仕事の証明とステークの証明:基本的な採掘ガイド

Ameer Rosic

3 years ago
 仕事の証明とステークの証明:基本的な採掘ガイド

仕事の証明とステークの証明:最近、Proof of Work(PoW)システムに基づくEthereumコンセンサスから、いわゆるステークの証明に基づくものに移行するという考えについて聞いたことがあります。

この記事では、仕事の証明とステークの証明の主な違いを説明し、鉱業の定義を提供するか、新しいデジタル通貨がネットワークを介してリリースされるプロセスについて説明します。

また、Ethereumコミュニティが「仕事」から「ステーク」への移行を決定した場合、鉱業技術に関して何が変わるでしょうか?

この記事は、上記の問題を理解するための基本的なガイドになりたいと考えています。 より詳細なウォークスルーをお探しの場合は、Ethereumのブロックチェーンコースをご覧ください。

仕事の証明とは何ですか?

まず、基本的な定義から始めましょう。

仕事の証明は、複数の偽の要求を送信することによって、コンピュータシステムのリソースを使い果たす目的を持っている分散型サービス拒否攻撃(DDoS)などのサイバー攻撃を阻止する主な目標を持つプロトコルです。

仕事の証明のコンセプトはビットコインの前でも存在していましたが、中本聡はこのテクニックを彼女に適用しました。私たちはまだ中本が本当に誰なのか分かりません。デジタル通貨は伝統的な取引の設定方法に革命をもたらしました。

実際には、PoWのアイデアは、もともとシンシア・ドワークとモニ・ナールによって出版されました 1993, しかし、用語「仕事の証明」はマーカス・ヤコブソンとアリ・ジュエルズによって発行された文書で造語されました 1999.

しかし、これまでに戻って、仕事の証明は、2008 年に出版された中本のBitcoinホワイトペーパーの背後にある最大のアイデアかもしれません。これは、信頼できない分散されたコンセンサスを可能にするからです。

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信頼できない分散されたコンセンサスとは何ですか?

信頼できない分散コンセンサスシステムは、第三者のサービスを信頼する必要がないことを意味します。

従来の支払い方法を使用する場合は、取引を設定するために第三者に信頼する必要があります(例:Visa、Mastercard、PayPal、銀行)。 彼らは、各口座の取引履歴と残高を格納する独自のプライベートレジスタを保持します。

この動作をよりよく説明する一般的な例は次のとおりです。AliceがBob $100を送信した場合、信頼できるサードパーティのサービスはAliceのアカウントをデビットし、Bobのクレジットを行うため、このサードパーティは正しいことをすることを信頼する必要があります。

ビットコインやその他のデジタル通貨では、誰もが元帳(ブロックチェーン)のコピーを持っているので、誰もが直接書かれた情報を確認できるので、誰も第三者に信頼する必要はありません。

仕事と鉱業の証明

より深く、作業の証明は、ブロックチェーンと呼ばれる分散元帳に信頼できないトランザクション(いわゆるブロック)の新しいグループを作成するために実行する必要がある高価なコンピュータ計算(マイニングとも呼ばれます)を定義するための要件です。

鉱業は2つの目的として機能します。

取引の正当性を検証するため、またはいわゆる二重支出を回避するため。

以前のタスクを実行するために鉱夫に報酬を与えることによって新しいデジタル通貨を作成する。

トランザクションを設定する場合、これは舞台裏で起こります:

トランザクションは、ブロックと呼ばれるものに一緒にバンドルされます。

マイナーは、各ブロック内のトランザクションが正当であることを確認します。

これを行うには、鉱夫は作業証明の問題として知られている数学的なパズルを解決する必要があります。

報酬は、各ブロックの問題を解決する最初の鉱夫に与えられます。

検証されたトランザクションはパブリックブロックチェーンに保存されます

この「数学的なパズル」には、アシンメトリーという重要な特徴があります。 実際、作業は依頼者側では適度に難しいが、ネットワークを確認するのは簡単でなければならない。 このアイデアは、CPUコスト関数、クライアントパズル、計算パズルまたはCPUの価格機能として知られています。

すべてのネットワーク鉱夫は、候補ブロックに関係する数学的問題の解決策を見つける最初に競合します。ブルートフォースを介して他の方法では解決できない問題は、本質的に膨大な数の試行を必要とします。

鉱夫が最終的に適切な解決策を見つけたら、同時にネットワーク全体に発表し、プロトコルによって提供される暗号侵害の賞(報酬)を受け取ります。

技術的な観点から、マイニングプロセスは逆ハッシュの操作です。数字(nonce)を決定するので、ブロックデータの暗号ハッシュアルゴリズムは与えられたしきい値未満になります。

難易度と呼ばれるこの閾値は、マイニングの競争的性質を決定するものです。ネットワークに多くの計算能力が追加されるほど、このパラメータが増加し、新しいブロックを作成するために必要な平均計算数も増加します。 この方法はまた、ブロック作成のコストを増加させ、マイナーがマイニングシステムの効率を向上させ、ポジティブな経済的バランスを維持する。 このパラメータの更新は約 14 日ごとに行われ、10 分ごとに新しいブロックが生成されます。

作業の証明は、ビットコインブロックチェーンだけでなく、ethereumや他の多くのブロックチェーンによっても使用されます。

作業証明システムのいくつかの機能は、ブロックチェーンごとに特別に作成されているため異なりますが、今はあなたのアイデアをあまりにも技術的なデータと混同したくありません。

あなたが理解する必要がある重要なことは、Ethereumの開発者は、ステークの証明と呼ばれる新しいコンセンサスシステムを使用して、テーブルを回したいということです。

ステークの証明とは何ですか?

ステークの証明は、取引に基づいて検証し、分散されたコンセンサスを達成するための別の方法です。

それはまだアルゴリズムであり、目的は仕事の証明と同じですが、目標を達成するプロセスはかなり異なります。

ステークの最初のアイデアの証明は、2011 年にビットコインのフォーラムで提案されたが、この方法を使用する最初のデジタル通貨は、ShadowCash、Nxt、BlackCoin、NuShares/NuBits、Qoraとナビゲーションコインと一緒に2012 年にピアコインでした。

アルゴリズムは、取引を検証し、新しいブロックを作成するという目標で数学的な問題を解決する鉱夫に報酬を与える作業の証明とは異なり、新しいブロックの作成者は、その富に応じて決定的な方法で選択され、また、株式として定義されます。

ブロック報酬なし

また、すべてのデジタル通貨は以前に最初に作成されており、その数は決して変わりません。

これは、PoSシステムにはブロック報酬がないため、鉱夫は取引手数料を受け取ることを意味します。

これが、実際には、このPoSシステムでは、鉱夫が偽造品と呼ばれる理由です。

なぜEthereumはPoSを使用したいのですか?

Ethereumコミュニティとその創作者であるVitalik Buterinは、仕事の証明からステークの証明への移行を行うために、ハードフォークを計画しています。

しかし、なぜ彼らは一方から他方に切り替えたいのですか?

仕事の証明に基づく分散コンセンサスでは、鉱夫は多くのエネルギーを必要とします。 1つのBitcoinトランザクションでは、1 日に1.57アメリカの世帯に電力を供給するのと同じ量の電力が必要でした(2015 年のデータ)。

そして、これらのエネルギーコストは、決済通貨で支払われ、デジタル通貨の価値に一定の下向きプレッシャーを引き起こします。

最近の研究では、専門家は、ビットコイン取引が2020 年までにデンマークと同じ電力を消費する可能性があると主張した。

開発者はこの問題についてかなり心配しており、Ethereumコミュニティは、より環境に優しく安価な分散型のコンセンサスのために、ステーク法の証明を利用したいと考えています。

また、新しいブロックの作成に対する報酬は異なります。Proof-of-Workでは、鉱夫は鉱業であるデジタル通貨を所有していない可能性があります。

ステークの証明では、偽造者は常に鋳造されたコインを所有する人です。

偽造品はどのように選択されますか?

Casper(ステークコンセンサスプロトコルの新しい証明)が実装される場合、バリデータプールが存在します。 ユーザーは、このプールに参加して、偽造として選択することができます。 このプロセスは、キャスパー契約を呼び出してEtherまたはEthereumネットワークに電力を供給するコインを送信する機能を介して利用できます。

「あなたはしばらくすると自動的に誘発されます」とVitalik Buterin 自身はRedditで共有されたポストで説明しました。

「バリデータプール自体に誘導される優先順位スキームはありません。他の結合者の数に関係なく、誰もが望むラウンドに参加することができます」と彼は続けました。

各バリデータの報酬は「約 2 〜 15 %」になりますが、まだ分かりません。

また、Buterinは、アクティブなバリデータ(またはフォーガー)の数に制限が課されていないと主張しましたが、バリデータが多すぎると報酬が少なすぎる場合は金利を削減し、報酬を増やすことによって経済的に規制されます。

より安全なシステム?

すべてのコンピュータシステムは、特にサービスがお金に関連している場合、ハッカー攻撃の可能性から解放したいと考えています。

だから、主な問題は:ステークの証明は仕事の証明よりも安全ですか?

専門家はそれについて心配しており、コミュニティにはいくつかの懐疑論者がいます。

Proof-of-Workシステムを使用すると、技術的および経済的な否定のおかげで悪い俳優が切り取られます。

実際、PoWネットワークへの攻撃をプログラミングすることは非常に高価であり、盗むことができるよりも多くのお金が必要になります。

代わりに、基盤となる PoS アルゴリズムは可能な限り防弾にする必要があります。これは、特に罰則がなければ、ステークベースのネットワークの証明が攻撃の方が安くなる可能性があるためです。

この問題を解決するために、ButerinはCasperプロトコルを作成し、悪いバリデーターが預金を失う可能性のある状況のセットを使用できるアルゴリズムを設計しました。

彼は説明した:「経済の最終性は、参加する預金を提出するバリデータを要求することによって、キャスパーで達成され、プロトコルは、彼らがルールのいくつかのセットに違反する何らかの方法で行動したと判断した場合、彼らの預金を奪う(「スラッシング条件」)。」

スラッシングの条件は、上記の状況、またはユーザーが中断することにならない法律を指します。

仕事の証明とステークの証明:結論

PoSシステムのおかげで、バリデータはコンピューティングパワーを使用する必要はありません。なぜなら、チャンスに影響を与える唯一の要因は、自分のコインの総数とネットワークの現在の複雑さであるからです。

したがって、この将来 PoW から PoS への切り替えには、次のような利点があります。

省エネ。

攻撃としてより安全なネットワークはより高価になります。ハッカーがコインの総数の51 % を購入したい場合、市場は速い価格上昇によって反応します。

このように、CASPERは経済的なコンセンサスシステムに依存する保証金プロトコルになります。 ノード(またはバリデータ)は、新しいブロック作成のおかげでコンセンサスの一部になるためにセキュリティデポジットを支払う必要があります。 キャスパープロトコルは、セキュリティ預金の制御のおかげで、バリデーターが受け取った報酬の特定の量を決定します。

あるバリデータが「無効な」ブロックを作成した場合、セキュリティデポジットは削除され、ネットワークコンセンサスの一部となる権限も削除されます。

言い換えれば、キャスパーのセキュリティシステムは賭けのようなものに基づいています。 PoSベースのシステムでは、賭けは、コンセンサスルールに従って、バリデーターが賭けている各チェーンと共に賞金を持つバリデータに報酬を与える取引です。

したがって、キャスパーは、バリデータが他のベットに従って賭け、コンセンサスを加速できる肯定的なフィードバックを残すという考えに基づいています。

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mining pools have far more than 1000eth, the pools will act as the forgers and people will contribute to the mining pool. As a result the system for most miners will stay relatively the same.

It looks like Vitalik and Ethereum team have a plethora of interwoven and conflicting interests to solve. I will start with the biggest agency problem everyone is ignoring:

1) How to give the VC’s bankrolling Ethereum a clean exit with expected returns of >20x on exit. They will be pushing hard for POS as it will create scarcity of ETH and push up their token holdings vastly for an exit. We should not ignore that the VC’s interests and ETH community interests might be wholly orthogonal to each other.

2) How to keep the little guy vested and reward his/her loyalty to maintaining the integrity of the blockchain? Is this not the whole point of blockchain? Decentralized and distributed custodians of trust? Heads up! That ideal is long dead with mining pools creating hidden centralized power structures whose interests might not always be best aligned to the future of ETH nor the little minnows contributing to their pools. So, while moving this hidden centralized (concentration of control) to POS will certainly free up restrictions for the Ethereum developers to make changes, it will not democratize anything.

3) Who is being rewarded for what economic value? This is a fundamental question that needs to be clarified. Simply having ‘staking pools’ as trust agents is going to create other imbalances. Who is going to pay for the processing of trust (transaction verification)? What is the infrastructure going to look like? Or is that also going to get centralized as we already have in banks and effectively shafting all the minnows? If someone ‘stakes’ a very large amount of ETH, but has no supporting hardware to process transactions, what is his/her economic value?
When you buy bonds/equity and get a yield, you are lending money to another entity that will invest that money in other assets to create economic value. The more speculative the assets are, the higher the risk of your investment and consequently the higher the required yield. These yields are not arbitrarily set. They are set by the market pricing the perception of default and clearing accordingly. How is the reward system of ‘staking pools’ going to work? Who is creating what economic value, who is setting the interest yields and according to what risk perceptions? And, what (crypto) economics are going to managing ETHs price inflation other than artificially restricting liquidity through ‘staking’?
One always has to ask why should one person/entity be entitled to a return without taking any risk (i.e. investment in economic generating assets)? The only concept that generates a return without creating underlying economic value is a Ponzi scheme. There, the risks are aggregated and dumped onto the last one in. So, beware of misaligned economic fundamentals.

4) How to solve the ever-increasing energy burden of crunching hashes? Maybe this constraint should also be solved by market forces and Ethereum should just create the right incentives for the market to innovate in this space?
– One thing they can do is to keep a lid on algorithm complexity growth so that it is proportional to Moore’s Law thus ensuring mining/forging overheads remain sustainable.
– Also, the increasing variable costs of crunching MH/KWh will create pressure to innovate for energy efficient solutions. Maybe the reward system can be changed to include KWh (and/or green power) consumed regardless of your regional tariff. There is a plethora of opportunities to innovation and create value here. It just needs the right incentives.

Regardless of the trust agent’s end design (POS, POW or POS/POW hybrid), my advice is that Ethereum needs to ensure that market forces determine prices, yields and transaction processing capacity. ETH’s end design needs to focus on creating the right incentives for the various stakeholders who create economic value and carry the risks and then releasing control to the community.

can someone anwser my questions

what did you mean by bets ?

is the forgers create blocs like in the POW ? and how they create it technically?

is the forgers have to stake and in the same time instale a node in his computer ?

is that node a piece of code that validate & confirm txs automaticaly ?

is the forgers has the ability to on/off that node ? and what happens if they do that ?

how this node can know if this tx are valide/legal or not ?

is this node use some computer ressources ? CPU … ?

how the other supply of coins in POS protocol minted or released ? (in total supply)

how the validator can create an invalide bloc ?

The discussion whether PoW is better than PoS or vice versa, with all their relative advantages and disadvantages needs to be discussed with a larger audience. For afterall Blockchain is all about consensus, then why not a consensus within a larger community.
If PoW requires huge computing power as a consequence high consumption of electricity, then people must be encouraged to use alternate renewable energy sources. This cannot be a reason to sacrifice the security it provides Visavis less consumption of power associated with PoS.
Entry barriers with PoW are high so not anyone can just join the network to validate the transactions which can be the case with PoS.
The very idea of Blockchain is decentralized trustless transactions without the involvement of third parties, so then what purpose Casper and such serve ?

@Larry Jackson

please larry, never ever write the marxist name of ja-fre in crypto-oriented forums – all the perversed evildoers stalin putin saddam khadaffi are marxists, same as the rulers of greece, who defaults constantly parasiting on the hard worked money of germans and other europeans. never ever believe to drug-addicted marxists who dream of total control of every and all individuals, much worse than description in “1984”. obviously you have not personal experience of the science of hatred named “marxism” even didnt visit the obscured meetings for “educating” where jung neomarxists “educate” naive goodthinkers – all they do is trainthemselves to manipulate listeners, and to explain that this is good – same as the whole-time behaviour of the human-haters in all times and all places. you dont need to believe me despite i lived more than 30 years under marxistic slavery, just look at one of the biggest oil-producers in the world – for less than ten years marxists ruined it and today there is total misery for normal people there, and even in their capital is deadly danger to get out on the street after a sundown without personal army of heavy armed bodygurads or sitting in panzer. the ruined venezuella. earlier same marxists ruined chili, saved by a real patriot, the right hand of the chilean marxist aliende named pinochet – he took the power away from marxists, invited the most educated and inteligent economical and financial experts on earth and made a miracle getting his homeland from the edge of the waterfall to the place and state of the first and most wealthy and prosperous country on the whole continent – south america. go on the other side of the globe – and observe normal prospering country divided by greedy marxists – korea. and compare both parts, who soon unite. south koreans have one from the most advanced and friendliest laws encouraging new money – cryptomoney, and north part vorbids to local citizens even phones, not speaking of internet – and this happens in 21st century, when all plan to build living places on other planets! so please larry do not fall because of goodhoping in the traps of manipmanipulators, they are all time the same, greedy to the others good. and if you still hesitate about your position to human-haters named marxists, read in wikipedia, they killed in non-war times more civilians than all wars in 20th century. but if you are interested in roots of the human-haters, go to the british museum and observe two documents in original – how some rich bankster named rotshield sent money to marx and engels with exact instructions what to write, how must it work and what results must it achieve. and dthey did it, just not in the strongest european economics named deutschland, but in the most unevolved teritory on asia – named russia, where the marxists assasinated many tousands of local people to came to power and to keep that power. after all if you still like the visions of drug-addicted neo-marxists, its you choice. but after reading this, its an educated choice.

@James Lyndon

I’d say it’s far less likely for people to join mining pools in a PoS system, for PoW you just contribute your computing power to the pool and can leave a pool anytime you want if you find the pool has some suspicious activities. For PoS you need to deposit your ether to the mining pool’s account first, then the mining pool deposit the ether to a certain locked account to join the validator pool. That’s a LOT of stake and trust you need to put to the mining pool. And depending on the implementation of the reward system, mining pools may not have any reason to exist any more, if anyone who join the validator pool can get some interests as reward, then why trust your ether to a mining pool, you can just join the validator pool yourself.

@James Lyndon

I can not agree! Plus the switch from PoW to PoS has it’s positive benefits mentioned in this article: PoS should solve the issue of unnecessary energy wasting; more people will be encouraged to participate in the validation process (no competition in solving computational puzzles will mean no demand for advanced mining hardware).

@Dmitry Buterin

You all missing a fundamental piece. the real value of any currency is the people perception. the value of any digital currency currently exists coming from perception of the miners. you need to have more individuals involved in this. by adding more machines but less people you are just creating inflation. To the subject from going pow to pos its like changing reality to fantasy. You will end up with bunch of numbers but no value. You need to be thinking how to get more people involved in this and have them believe there is a value in digital currency that will create value. Don’t be fooled with greed. Bitcoin does not have the potential to be a universal not even global currency but it showed us that such thing is possible.

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