仮想通貨

ビットコインを支えるプルーフ・オブ・ワーク(PoW)の仕組みとは?

ビットコインを支えるアルゴリズム「PoW」とは?

PoW(プルーフ・オブ・ワーク)とは、ブロックチェーン上で取引の合意得るためのコンセンサス・アルゴリズムであり、代表的な仮想通貨ビットコインで最初に採用されました。

コンセンサス・アルゴリズム(合意形成の方法)とは、中央管理者が不在のブロックチェーン上で不正を無くして健全にネットワークを運営する為に必要なものです。

これによってブロックチェーンで改ざんや二重使用が出来ない仕組みが作られており、それと同時に、マイニングをするマイナーのインセンティブを決定する為のものでもあります。

このアルゴリズムは仮想通貨の中でも最も重要な部分であり、ブロックチェーンの「心臓部分」と言っても過言ではありません。

なお、現在は多種多様なコンセンサスアルゴリズムが存在しており、PoW以外にもPoS(プルーフ・オブ・ステーク)やPoI(プルーフ・オブ・インポータンス)などがあります。

PoWの特徴とマイニングの仕組み

では、そんなPoWについてを以下より解説していきます。

PoWは「仕事の証明」

プルーフ・オブ・ワーク(PoW)は「仕事の証明」と直訳するとができ、より仕事を証明したマイナーが取引を承認することが出来ます。

そしてその「仕事」と呼ばれるものがハッシュ関数を使って複雑な計算を解く行為に値します。

PoWではブロックチェーン上で改ざんを防いで健全な運営をしていく為に、複雑な計算をしてブロックを生成する方法を取っています。

そこで何を計算するのかというと、取引ブロックを生成する為に用いられる「ナンス値」であり、これを複雑なハッシュ関数を使って計算するのです。

ナンス値を早い者勝ちで解く計算合戦

ブロックチェーン上のブロック同士が繋がる為にはこのナンス値が正しい値で算出されなければなりませんが、これの値をマイナー達がこぞって計算します。

補足すると、ナンス値は「number used once」という意味から来ており取引の承認

の為に使われるだけの数字です。

ここで、複数のマイナー達が各自バラバラにブロックを生成することはできない為、誰か一人のブロックの承認者を決めなければなりません。つまり、早い者勝ちでナンス値を求める大計算合戦が行われるのです。

PoWは宝くじと同じ?

PoWでは正しいナンス値が出力されるまで新しい計算を繰り返さなければなりませんので、何度も計算をより早くトライし続ける試行回数が報酬を受け取る為には重要です。

このようなPoWの計算合戦は宝くじに似ていると言えます。

宝くじが当たる確率は宝くじの券を買えば買うほど上がりますが、PoWマイニングにおいてもそれと同じようにたくさん計算を解いていかなければなりません。

このように、正解の数値をより高確率で計算する為にはコンピューターに莫大な投資をして計算をし続ける必要があるのです。

これは計算力を競うというよりもコンピューターの性能を競っていると言った方が正しいかもしれません。

PoWマイニングで報酬を得られる仕組み

以上のように、ナンス値の正しい値を一番早く算出したマイナーが承認する権利を得る仕組みとなっており、承認者には新規発行される通貨とその取引ブロックに紐付けされた手数料の2つの報酬が貰えます。

これがPoWマイニングをする人の「マイニング報酬」となります。

なお、このようなPoWのインセンティブ設計によって個人や組織の利己的な行動がネットワークの健全化に繋がる仕組みにもなるのです。

また、PoWでナンス値を誰よりも早く計算して報酬を得る為に世界中のマイナーがコンピューターに莫大な投資をしてマイニングをしており、現在は様々なマイニング企業が発足されてきました。

中でも強力なのが中国の「Bitmain」というマイニング企業です。

Bitmainは傘下にBTC.comやAntPoolと言った強力なマイニングプールを持っていますが、上の図のようにいずれもビットコインのマイニングシェアに大きく食い込んでいます。

BTC.comとAntPoolを合わせても全体のおよそ40%程のシェアを持っており、ビットコインのマイニングはほぼ中国のマイニング企業が握っていると言えます。

マイニングにおけるPoWのメリットとデメリット

では、PoWのメリットとデメリットを見ていきますが、今回はビットコインのブロックチェーンをベースに考えていきます。

メリット:改ざん不可能なブロックチェーンを作ることが出来る

ビットコインでは一つのブロックサイズが1MBという制限があり、その生成にかかる時間は10分に1度と決まっています。

ブロックの生成を10分に1度にすることによって、マイニングをするマイナーのハッシュパワーがどれだけ強くても10分かけないと解けないような難易度にすることができます。

これをPoWアルゴリズムによって10分かけてマイニングすることによって、ブロックの生成のハードルが上がり不正行為がかなり難しくなり、改ざんが出来ないブロックチェーンネットワークが完成するのです。

デメリット:電力コストとスケーラビリティ問題

ですが、ブロックサイズが1MBで生成時間が10分に1度だと1秒間に処理できるトランザクションの数が少なくなり、トランザクションが詰まってしまうのです。

これによって送金の遅延や手数料が上がってしまうと言った「スケーラビリティ問題」も懸念視されているのです。

また、PoWのマイニングの特徴として「莫大な電力を費やさないといけない」という点もデメリットとなっており、小さい国一つ分の電力を平気で使ってしまったりもしています。

現在PoWアルゴリズムを採用しているイーサリアムでも電力の消費や計算による取引承認の時間的コストを懸念しており、PoSへの移行を検討しています。

これがPoSの場合、ナンス値を一番早く計算した人ではなく、通貨の保有量と保有期間が多い人がブロックの生成権を持てるようになります。

よってPoSでは電力消費の削減やスケーラビリティ問題を解決することが出来るのです。

PoWを採用している仮想通貨一覧

現時点でPoWを採用している代表的な仮想通貨は以下です。

・ビットコイン
・ビットコイン・キャッシュ
・ライトコイン
・イーサリアム(今後はPoSに移行予定)
・イーサリアムクラシック
・ジーキャッシュ
・モネロ
・モナコイン
・ディークレッド

ビットコインの誕生移行、それぞれビットコインには無い特徴を見出すPoWの仮想通貨が誕生しています。

例えばビットコイン・キャッシュはビットコインからハードフォークし、ブロックのサイズを8MBへ引き上げ、ブロックの生成時間もビットコインとは相対的に速くなっています。

なのでPoWの効率が良くなりますが、反面不正に対するリスクは相対的に高まります。

また、日本産の仮想通貨モナコインでは日本にマイニングプールが存在しており、ビットコインで使われる「ASIC」と呼ばれる専用の高価なハードウェアを使用せずにマイニングを可能にしました。

もう一つ言えば、ディークレッド(DCR)という仮想通貨はアルゴリズムにPoWとPoSの2つを採用しているハイブリッド型です。

この仕組みでは計算資源を提供することでPoWに基づくマイニング報酬を受け取れたり、多く通貨を保有することによってPoSに基づくマイニング報酬や権限を持つことができます。

このように、同じ「PoW」と言っても通貨の特徴によって一概に同じとは言えず、それぞれの特徴によって全く異なるものなのです。

PoWが魅せる価値とは?

以上がPoWについての解説でしたが、最近ではPoWとそれ以外のPoSなどの間でその違いについての論争が飛び交うようになりました。

PoWもPoSも現状規模の経済で起こる「キャピタリズム」のような不公平性はいずれも解決は出来ていません。

PoWの場合は高性能な計算マシンを大規模に揃えたマイナーが富を独占することになり、PoSの場合はその通貨をより多く保有する人が富を独占するようになります。

いずれも最後に残る為には「実用性があるかどうか」だと考えており、特に電力コストを対価に発行されるPoWの仮想通貨では価値が目減りしていくとマイニングの採算が合わなくなります。

PoSの場合は多く通貨を保有しているだけで新規発行の通貨がマイナーに割り当てられますが、PoWでは先にマイナーが対価を払っています。

つまり、「これは将来的に価値を見出せない」もしくは「既に価値がない」となればPoWでは新規にブロックが生成されなくなるでしょう。

なので、PoWは電力を消費して新規の仮想通貨を発行するからこそ価値を見出すことが出来るものであり、それが価値となっているのではないでしょうか。