プルーフオブワーク(Proof of Work：poW)は、分散型ビットコインブロックチェーンネットワークを保護するコンセンサスアルゴリズムである。
今回の記事ではプルーフオブワーク(Proof of Work：poW)とは何か？に関して詳しく説明する。
コンセンサスメカニズムとは？
複雑な方程式を解きBTC報酬を獲得
代表的なプルーフオブワークであるビットコインのマイナーは、エネルギーを大量に消費するプロセスで複雑な数学方程式を解こうとし、すべて新しいブロックを生成してBTC報酬を獲得している。
プルーフオブワークメカニズムでは、Bitcoinマイナーがコンピュータを使用して複雑な数式を解くために競争する必要がある。これは非常にエネルギー集約的なプロセスである。難しいプロセスであるが、結果として得られるビットコインの報酬は信じられないほど価値がある。
分散化ネットワークにより二重支出を防ぐ
ビットコインの最大の特徴は分散化である。中央当局の関与なしに安全に運用される。ユーザーの分散ネットワークは、トランザクションを記録するデジタル台帳であるブロックチェーンを独自のコンピューティングハードウェア上で保存および更新する。
ビットコインやその他の多くの暗号通貨を動かすブロックチェーン技術は、基本的にデータベースであるが、典型的な中央集権型台帳とは大きく異なる。分散型ネットワークを保護する機能として、プルーフ・オブ・ワーク・コンセンサスアルゴリズムが大きな役割を果たしている。
公開鍵暗号化と組み合わせることで、プルーフオブワークコンセンサスアルゴリズムが分散型台帳を保護し、ネットワークを「二重支出」攻撃から保護しながら、新しいトランザクションブロックをチェーンに追加し、BTC報酬を生成する仕組みとなっている。
管理者が監督する従来のデータベースとは異なり、パブリックブロックチェーンはピアツーピアの分散型ネットワークであり、あらゆる参加者が貢献できる可能性がある。何千ものノードオペレーターが存在する可能性があることを考えると、このようなネットワークが機能するにはコンセンサスが不可欠である。適切に機能するためには、ネットワークの状態について全員が同意する必要がある。
コンセンサスメカニズムとは、ネットワークがどの参加者が提出したブロックがチェーンに追加されるかを確実かつ自動的に決定するプロセスであり、その過程で新しい暗号通貨を発行して報酬を与える。
マイニングにより大量の電力を消費
プルーフ・オブ・ワークはビットコインの継続的な運用に不可欠であるが、電力エネルギー消費は異常に大きく、他のいくつかの暗号通貨は代わりにPoS（プルーフ・オブ・ステーク・モデル）を採用している。
プルーフ・オブ・ワークは、ビットコインの作成者であるサトシ・ナカモトによってビットコイン用に設計されたコンセンサスメカニズムである。それ以来、同様のモデルがEthereum(現在はPoS)、Litecoin、Dogecoin、およびその他の暗号通貨で採用されている。プルーフオブワークモデルでは、マイナーはコンピューター上でハッシングソフトウェアを実行し、ハードウェアの能力を利用して複雑な数式を解く。
プルーフオブワークは、マイナーと呼ばれるネットワーク参加者が有効な英数字コード(ハッシュと呼ばれる)を計算して、ビットコイントランザクションを検証し、次のブロックをブロックチェーンに追加することを確認するために使用されるコンセンサスメカニズムである。
プルーフ・オブ・ワークはどのように機能するか?
難しい計算により不正を防ぐ
ネットワークの他の参加者に、必要な量の計算能力が、有効なハッシュを計算したとされるマイナーによって使用されたことを確認させることによって行われる。トランザクションを検証するマイナーが増えるほど、そしてハッシュを生成できるマイナーが増えるほど、ネットワークのハッシュレートは高くなる。
ビットコインのマイニングは、本質的に、マイナー全員が非常に複雑な暗号パズルを最初に解いて、ブロックチェーンに次のブロックを追加し、新しいビットコインの形で支払いを受け取ることを可能にする競争である。
ハッシュを計算するプロセスは、意図的に非常に計算が難しくなっている。参加者にコンピューティングリソースに多額の投資を強いることで、プルーフオブワークメカニズムは、ブロックチェーンの不正を防ぐこととなる。また、単一のビットコインが同時に複数回使用される可能性(二重支出と呼ばれる)が減少し、暗号通貨に対する信頼が失われる。
マイナーは、ネットワーク内の他のシステムがプルーフオブワークプロトコルを通じて、ソリューションが正しく有効であることを確認した後にのみ報酬を受け取る。これには大量の数値処理が必要であり、マイナーが使用する機器は、正しいハッシュを見つけるまでに多くの試行錯誤を繰り返さなければならない。
これは、ほとんどの候補ブロックに正しいハッシュが含まれていないため、ビットコイントランザクションの検証に多くの作業が必要になるためである。実際、新しいブロックが定期的に生成されるようにするために、このプロセスの難易度は増減する可能性がある。
新しいビットコインが授与
ビットコインのユーザーはトランザクションをブロックチェーンにブロードキャストし、マイナーはそれらをブロックにまとめて、ハッシングと呼ばれるプロセスを介して方程式を最初に解くためにプルーフオブワークで競う。ブロックが承認されたマイナーまたはマイニングプールは、報酬としてビットコインを獲得する。このプロセスは約10分ごとに繰り返され、新しいブロックが書き込まれ、新しいビットコインが効果的に作成されて授与される。
高精度なマイニングマシンにより 実行
マイナーは、潜在的な報酬と引き換えに貴重なコンピューティングリソースを費やすために仕事をしているのである。ネットワークへの潜在的な攻撃を防ぐのは意図的に困難なプロセスであるが、それはより強力なコンピューターが有利であることを意味する。ビットコインネットワークの初期の頃には、彼らはコンピューターのCPUを使用してビットコインをマイニングしていたが、その後ハイエンドのグラフィックスカードに移行し、最終的に専用のASICマイニングハードウェアに移行した。
プルーフオブワークは、ビットコインネットワークの重要なコンポーネントである。このようなエネルギーを大量に消費するプロセスがなければ、悪意のある人物がネットワークを攻撃してビットコインを「二重に使う」ことは簡単である。これは51%攻撃と呼ばれ、マイニンググループがネットワークの総ハッシュレート(計算能力)の大部分を支配し、ブロックを操作してシステムを利用できるようにする。
