プルーフ・オブ・ワーク (Proof-of-Work)とは

この言葉を何度も耳にしているにも関わらず、まだその意味がわからないという方もご安心ください。 プルーフ・オブ・ワークとは一体何なのでしょうか？ わかりやすく解説しましょう。

プルーフ・オブ・ワーク(PoW)は、ブロックチェーンネットワークのコンセンサスアルゴリズムで、Bitcoinの根幹をなすコンセンサスモデルです。 Bitcoinは、PoWを利用した先駆的な暗号資産です。

PoWは、電気エネルギーをデジタルブロックチェーンの「重み」によって、BitcoinのようなPoWブロックチェーンに偽造できないコストを与え、その過程でビザンチン耐障害性(BFT)分散ネットワークを生成するインセンティブ構造を駆動します。

Bitcoinのナカモトコンセンサス

PoWの仕組みは、ビットコインのナカモトコンセンサスという、成功しかつ持続可能なPoW実装の例を通して理解するのが一番です。

PoWは、ネットワークにブロードキャストされる次のブロックを生成する、特定のしきい値(ナンス)以下の値を解くための数学的パズルを使用しています。 次のブロックを生成するブロックリーダーは、そのプロセスに貢献した計算(ハッシュ)能力に直接対応するくじ引きのような形式で選択されます。 サトシ・ナカモトは、Bitcoinのホワイトペーパーでこのように説明しています。

「プルーフ・オブ・ワークは、多数決における代表性の判断という問題も解決しています。1つのIPアドレスに1票を与えれば、多くのIPを持つ人の意見が最も強くなります。プルーフ・オブ・ワークは、基本的に1つのCPUに対し1票です。多数決は最も長いチェーンで表され、そのチェーンには最大のプルーフ・オブ・ワークが活用されています。CPUパワーの過半数が誠実なノードによって制御されていれば、チェーンは最も速く成長し、競合するチェーンを凌駕することができます。」

サトシ・ナカモトのホワイトペーパー

最も長いチェーンは最も多くの作業、すなわち最も多くの電力(すなわちハッシュ)が寄与しており、識別が容易です。

PoWのコンセンサスモデルには、マイナーとフルノードオペレーターという2つの主要な参加者がいます。

マイナー

マイナー(採掘者)とは、次のブロックを生成してネットワークに流すために解答を競う参加者の市場のことで、10分ごとに生成されます。 10分間のラウンドごとに勝利したマイナーには、ブロック報酬(現在12.5BTC)とブロック内のトランザクション手数料の両方が支払われます。 これは、マイナーがブロックの伝播において誠実であり続けるためのインセンティブシステムを推進するもので、次の主な2つの理由があります。

まず、マイナーは、Bitcoinのマイニングアルゴリズムを電気エネルギーを消費して継続的に計算し、ブルートフォースで解決するための高価なハードウェア機器にコストをつぎ込んでいます。

マイナーが悪意を持ってマイニングプロセスを破壊しようとし、その過程でBitcoinの信頼性が損なわれた場合、ブロック報酬から得られるBTCによるROIの価値が以前より低くなるため、ハードウェアへの投資がより高額になります。これが2番目の理由につながります。

マイナーは、ブロック報酬を現金ではなく直接BTCで受け取ることができます。 その結果、現実世界の資源(電力)を、BTCの生産に変換することになり、偽装不可能なBitcoinのセキュリティモデル全体の基盤となるのです。 さらにマイナーは、フィアット通貨だけでなく、実際の資源をBTCの生産に変換することを望んでいるため、ブロックチェーンに現実世界の価値の一形態が付与されます。

Bitcoinの発行と通貨政策は、その後マイニングプロセスに縛られ、ネットワークのハッシュパワーが現在のような割合に成長すると、変更はほぼ不可能となります。 Bitcoinは、マイナーが利益を獲得した後、支払い用に保有する一部を売却する必要があるため、マイナーからBitcoinがスポット価格で市場にうまく配布されます。

フルノードオペレーター

PoWの2つ目の主体は、フルノードを運営するオペレーターや一般ユーザーです。 フルノードは、Bitcoinのソフトウェアを実行するソフトウェアクライアントで、ネットワーク内のトランザクションとブロックを自動的に検証し、伝播させます。

暗号化された証明とBitcoinのコンセンサスルールを用いるフルノードのオペレーターは、ネットワークの鼓動であり、同時にネットワークの状態の究極のバリデーターです。 フルノードクライアントは、マイニングクライアントにもなり、クライアントはネットワーク上の無効なブロックやトランザクションを拒否することができます。

PoWは、オンチェーントランザクション実行に必要なエネルギーと低性能な能力が批判されていますが、いくつかの注意事項があります。 例えば、Bitcoinのマイニングの大部分は再生可能エネルギーで生産されており、エネルギー消費のコストとBitcoin全体の価値や富の生成とのバランスをとるのは複雑な作業です。 そもそも、PoWが計算機とゲーム理論のデザインにおける重要な革新であることは間違いありません。

BitcoinのPoWモデルは、ゲーム理論のインセンティブ、分散コンピューティング、社会的合意、市場経済学、暗号証明などが合体したセキュリティ対策であるといえるでしょう。 ブロックチェーンは、安全で持続可能な分散型コンセンサスで機能するための技術革新であり、それはBitcoinの10年以上にわたる存続が深く証明しています。

知識は力となります。今後も学び続けましょう。 暗号資産やブロックチェーンの理解を深めるために、School of Blockの動画をご覧ください。 Ethereumレイヤー2。