）も完全に寄付によって決定され、PoWの分配は寄付によって直接分配されます。

クラウドファンディングは 21 日間続き、73 人のユーザーが参加し、合計 21 BTC を寄付し、10 億 Nxt を共有しました。2013 年 11 月 24 日に、Nxt はメイン ネットワークをリリースし、最初の 100% PoS ベースのコンセンサス作成を示しました。世界ブロックはNXT生まれ。

Nxt の開発は順調ではなく、フォーラムの Nxt の歴史は 2014 年 5 月 12 日にとどまっています。 Nxt の凋落の原因は、開発があまりにも集中化されているためで、コードの品質と速度が追いつかず、主要なネットワーク機能の開発順序はコミュニティによって投票されているにもかかわらず、わずか 3 人の開発者では多くの投資家の期待に応えることができません。しかし、Nxt はまだ遅い 徐々に多くの投資家から批判されるようになり、2014 年 6 月 5 日に時価総額が 8,000 万ドルのピークに達した後、多くの羽を残しました。しかし、何と言っても、当初クラウドファンディングされた21BTCに比べれば天と地ほどの金額であり、同時期のプロジェクトと比べれば、迎えるのは本当に古いと言えるでしょう。新年。同時期のドットコインやブラックコインを見ると、あまり良くありません。

Blackcoin は 2014 年 2 月 24 日に初めて計画を発表し、純粋な PoS に基づいていると主張しましたが、実際には PoW+PoS の混合コンセンサスです。では、なぜ混合コンセンサスが純粋な PoS について言及されているのかというと、ブラック通貨で実行される PoW は 10,000 ブロックの高さまでしか持続しないためです。1 分あたり 1 ブロックによると、マイニング時間は約 1 週間 (6.9 日) です。その後、ブロック全体 検証はもはや PoW マイニングを受け入れませんが、その代わりに PoS マイニングを形成します この観点から、時系列と合わせて、私はブラックコインを純粋な PoS 陣営に帰します。

PoWマイニングの最大総量は10,000,000で、PoSに入った後の年間インフレ率は1%です（Nxtと同様に上限はありません）。 Pure PoS はブロック間隔が短く、より合理的なコイン生成方法を備えているため、多くのアーリーアダプターがマイニングに興味を持ち、多くの専門マイニングプールでさえバリデーターとしてフォーラム上でコインを収集し始めています。当時、コンピューターやGPUを必要とせず、コインを持っていれば報酬が得られる新しいコンセンサス「PoS」が多くの人々の注目を集めました。

しかし、HeiCoin の好調な時期も長くは続かず、2014 年 4 月 14 日には 2 か月も経たないうちに、時価総額は 2,000 万米ドル近くに達しましたが、その後は完全に下落し、紆余曲折を経て、今もなお値上がりしています。脱出に失敗した運命の底。そして、市場価値の下落により、PoS ステーキングを行う人々にとって 1% の追加発行報酬はバケツに落ちるように思えます。

The first fair-launch pure Proof of Stake coin. No premine. No ICO. Community focused.

Back again, better than ever, stronger than before.

2016 年に、新しい開発者グループが HeiCoin の開発を再開し、正規軍、企業、および包括的な宣伝を誘致するために多額の資金を費やしましたが、HeiCoin とその PoS は主流世界のビジョンには戻りませんでした。来る。私は教科書のように存在する Heibi の古典的なスローガンを今でも覚えています。最初のスローガンは純粋な PoS コインに基づいており、公正なスタート、プレマイニングなし、ICO なし、コミュニティ中心、復帰、これまでよりも良く、以前よりも強力です。

2014 年 7 月 18 日、シャドウコイン (Shadowcoin) と呼ばれるブラック コイン コンセンサスに似たコインは、チャットの匿名性と、PoW+PoS ハイブリッド コンセンサスに基づいたアプリケーション コインです。PoW は 31,000 ブロックのみを掘ってから参入します。 PoS ですが、ブラックコインとは異なり、シャドウコインにはインセンティブが不足しているため、年間インフレ率が上昇し、ブラックコインの年間 1% が年間 2% になります。しかし、2015年に入ってからはアプリケーション通貨の価値は全く見えなくなり、弱気相場の到来により影の通貨はやがて人々の視界から消えることになるだろう。

POS の歴史全体を要約すると、多くの PoS ベースのプロジェクトが基本的に 2012 年から 2014 年に登場したことがわかりました。探索の甲斐あって、一般的に言えば、この期間中、紙の上では誰もが順調に見えました。 2015年から2016年にかけて通貨サークルは大きな弱気相場に入り、多くのプロジェクトや開発者が冬眠段階に入り、寄付やIPO、ICOを募るプロジェクトはほとんどなくなったようで、PoSリサーチも一時期市場から姿を消しました。

市場サイクルが大きくなった理由を除くと、この時期に PoS メカニズム通貨が失敗した理由を考察すると、ビットコイン、Nxt、ブラックコイン、シャドウコインはいずれも PoS の初期探索プロジェクトであり、技術的には十分に検討されていませんでした。第 9 章では、PoS の技術的欠陥を紹介します)。さらに、PoS でステーキングするためのインセンティブが小さすぎてバリデーターのコストをサポートできず、PoS での分散型動作モードの適用はそれほど完璧ではありません。 PoW について。

特に弱気市場の段階では、マイナーは年間 1% ～ 2% の増加率を維持することはできません。このスタートアップの PoS 追加発行モデルは、多くの人にとってまだ十分に新鮮です. 最初に爆発する可能性のある通貨価格の観点から見ると、追加発行の最初の利点は非常に重要なインセンティブにすぎませんが、投資家が通貨の価値に直面すると、価格では得られない 期待された利益が得られると、低いインセンティブは味気ないものになります。マイナーはメリットを認識できないため、ネットワーク検証に参加できず、ネットワークはブロックされるかゆっくりと停止し、潜在的な攻撃コストはますます低くなります。

これまでのところ、これは PoS 開発の第 2 段階です。

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3. 委任された PoS (DPoS)

Delegated PoS (Delegate Proof of Stake、DPoS とも呼ばれる) は、そのプロトタイプが 2013 年 12 月 8 日に誕生しました。ダニエル・ラリマー氏は、PoS に表示される可能性のある乱数の代わりに、bitsharetalk でブロックプロデューサーを選択するために投票を使用することについて初めて話しました。操作は次のように説明されます。

I recently came up with another system that could work, though I am not fully sold on it.

What if the share holders elected people who would sign blocks?   You vote for the signers with CDD. When they sign they spend the CDD they accumulated from people voting for them.  No one would be allowed to sign more than 1 in 100 blocks.  

This plan has many potential problems, but I thought I would add it to the idea pool.

最近うまくいくアイデアを思いつきましたが、それがうまくいくかどうかはまだわかりません。なぜトークン所有者が署名済みブロックのバリデーターを選出できるようにしないのでしょうか?保有者は CDD コインデイデストロイトを使用して署名者に投票します。署名者が署名すると、投票者のコイン年齢が消費されます。誰も 100 ブロック中 1 ブロック以上に署名することはできません。このアイデアには潜在的な問題があるかもしれませんが、アイデアのライブラリに追加します。

これは Delegate PoS の基礎です。このシステムは Bitshares にうまく適用されています。DPoS に対する BitShares コミュニティのスローガンは次のとおりです: DPoS は PoW でのリソースの浪費の問題を解決するだけでなく、Bitshares の問題も解決します。そして PoSフューチャーコインの問題。当時、DPoS は確かにソリューションでした。 BitShares の開発はスムーズではなく、Dan は最終的に BitShares コミュニティから追放されましたが、委任されたステークの DPoS コンセンサスが将来の PoS のさらなる発展の基礎となることは否定できません。

BitShares の DPoS は、Graphene プラットフォーム上に構築されています。この一連のグラフェン テクノロジーは、後に DPoS 専用の最下層として開発されました。Graphene に基づくブロックチェーン プロジェクトは、DPoS コンセンサス メカニズムを直接使用できるため、開発を繰り返す必要がありません。 EOS、Lisk などはすべて、グラフェン プラットフォーム上に構築された DPoS パブリック チェーンです。 2018 年の現在まで、Bitshares DEX では、多くのゲートウェイ資産がグラフェンベースの DPoS に基づいており、PoS コンセンサスに基づくプロジェクトの数が桁違いに達していることがわかります。

実際、DPoS には多くの利点があります。 DPoS は、権利と利益の時宜を超えた使用の問題を解決します。専門家が専門的なことを行うのは基本原則です。国家統治における代表制度、または人民会議の代表制度として理解できます。町や村の住民は選挙で選挙します。このシステムの最大の利点は、バリデータが多すぎることによる非効率の問題を解決できることです。もちろん、このシステムには明らかな欠点もあります。中央集権に対する批判。

BitShares の初期ノード検証者数は 100 名程度ですが、(採算が合わないため) 徐々に 30 名以上に減員され、EOS のノード検証者数は 21 名で固定されています。分散化の概念が尊重されるブロックチェーンの世界では、集中化する傾向にあるプロジェクトは批判されやすく、多くの開発者はこのような権利と利益を委ねる慣行に同意しません。 2014 年に始まったもう 1 つのプロジェクトである Tezos は、分散化と権限の委任をうまく組み合わせています。

Tezos の PoS、開発チームはこれを LPoS (Liquid Proof of Stake) と呼ぶことを好みますが、委任されたステークは Tezos の PoS の非常に重要な部分であるため、DPoS と呼んでも過言ではありません。システムのセキュリティを確保するために、PoS はシステム トークンのステーキング量を増やすことを望んでいます。そのため、攻撃者が 51% 攻撃を開始するコストは非常に高くなります。

Tezos は、初期インセンティブの不足とユーザーのステーキングに対する意欲の低さの問題を解決し、ステーキング ユーザーに年間 5.5% の報酬の増加をもたらすと同時に、ユーザーは自分の権利をバリデーター (Tezos ではベイカーと呼ばれます) に委託することができます。委任者は自らの権利を行使します。検証者は、サービス料としてユーザーから少額の手数料を徴収することができ、検証者ノードは自身のステーキングの報酬に加えて、委託を受け入れることに対する報酬も得ることができ、この種のインセンティブは1%～2%です。未来通貨と闇通貨の、はるかに高い。

また、Tezos の代表団は EOS の代表団とは多くの点で異なり、原則として各代表者は任意の候補者を投票することができますが、Tezos と EOS の投票インセンティブが異なるため、結果が異なります。 Tezos では、委任者は任意のバリデーターを選択し、投票して特典を得ることができますが、EOS の委任者が選択したバリデーターは選出されるか否かという結果のみを持ち、インセンティブはありません。

Tezos は、2018 年 6 月 30 日にメイン ネットワークを開始しました。現在、400 を超えるメイン ネットワーク ノードと 100 を超えるバリデーターが存在します。 EOS は、2018 年 6 月 15 日に 21 のメイン ノードと 100 の候補ノードを含むメイン ネットワークを開始しました。

4. BFT+PoS

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Byzantine Fault Tolerance (略して BFT) と PoS の組み合わせは、2014 年に Tendermint チームの Jee Kwon によって初めて提案されました。 Tendermint の前身は、1988 年にマサチューセッツ工科大学で開発された実証済みの BFT アルゴリズムに基づいており、Tendermint は最適化および改良されました。しかし、Tendermint が登場して以来、プロジェクトには導入されておらず、その後、Jae Kwon が Tendermin をベースにした最初のプロジェクトと言える Cosmos プロジェクトを作成しました。

メインネットの立ち上げ時期によると、BFT+PoS または BFT+PoS に似たプロジェクトのアプリケーションは 2018 年に初めて開始されました。最初に EOS が BFT+DPoS をオンラインにし、次に Tezos の BFT+PoS に似たアルゴリズムが EOS の 1 か月後に立ち上げられました。オンラインでもあります。 Tendermintベースの最初のプロジェクトであるCosmosは、2019年第1四半期にメインネットワークを立ち上げる予定です。また、現時点でわかっていることは、イーサリアムとアルゴランドがBFT+PoSコンセンサスアルゴリズムを採用する予定であり、具体的な立ち上げ時期は不明です。 Tendermint が先に登場しましたが、Cosmos がリードしましたが、後発者は基本的に Tendermint の設計を参照していると言わざるを得ません。そのため、Tendermint はプロジェクトでの BFT の適用において依然として非常に良い役割を果たしています。 2018年から2019年にかけて、BFTは数多くのプロジェクトを立ち上げ、百輪の花を咲かせるだろうというのがコンセンサスとなるだろう。

BFT フォールト トレランスは、分散ネットワークにかなりのリスク防止機能をもたらすことができ、また、より高速なブロック確認速度をもたらし、ブロックチェーン フォークの問題を解決し、トランザクションにある程度の最終的な確実性をもたらし、間接的にパフォーマンスを向上させることができます。純粋なPoSが純粋なPoWと比較してエネルギー消費を解決するだけだとすると、純粋なPoSと比較して、BFT+PoSはエネルギー消費を解決するだけでなく、PoWのトランザクション確認、トランザクションフォーク、パフォーマンスの低下の問題も解決します。特にセキュリティの観点から無視することはできません。Tendermint を見てみましょう。

Tendermint の非常に重要な部分はコンセンサス エンジン部分 (Tendermint Core) です。このコンセンサス エンジンは BFT と PoS コンセンサスを組み合わせています。トークン所有者はステークを通じてブロックを検証する機会を得ることができます。署名が完了した後、新しいブロックの検証はパスします3 ラウンドの提出、2 ラウンドの 2/3 投票プロセスを経て、最終的な合意に達します。ブロックがブロードキャストされた後に投票が開始されるため、検証が完了すると、新しいブロックは即時ファイナリティ(Instant Finality)を取得します。これは、6ブロックの確認を必要とするビットコイントランザクションとは異なり、Tendermintの検証時間が大幅に短縮されるためです。トランザクションは時間内に有効になり、トランザクションのロールバックや二重支出などの問題が事前に回避されます。

Byzantine Fault Tolerance は、トランザクションの確認に加えて、システム内の検証重みの最大ダウンタイムの 1/3 未満を許容することができ、システムの動作を保証できます。他の検証に関係なく、システムは正直です。人々が何をしても、システムは引き続き実行でき、停止やダウンタイムは発生しません。

Tendermint Core エンジンをベースにした最初のプロジェクトは Cosmos と呼ばれ、クロスチェーン機能を提供することを目的としたパブリック チェーン プロジェクトです。コスモスハブはこのプロジェクトの最も重要な部分であり、クロスチェーンの総合調整役でもあります。クロスチェーンエコロジーが繁栄し、複数のリンクがコスモスセンターに接続されている場合、このセンターのセキュリティは確保できます。それがいかに重要であるかがわかります。 Cosmos に関して言えば、もう 1 つのクロスチェーン プロジェクトである Polkadot について言及する必要があります。Polkadot も BFT ベースの PoS プロジェクトであり、イーサリアム イエロー ペーパーの著者である Gavin Wood が主導し、多くの技術的才能を集めています。チームのラインナップは強力と言えます。ただし、著者が一連の記事を書いた時点では、Polkadot の GRANDPA コンセンサスはまだ改善中であり、具体的な分析は Polkadot がオンラインになるまで待つ必要があります。

2014 年にブロックチェーン分散ネットワークに BFT が導入され始め、その後 PoS が普及しましたが、BFT アルゴリズムのセキュリティが 30 年近く研究されてきただけでなく、BFT+PoS の混合コンセンサスが多くのプロジェクトで評価されてきました。そして、このアルゴリズムはシステムのリスク対策能力とパフォーマンスを向上させるため、このコンセンサスは将来的に長い間普及すると予測します。

副題

5.PoSの新時代

PoS 研究のペースは今も進んでおり、セキュリティ、パフォーマンス、分散化が常に PoS の追求の対象となっています。 2018 年以降に開始されたいくつかの新しいプロジェクトには、多かれ少なかれ以前のプロジェクトの影があり、これに基づいてパフォーマンスを最適化するか、セキュリティを最適化するか、究極の最適化は不可能な鉄の三角形であることがわかります。 Algorand と Thunderalla は、2018 年から私の視野に入った新しいプロジェクトです。この 2 つのプロジェクトは、新しい PoS 時代をある程度表現できると思います。 PoS の開発を 4 年サイクルに分けると、たまたまこれら 2 つのプロジェクトが具体化し始めるのは 2022 年頃になります。

アルゴランドもサンダーラも巨人の肩の上に立っています。チューリング賞受賞者でマサチューセッツ工科大学のシビオ・ミカリ教授が率いるアルゴランドは、新しいPoS+BFTコンセンサスアルゴリズム（BA、ビザンチン協定と呼ばれる）に焦点を当てており、バリデーターの選出をよりランダムで予測不可能にし、より良い保証を実現することを目的としている。システムのセキュリティが研究の方向性であり、コーネル大学のコンピュータ教授であるラファエル・パス氏とエレイン・シー氏が立ち上げた「Thunderella」は、PoS におけるパフォーマンス拡張問題の解決を目指しており、現在、理論上のパフォーマンスは最大 1000 ～ 2000Tps に達する可能性があります。