初心者でも絶対にわかる“Proof of Work(PoW)の仕組みとメリット・デメリット” 仮想通貨とブロックチェーンの基礎知識

 

sa-2
こんにちは。

sa-2(@sa2fdi)と申します。

 

自己紹介はこちらから。

 

中央管理者のいないブロックチェーン、「パブリックチェーン」の合意形成について解説します。

ブロックチェーンの各ノードが、どのような形で承認作業に参加して、どのように報酬を得るか。

この合意形成の仕組みをコンセンサスアルゴリズムと呼びます。

 

ノード、合意形成などがピンとこない方は、こちらの記事を先にご覧ください。

 

コンセンサスアルゴリズムを2つに大別すると、PoW(Proof of work)と PoS(Proof of stake)というものになります。

現在のパブリックチェーンの合意形成は、ほとんどがこの2つか、もしくは似た発想の派生形によってなされています。

まずはブロックチェーンの取引承認の流れを確認し、続いてPowについて学びましょう。

 

 

“ブロック”と“チェーン”について

 

ブロックチェーンは、取引情報をまとめたパッケージである「ブロック」と、それらをつなぐ「チェーン」によって構成されています。

ブロックが作成されるときは、以下の3要素がセットでパッケージングされることになります。

 

・前のブロックのデータを入力値としたハッシュ値

ハッシュ値に関してはこちらの記事(初心者でもわかる秘密鍵・公開鍵とハッシュ関数)をご参考ください。

ブロックの複雑なデータが、ハッシュ関数によって一定の桁数の英数字に置き換わります。

 

 

 

・取引情報

ブロックチェーン上にある未承認の取引情報のたまり場、トランサクションプールからデータを取り出します。

 

 

 

・無意味な数値「ナンス」

料理でいえば調味料のような存在でしょうか。

ブロック全体のデータから得られるハッシュ値の調整をします。

調整については、後述します。

 

 

 

ブロックは、前ブロックのハッシュ値を元にして作成されます。

つまり、ブロックのハッシュ値が「チェーン」となり、次のブロックにつながるのです。

これを繰り返して取引情報を記録していくシステムが、ブロックチェーンなのです。

 

 

参照:http://digital-innovation-lab.jp/block-chain-technology/

 

PoW=「修行中の料理人」

 

Powの仕組みは、パブリックチェーンの合意形成における基本的な形と言えます。

各ノードが行うことは、コンピューターを用いた壮大な宝探しです。

先ほど、ブロックが生成される際に「ナンス」という無意味な値が必要だと述べました。

ブロックを生成させることができるナンスには一定の条件があります。

この条件を満たすナンスを発見することが各ノードの目的になります。

そして最初に発見できたノードに、報酬として仮想通貨が支払われるという仕組みになります。

このようにして生成されたブロックに対して、他のノード達がそのブロックが正しいかをチェックします。

ここまでの作業が完了すると、そのブロックがブロックチェーンに刻まれ、合意形成できたことになるのです。

これがPowによる承認作業です。

 

さて、ブロックを生成することができるナンスの条件は、次のようになります。

『ブロックのハッシュ値の先頭に、一定の数「0」が並ぶようなナンス』 です。

ハッシュ値はランダムに一定の桁まで英数字が並ぶものだと考えてください。

たまたま先頭に「0」が20個程度並ぶハッシュ値となるようなナンスを見つけるために、各ノードはしらみつぶしにコンピューターに計算させているのです。

先ほども述べた通り、ナンスは料理でいうところの調味料のような存在です。

調味料が変われば当然味は変わります。

しかし、調味料の変化が味に与える影響を事前に予想することができないため、総当たりで試作品を作り続けるしかないというシステムなのです。

この膨大な作業量(計算量)によって、PoWは取引の確からしさを保っています。

 

 

PoWのメリット・デメリット

 

PoWは純粋な通貨としての公平性に優れたシステムである一方、様々な難点も抱えています。

 

メリット

・誰でも公平に参入できる

コストとしてマイニングマシンと電気代がかかりますが、逆に言えばそれ以外に必要となるものはありません。

新規だとしても、完全な自由競争の中で公平に参入することができます。

仮想通貨を中心とした新たな経済圏を考えるとき、この点は非常に重要になります。

新規参入にフレンドリーでない限り、その通貨は非常に限定的な範囲でしかやり取りをされなくなっていくことでしょう。

 

 

デメリット

・大量のコンピュータリソースと電気代が必要

承認作業に大量の経済資源を投入しなければなりません。

これは資源の無駄だと多方面から批判を浴びています。

2018年現在、ビットコインの承認作業のために使用されている電力が、デンマーク一国で使用されている電力量に匹敵するそうです。

この途方もない資源を使用しない承認方法、PoSなどが選択肢としてある以上、この点は大きなデメリットとして挙げられるでしょう。

 

・取引の処理能力に限界がある

大量の資源を必要とするため、処理能力にも限度があります。

例えばビットコインは、現在1秒間に7件の処理をするのが限界と言われています。

ビットコインを使用する人が増えれば増えるほど、未処理のトランザクションは増えていく一方であり、ペイメントシステムとしての流動性を失っていくこととなります。

流動性の低さは送金手数料(マイニング報酬)の高騰を意味し、通貨としての利便性を損なうこととなるのです。

 

 

 

総合的には、公平な承認手段として、純粋な仮想通貨経済圏をつくるために非常によくできたシステムであると言えます。

しかしながら、処理のパワー不足を技術的に解決できない限り、PoW通貨は通貨ではなく投機対象としてしか世間には認められないのかもしれません。

この処理がつまる問題は、スケーラビリティ問題と呼ばれます。

スケーラビリティ問題を解決するために、仮想通貨の開発陣は様々な努力をしています。

現在の主要通貨であるビットコインやビットコインキャッシュは、「サイドチェーンの活用」「ブロックサイズの拡張」などの技術的アップデートで問題解決を図っています。

これらの達成度合い、見通しなどに注目すると、通貨としての未来が見えてくるでしょう。

 

Proof of Steak(PoS)についてはこちらから。

Proof of Steakは新規参入を排除するのか?

 

 

24歳の筆者が今、一番伝えたいこと。

仮想通貨を自分の中でどう整理つけるか、答えを出せていない人は是非読んでください。

資産運用と経済の観点から、仮想通貨について考えています。

 

 

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関連:「アフタービットコイン」著者の中島氏がブロックチェーン講演で語ったこと 

 

 

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