PoWとPoSの効率の議論：資本を消費する方が良いのか、それとも電力を消費する方が良いのか？

この記事はイーサリアム愛好者からのもので、原文タイトル：『見解 | 電力の外 ------ PoSは救世主ではない』、著者：KF。

暗号通貨の世界内外で、ますます多くの人々がプルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-stake、PoS）に期待を寄せています。PoSは、私たちに暗号通貨の利点を提供しつつ、プルーフ・オブ・ワーク（Proof-of-work、PoW）のエネルギー消費の特性を回避できると考えられています。この願望は最終的には失望に終わるでしょう。なぜなら、Paul Sztorcは2015年に「nothing is cheaper than proof of work」という記事でこの問題について論じているからです（中国語訳）。PoSはコストを混乱させるだけで、それを排除することはできません。ここでは、なぜPoWが民主主義のようなものであるかを説明したいと思います：それは最悪の方法ですが、唯一使える方法です。

この記事では、暗号通貨の安全性が「価値がある」かどうかについては議論せず、PoSが効率的な方法であるかどうかに焦点を当てます。

最も優れた暗号通貨は最も安価な方法で安全性を確保する

PoWとPoSを合理的に比較するためには、コスト（カーボンフットプリント）と利益（ブロックチェーンの安全性）を考慮する必要があります。したがって、私たちの問題は「与えられた安全性を得るために、プルーフ・オブ・ステークの環境コストは低いのか？」または「与えられたコストで、プルーフ・オブ・ステークはより高い安全性を得ることができるのか？」のいずれかです。この2つの質問は論理的に同等です。この記事では、後者の質問を採用します：

公理 1：環境に最も優しい暗号通貨は、安全性を購入する際に効率が最も高いものであるべきです。

通貨は魔法ではありません。通貨が流通するためには一定の安全性が必要であり、安全性を得る方法には効率の違いがあります。そして、最も効率的な技術は、最小の環境カーボンフットプリントを持つことになります。これは非常に有用な考え方であり、私たちに深い経済法則を思い起こさせます：限界収益は限界コストに等しい。あるブロックチェーンが安全性にX元を費やした場合、それはマイナーがその報酬を競うために合計X元を費やすことを意味します。

公理 2：もしある暗号通貨がX元の安全性を購入した場合、その検証者（報酬を得るために）は合計X元の支出を持つことになります。

これは競争に関する揺るぎない経済法則です。得られるものよりも少ない支出をするマイナーは、より多くの支出をするマイナーに敗北します。そして、得られるものよりも多くの支出をするマイナーは、最終的には破産します。あるブロックチェーンが安全性にX元を費やすと、最終的にはマイナーがそのブロックチェーンを守るためにX元を費やすことになります。異なる種類の支出の比重は変わるかもしれませんが、すべての支出を合計すればX元になります。この違いは、一斤の綿と一斤の鉄の違いと同じです。

電力は一部に過ぎない、すべてではない

人々が「ビットコインはエネルギーを浪費している」と言うとき、彼らが意味しているのは、ビットコインブロックを生成するためのマイニング機器を動かすために電力が必要であるということです。皮肉なことに、一方では、このエネルギーは明らかにビットコインネットワークの運用に必要なエネルギーのすべてではなく、一部に過ぎません。もう一方では、この部分はブロックチェーンを保護するために最も直接的に使用される部分であり、したがって最も無駄が少ないのです。ビットコインのカーボンフットプリントを完全に測定するには、ハードウェアコスト（製造と廃棄のコスト）や通常のビジネス運営のコスト（立派なオフィスを装飾し、ビットコイン会議に参加するために飛び回る必要があります）も考慮する必要があります。後者の2つのコストはより曖昧で、推定が難しいですが、全体のシステムがどのような影響を及ぼすかを理解するためには同様に重要です。

公理 3：あるシステムのカーボンフットプリントを考慮するには、検証者の支出のすべての側面を考慮する必要があります。

この3つの活動は、それぞれ無駄が生じます。ビットコインネットワークでは孤立ブロックが避けられず、その孤立ブロックを掘るために使われたエネルギーは無駄になります。いくつかのハードウェアは作られましたが、運用効率は完璧ではありません。いくつかの運営コストは必要ですが、いくつかはただの茶飲み話です。支出がブロックチェーンの検証作業と密接に関連しているほど、そのブロックチェーンの安全性を得る効率は高くなります。機械が自由度が少ないときに効率が高くなるのと似ています：部品が1つ増えると無駄な作業が増えます。経済システムも同様で、構造が多いほど効率が低下します。

例えば、特定の大口顧客との関係を良好に保つために出張することは、全体のビジネスの効率を高めることに抽象化できるため、安全性の購入にも役立ちますが、その効果は非常に間接的であり、電力に同等の支出をするよりも安全性の購入効果は低いかもしれません。暗号通貨が安全予算を直接電力に費やすほど、その安全性は高くなります。商業運営者にお金を使うほど、その安全性は低くなります。マイニング企業のCEOはその企業にとって必要かもしれませんが、ネットワークの安全性への貢献はあまり大きくありません。

公理 4：支出がブロックチェーンの実際の行動と関連しているほど、安全性の購入効率は高くなります。

したがって、時には人々がASIC 1について議論し、それが暗号通貨の環境への影響を悪化させていると考えますが、実際にはその逆です。マイニング機器の専門化により、単位ハードウェアがより大きな計算能力を生み出すことができ、つまりブロックチェーンの安全予算がハードウェアに費やされる金額が少なくなり、電力に多く費やされることになります。これは効率にとって良いことです。ASICマイニングは根本的に従来のCPUマイニングよりもクリーンであり、なぜならASICはエネルギーを安全性に変換する際により効率的だからです（つまり、より安価です）。

これが、なぜ人々が「スペース証明（Proof-of-space）」のような暗号通貨（例えばChia）が環境に与える影響を誤解しているのかの理由です（それらは計算力ではなくメモリを使用してブロックチェーンを検証します）。ハードディスクを安全性を生み出す希少資源として使用することはコストを削減することにはならず、単にブロックチェーンの安全予算を電力からハードウェアに移すだけです。電力消費だけを見て暗号通貨のカーボン排出を評価すると、私たちは大きな進歩を遂げたように感じるかもしれませんが、ハードウェアの支出も考慮に入れると、これは効率の大きな損失であることがわかります。

現在、世界には多くの未使用のハードディスクがあるため、Chiaはある種の補助金を受けていることになります。しかし、これが永遠に続くとは期待しないでください。ある種の暗号通貨がコンピュータのメモリを貨幣化することに成功すると、GPUで起こったことが関連するハードウェア分野で再演されるでしょう。さらに重要なのは、最終的にこのシステムは同等の規模のPoWベースのシステムよりも劣ることになります。なぜなら、安全予算がハードウェアの開発に費やされ、これは直接電力に費やされる安全予算の効率よりも低いからです。

Tom's HardwareはChiaの価格急騰と大容量ハードディスクの不足を報じています。しかし、より厳しいのはSSD（の不足）かもしれません。なぜなら、大きなハードディスクを満たすためのBram Cohen BinggoTMカードを作成するためにもSSDが必要だからです。

結論 1：環境に最も優しい暗号通貨は、安全予算を検証作業に最も密接に関連する事項に費やす通貨です。

資本のロックも実際の支出に対する真のコストです

Chiaやその他のスペース証明を使用するブロックチェーンは、PoWと比較しやすいです。なぜなら、古いハードディスクが埋立地に詰まっている状況を容易に想像できるからです。そのため、彼らが「本当に」環境に影響を与えていると確信しやすいのです。しかし、資本の損失も環境に真の影響を与えます。なぜなら、これらのお金はカーボンキャプチャ技術やカーボン効率の研究などに使うことができるからです。人々は「それらは無料だ」と「感じる」かもしれません（消費がないから）、ただ人間は時間の価値（time-value）を考えるのが得意ではないからです。もし資本が本当に無料であれば、マイナーは何の代償もなくそれを得ることができるでしょう。

時には、人々が個々の観点から見てPoSには無駄があると主張することもありますが、社会的観点から見るとそれは節約であると。Dan Robinsonが言ったように：

あなたの宗教があなたの誠意を証明するために自らの犠牲を要求する場合、あなたは牛を火山に投げ込むことも、見知らぬ人に贈ることもできます。どちらの行為もあなたにとってのコストは同じですが（したがって戒律の要求を満たします）、前者の社会的コストは高くなります。

実際はその逆です。資本をロックすることはあなたにとって無駄ではありません。なぜなら、PoSのステーキングアルゴリズムがあなたに補償を与えるからです。これらの資本は火山に投げ込まれたわけではなく、あなたに利益をもたらし、他のETH保有者の利益を犠牲にしています。資本をロックすることは、見知らぬ人にそれを渡すこととは全く異なります。なぜなら、これらの資金を引き受ける見知らぬ人はいないからです。検証者は「彼らの資本をすべての人に均等に分配している」わけではなく、実際には誰もが検証者の仕事に対して平等に支払っています（新たに採掘されたETHの形で）。さらに、公理2のおかげで、私たちは検証者が受け取る支払いがちょうどこれらの資金のコストに等しいことを知っています。

一方で、資本をロックすることは社会的観点から見ると無駄です。なぜなら、これらの資本は工場を建設したり、研究を資金提供したり、社会に利益をもたらすすべてのことに使うことができなくなるからです。2008年の金融危機を考えてみてください --- 工場が破壊されたわけでもなく、家が崩れたわけでもなく、物質的な資産の損失はありませんでした。結果は単なる資本の損失でしたが --- それでも非常に重い社会的コストです。資本は情報の蓄積の特別な形であり、資源の最適配置に関する情報を凝縮しています。情報の損失は目に見えるものの損失とは異なりますが、同様に損失であり、さらにはより悪いことです。

したがって、公理1と公理2を考慮すると、PoSとPoWの公平な比較は次のようになります：

プルーフ・オブ・ステークは（そして不可能にも）マイナーの支出を排除することはなく、単にPoWシステムの電力に関する支出を資本支出に変えただけです。資本をロックすることの外部性が電力消費の外部性とどう比較されるかは、複雑で微妙な問題です。しかし、悪いことに、PoSシステムの支持者はしばしば電力が（システムの運用に）唯一の支出であるかのように装います：

意図的に誤解を招く比較、イーサリアム財団のブログからの抜粋。

失望です。イーサリアム財団は「平均単一取引あたりのエネルギー消費」は完全に意味のない指標であることをよく理解しており、このデータを使用することは意図的な欺瞞です。重要なのは、PoSシステムがより少ないエネルギーを使用しているかどうかではありません --- 確かに少ないですが、それだけではありません。意味のある議論は、資本を消費する方が良いのか、電力を消費する方が良いのかです。資本コストについて議論せずにPoSを支持する理論は、根本的に間違っています。

効率の比較：ステーキング vs. マイニング

PoW/PoSの議論において、PoS支持者はしばしば有利な立場に立ちます：完全に分散化されたプルーフ・オブ・ステークシステムはまだ存在しません。これはまた、PoS支持者が最終的な解決策がどれほど効率的で優雅であるかを自由に想像できることを意味します。既知のマイニングアルゴリズムは完璧に効率的ではありません（例えば[「自己中心的マイニング」](https://www.investopedia.com/terms/s/selfish-mining.asp#:~:text=Selfish%20mining%20is%20a%20strategy,exert%20power%20over%20a%20blockchain.）の問題が存在します）、また、PoSシステムが完璧に機能するとは限りません。しかし、解決策が最終的に完全に形成される前に、PoS支持者は検証者がこのシステムを欺くために使用する可能性のある具体的な戦略を考慮する必要はありません。

システムを操作する機会が多いほど、安全予算と実際の検証の関係は緩くなります。「本当のプルーフ・オブ・ステークを試みた人はいない」ため、私たちは安全予算がどの程度ロックされた資本に転換されるか、またロックされた資本が安全性を生成する際にどれほど効率的であるかをまず知りません。定義上、PoWは検証と密接に結びついていますが、PoSは、執筆時点ではまだ完全に定義されていません。

観察 1：PoWは安全性と密接に結びついています。しかし、PoSがどの程度できるかは不明です。

外部性：ステーキング vs. マイニング

私たちが安全性の効率の観点から、資本のロックとマイニングの効率が同じであることに同意したと仮定すると、残る問題は「外部性」です。これは、理性的な議論をする人々がその中のトレードオフに対して意見が分かれるところだと思います。

短期的には、PoWシステムは他のプロジェクトとエネルギーを使用するために競争しなければなりませんが、長期的には、安価なエネルギーの開発と生産を促進し、これが徐々に電力コストを下げ、すべての人に利益をもたらします（金融用途でも環境保護でも）。安価な電力は新技術やより多くの生産を生み出します。

プルーフ・オブ・ステークは短期的には他のプロジェクトと資本を使用するために競争しますが、より多くの資本を生み出すことを促進することはできないため、徐々に資本コストを引き上げます。資本コストが高くなると、プロジェクトは減少します ------ 工場も減り、研究も減ります。

あなたがPoWの外部性を好むか、PoSの外部性を好むかは、環境危機を解決するために技術の発展に投資するべきだと考えるか、現在の消費を節約することで解決する方が良いと考えるかに依存するかもしれません。地球を救うためには、より安価な再生可能エネルギーを製造すべきでしょうか、それともすべてのものをより高価にすべきでしょうか？

観察 2：プルーフ・オブ・ワークは未来への投資を促進します。しかし、プルーフ・オブ・ステークは探索を抑制します。

PoSは機能すらしない

前述のように、十分に分散化されたプルーフ・オブ・ステークシステムが実現できるかどうかはまだわかりません。現在、PoSシステムを標榜する暗号通貨は、基本的に何らかの中央集権的な調整者や「チェックポイント」に依存しています。イーサリアムは2015年に開始されて以来、完全に分散化されたPoSシステムへの移行に取り組んできましたが、現在までにPhase 0をリリースしただけで、検証者のステーキングをサポートするだけです…… 一度お金をロックすると、出てくることも使うこともできません。

PoSシステムが十分に安全であるかどうかについては多くの議論があります（「長距離攻撃」、「何もないことが利害関係」、「作業量は時間を超えて/権益は逆」を参照）。これらは研究上の未解決の問題であり、実現プロセスのタスクリストではありません。良い解決策を見つけるのにどれくらいの時間がかかるか、さらには良い解決策が存在するかどうかも疑問です。この2017年の投稿を見てください：

PoSは「動作する」かもしれませんが、その動作の仕方は病的です。PoWは安価な電力を得られる人々を優遇し、資本で彼らを報酬します。完全に平等ではありませんが、正のフィードバックループには陥りません。PoSは安価なコストで資本を得られる人々を優遇し、彼らに資本を報酬として与えます。これがサイクルを生み出します。富裕層はますます富裕になり、ますます富裕になるほど、さらに富裕になることが簡単になります。

もしプルーフ・オブ・ステークが「起動できる」としても、最終的な結果がすべての権力が少数の超富裕な機関に集中し、彼らがこのシステムを永遠に支配できるのであれば、それは暗号通貨が解決したい問題を解決できません。それなら、私たちは中央銀行と「カンディロン効果から利益を得る内部者」で構成された現在のシステムを使い続ける方が良いでしょう。私たちは暗号通貨がこのシステムを打破することを望んでおり、新しい瓶に古い酒を詰めることを望んでいません。

観察 3：プルーフ・オブ・ワークはすでに存在し、自己の成長を証明しています。しかし、プルーフ・オブ・ステークは未解決の問題です。

結論

• 公理 1：環境に最も優しい暗号通貨は、安全性を購入する際に効率が最も高いものであるべきです。
• 公理 2：もしある暗号通貨がX元の安全性を購入した場合、その検証者（報酬を得るために）は合計X元の支出を持つことになります。
• 公理 3：あるシステムのカーボンフットプリントを考慮するには、検証者の支出のすべての側面を考慮する必要があります。
• 公理 4：支出がブロックチェーンの実際の行動と関連しているほど、安全性の購入効率は高くなります。
• 結論 1：環境に最も優しい暗号通貨は、安全予算を検証作業に最も密接に関連する事項に費やす通貨です。
• 観察 1：PoWは安全性と密接に結びついています。しかし、PoSがどの程度できるかは不明です。
• 観察 2：プルーフ・オブ・ワークは未来への投資を促進します。しかし、プルーフ・オブ・ステークは探索を抑制します。
• 観察 3：プルーフ・オブ・ワークはすでに存在し、自己の成長を証明しています。しかし、プルーフ・オブ・ステークは未解決の問題です。

残念ながら、詳細に調査した結果、私たちはPoSの大部分の「利点」が見た目だけのものであり、さらに多くの重大な公然の課題があることを知りました。少なくとも現時点では、それはユートピア的な幻想であり、現実的な選択肢ではありません。そして、PoWには欠点があるものの、信頼のない中央集権的権威を必要としないネットワークを構築するための最良の方法（実際には唯一の方法）であることには変わりありません。

脚注

専用型集積回路：カスタマイズされたコンピュータですが、特定のアルゴリズムのマイニングのために開発されたASICは非常に高いマイニング効率を持っています。

人間性を現実的に考えると、世界的に消費を減らす唯一の方法は技術を向上させるか、人口を減らすことです。「消費を直接減らす」ことを主張する哲学は、非常に幼稚であるか、非常に恐ろしいものです。