NPoSとは？ポルカドットのコンセンサスアルゴリズムをわかりやすく解説！ステーキングするなら必要な知識！

 

ポルカドットでは、コンセンサスアルゴリズムの一つに「NPoS（Nominated Proof-of-Stake：ノミネーテッド・プルーフ・オブ・ステーク）」が採用されています。イーサリアム2.0で採用される予定の「PoS（プルーフ・オブ・ステーク）」の進化系とも言えるコンセンサスアルゴリズムについて、初心者の方にもわかりやすく解説をします。

 

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NPoS（ノミネーテッド・プルーフ・オブ・ステーク）とは

NPoS（Nominated Proof-of-Stake：ノミネーテッド・プルーフ・オブ・ステーク）とは、仮想通貨などのパブリックブロックチェーンで採用されるコンセンサスアルゴリズムの一つです。PoS（プルーフ・オブ・ステーク）にノミネーター（Nominator）と呼ばれる参加者が追加されるシステムです。ポルカドット（Polkadot）にて採用されています。

NPoSでは、PoS（プルーフ・オブ・ステーク）の処理を承認する参加者の権限を分散するために、推薦者（ノミネーター）がネットワークに参加することでその仮想通貨やパブリックブロックチェーンのセキュリティを向上します。ノミネーターはその仮想通貨を保有していれば誰でもなることができるため、プルーフ・オブ・ステークよりも開かれた（分散された）ネットワークになります。

ここまでだと、少し初心者の方には難しいため、PoSについて紹介しながらNPoSをわかりやすく解説していきます。

 

そもそもPoS（プルーフ・オブ・ステーク）とは

そもそも「プルーフ・オブ・ステーク」とは、仮想通貨を保有（預け入れ）している人から選ばれた参加者が、ブロックチェーンの処理についての合意を取るコンセンサスアルゴリズムです。

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ビットコインやイーサリアムなどの公開されたブロックチェーンを利用した仮想通貨では、特定の運営者が存在しないため、不特定の参加者による不正の検閲や取引の承認が行われます。参加者には誰でもなることができますが、その参加者が不正を働いてしまってはシステムが成り立たないため、参加者の不正を防止するルールが必要になります。

このルールは「コンセンサスアルゴリズム（合意形成アルゴリズム）」と呼ばれます。ブロックの中に記載された記録について、どのように合意を取るか（正しいとするのか）を決めるルールです。

プルーフ・オブ・ステークは、仮想通貨を多くそのネットワークに預け入れている参加者の中から、処理を承認する人を選出する、というコンセンサスアルゴリズムです。この「仮想通貨を預け入れる行為」を「ステーク（ステーキング）」と言います。

 

 

プルーフ・オブ・ステークは、いくつかの仮想通貨で採用されているコンセンサスアルゴリズムで、その中身は「仮想通貨を多くそのネットワークに預け入れている（ステークしている）参加者の中から、処理を承認する人を選出する」という点以外は、細かい違いがあります。

例えば、預け入れる仮想通貨の最低数量が決まっていたり、預け入れてから引き出すことができない期間が定められていたりします。

プルーフ・オブ・ステークのルールの中で選出された参加者は、正しく処理承認を行うことで、その仮想通貨を報酬として受け取ることができます。このようになっていることで、預け入れた仮想通貨と、受け取った仮想通貨の価値が失われてしまわないよう、参加者が正しく承認を行うインセンティブを生み出し、不正のない取引や処理を行う仕組みになっているのです。

 

NPoSのノミネーター

NPoS（ノミネーテッド・プルーフ・オブ・ステーク）では、上記のプルーフ・オブ・ステークにノミネーターと呼ばれる参加者がプラスされます。

ノミネーターはプルーフ・オブ・ステークで処理承認を行う人を選出する役割を担います。多くのプルーフ・オブ・ステークでは、預け入れをしている参加者の中からランダムに処理承認者を選んだり、預け入れている量が多い参加者から処理承認者が選ばれたりしますが、NPoSではノミネーターの票を多く集めた参加者（ポルカドットでは「バリデーター」と呼ばれます）が処理承認者として選出されます。投票はポルカドットの仮想通貨「DOT」によって行われ、ノミネーターは指名するバリデーターへステークすることで意思を表明します。

もし、ノミネーターによって選出されたバリデーターが不正を働くなどした場合、ノミネーターのステークしたDOTが没収されてしまうルールになっているため、ノミネーターは信頼できるバリデーターを選ぶインセンティブが働きます。

このようにすることで、従来のプルーフ・オブ・ステークよりも参加者が不正を行いづらく、さらに権限が分散されることで富が集中しないような仕組みになっています。

 

バリデーターとノミネーター

ここで、バリデーターとノミネーターについて少し解説していきます。NPoSの中で重要な参加者である「バリデーター」と「ノミネーター」は以下のような役割を担っています。

バリーデーターは、ポルカドット（DOT）をステークしたり、「ノード」と呼ばれるネットワークの拠点となるポイントを立てる必要があります。ノードになるためには、ポルカドット内のデータなどを同期し続けなければならなりません。また、バリデーターになると常にオンラインでノードを接続していなければ、罰則がある（ステークしているDOTを没収される。この罰則を「Slash（スラッシュ）」と言います。）ことなどから、バリデーターになるには少しハードルがあります。

バリデーターはその代わりとして、正しい行動を取れば報酬（DOT）を受け取ることができます。このような経済的インセンティブがあるため、ポルカドットで不正をせず正しい処理を行い続けます。

ノミネーターはDOTを保有しているだけでなることができるため、最も数が多くなると予想されます。一般的に「ポルカドットをステーキングする」と言うと、ノミネーターになる、ということを指している場合が多いです。ノミネーターはバリデーターの選出を行うことで、ポルカドットネットワークのセキュリティ向上に貢献します。

ノミネーターは選出したバリデーターが不正を行ったり、罰則を受けたりするとノミネーターがステークしていたDOTも没収されてしまうため、不正を行わない信頼できるバリーデーターを選ぶインセンティブが働きます。また、受け取れる報酬はそのバリデーター1人を選出しているノミネーターの人数（厳密にはノミネーターのステーク額）で分配されるため、広く分散してバリデーターを選出するようになり（色々なバリデーターを選出するようになり）、一部バリデーターへの権力集中は回避することができます。

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バリデーターが受け取る報酬

NPoSでは、バリデーターはノミネーターに選出されることで処理承認作業を行うことができ、報酬を受け取ることができます。ポルカドットでは、ノミネーターからステークされている量が多い順に処理承認者として選ばれるため、とにかく多くのDOTをステークしてもらえるよう、ノミネーターの信頼を勝ち取る行動を取ります。

バリデーターは自分で自分にステークできるため、そのステークが多ければ「不正をしない」という意思の表れとも取ることができます。（ステークしているDOTは不正を行うと没収されてしまうため）バリデーターのセルフステークの数量は、polkadot{.js}などのポルカドットのウォレットでステーキングする際に誰でも確認することができます。

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また、通常のプルーフ・オブ・ステークではステークの量に応じて報酬の量が分配されたりしますが、バリデーターはステークの量に応じて複数人選出されるだけで、受け取る報酬は選出された複数人のバリデーター間では同じになり、平等です。

例えばバリデーターAが10DOTステーク、バリデーターBが5DOTステーク、バリデーターCが3ステークしている時に上位2名が選出されるとします。この時、バリデーターAとBが選出され、Cは脱落します。バリデーターAの方がステーク量はバリデーターBより報酬額は多いですが、ステーク量によって報酬の額が変わることはなく、選出された2名のバリデーターABは同額の報酬を受け取ります。

そのため、ノミネーターはすでにステーク量が非常に多いバリデーターを選ぶ意味はありません。選出されそうで、なおかつ信頼の置けるバリデーターであればどのバリデーターにステークしても同じ報酬になるため、一部のバリデーターにステークが集中するのではなく、広くステーク量が分散されることになります。

 

ノミネーターが受け取る報酬

ノミネーターはステークしているバリデーターが選出され、正しい処理を行い、報酬を受け取ることで報酬をもらうことができます。多くのバリデーターはノミネーターに対し手数料を設定しているため、報酬→バリデーター→手数料が引かれた報酬額→ノミネーター、というイメージで報酬を受け取ります。

通常、バリデーターには複数のノミネーターがステークしています。その場合、ノミネーターが受け取れる報酬は、そのバリデーターにステークされているDOTの合計数量のうち、自分がステークしている数量の割合になります。

例えば100DOTがそのバリデーターにステークされている合計数量、自分（＝ノミネーター）がステークしている数量が10DOT、バリデーターへ割り当てられた報酬が20DOTだったとします。その場合は、バリデーターにステークされている合計数量に対し自分がステークしている割合は10%（10DOT/100DOT）のため、報酬20DOTのうち10%である2DOTが自分への割り当てとなります。（手数料を考えない場合）

このようなルールになっているため、既にあまりに多いステーク量があるバリデーターへステークしてしまうとノミネーターの報酬が少なくなってしまうことから、ここでも「選出はされるだけステークされているけど、その中でもステーク量が低いバリデーターへステークするのが得」というインセンティブが働き、より多くのバリデーターへノミネーターのステークは分散されることになります。

また、一人のバリデーターに対しステーク量上位256人までのノミネーターしか報酬を受け取れない決まりになっているため、バリデーターを指名するノミネーターの人数も広く分散されます。

 

ノミネーターとバリデーターのリスク

ノミネーターとバリデーターには以下のリスクがあります。

・ステーキングすると一定期間引き出すことができない

・失敗すると仮想通貨を一部や全部失う恐れがある

・ステーキングした仮想通貨システムがハッキングされる可能性がある

これらのリスクがあることを理解した上でステーキングを行う必要があります。

 

ステーキングすると一定期間引き出すことができない

ポルカドットのNPoSでは、ノミネーターもバリデーターも一度ステーキングした後は28日間解除することができないルールになっています。そのためステーキングしてしまうと28日間はDOTを移動させることも、売却することもできなくなります。

 

失敗すると仮想通貨を一部や全部失う恐れがある

バリデーターは常時ノードを動かすこと、そして正しい処理を行うことが義務付けられています。そのため、これらのルールに違反するとステークしたDOTを失うことになります。ノミネーターはもし自分が選出したバリデーターが失敗を犯してしまった場合、ノミネーターも罰則としてDOTを没収されてしまいます。

バリデーターもDOTをステークしていることがほとんどなこと、ノードを動かし続けるためにコストをかけていることがあるため、自ら没収されに罰則を受けに行くことはほぼあり得ません。しかし、何かしらの事故などでバリデーターもノミネーターも仮想通貨を失うリスクを背負っています。

 

ステーキングした仮想通貨ネットワークがハッキングされる可能性がある

ステーキングは仮想通貨のネットワークへ仮想通貨を預け入れます。そのため、その仮想通貨のネットワーク自体に脆弱性があり、ハッキングされてしまう可能性もゼロではありません。もちろん、そのようなことが起こる場合は保有している仮想通貨にも影響が出るため、ステーキングをしていなくても存在しているリスクですが、ステーキングしている通貨だけを盗まれてしまう、などの被害が出ることもあります。

 

ポルカドットのNPoS以外のコンセンサス

以上、ポルカドットのコンセンサスとしてNPoSを解説してきました。しかし、ポルカドットの処理承認はNPoSシステムのみで行われているわけではありません。NPoSによって選ばれたバリデーターたちが「BABE（ベイブ）」や「GRANPA（グランパ）」と呼ばれるコンセンサスルールによって、ポルカドットの最終的な合意（コンセンサス）を決定します。

ポルカドットのような複数のブロックチェーンが絡む、複雑なエコシステムでは一つ一つを分解して少しずつ理解していくと、全体像が見えてくるでしょう。なお、NPoSはステーキングをポルカドットで行う場合においては、少なくとも理解しておくべきコンセンサスルールなので、初心者の一歩目として確実に押さえておくといいでしょう。

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