ビットコインマイニングPOWはコストがかかり無駄が多いが、公平である

ビットコインマイニングのプルーフ・オブ・ワーク（POW）は公平ですか？ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジのコンピュータサイエンス学部ビットコイン技術センターのトマソ・アステ氏は、現在のビットコインマイニングPOWはコストがかかり無駄が多いが、それでもまだ公平であると考えている。 Aste は最近、「Fair Bitcoin POW」と題した記事で、ビットコインの POW を決定するいくつかの要因を特定しました。 ”

アステ氏は、ビットコインの時価総額は100億ドルを超え、深刻な攻撃の脅威にもかかわらず毎日何万件もの取引を処理できることから、第三者の仲介者や信頼できる機関を介さずに、信頼関係のないピア間でもインターネット上で価値を交換できることを証明したと指摘した。

計算集約的なプロセス

認証と暗号化の原則は、ビットコイン ネットワークに関連する計算集約型のプロセスにとって非常に重要です。ビットコイン ネットワーク内の多数のノードが検証プロセスに参加します。

このプロセスは、投票者のエラーの重複を回避し、投票者が計算能力を発揮することを促進するメカニズムを提供します。制限された多数決方式を保証するために、システムでは、と呼ばれる計算集約型の暗号化シーリング プロセスを使用します。このプロセスには、Proof of Work (POW) と呼ばれるチャレンジが含まれており、最初にそれを解決したノードはビットコインで報酬を受け取ります。このプロセスは「マイニング」と呼ばれ、新しいビットコインの作成を可能にします。

世界中のマイナーは 1 秒あたり数十億のハッシュ (10^18 または 1 エクサハッシュ) を生成します。既存のハードウェアを使用して 10 億のハッシュを計算すると、0.1 ～ 1 ジュールのエネルギーが消費されます。したがって、世界では効果的な作業証明を作成するために、1 秒あたり約 1 ギガワット (GW/秒) が使用されています。

電気料金は世界中で異なりますが、このプロセスで消費されるエネルギーは 1 時間あたり約 50,000 ドルに相当します。

マイナー報酬: 12.5 BTC

システムは 1 時間あたり 10,000 件未満のトランザクションを処理できるため、各トランザクションのコストは 5 ドルを超えます。ユーザーはこの費用を支払う必要はありません。マイナーはコストを支払い、新しく作成されたビットコインの形で報酬を受け取ります。

半減期前は、ブロック報酬は25 BTCで、約15,000ドルに相当しました。

コミュニティマイニングでは、10分ごとに1ブロックがマイニングされ、エネルギーコストは50,000ドル/6、つまり約8,333ドル、報酬は約15,000ドルと推定されています。これにより、インフラストラクチャとハードウェアのコストを考慮しても、マイニング事業は収益性が高まります。

電気代は年間4億ドル以上かかります。これは大きな無駄だと言えます。

アステ氏は、ビットコインの報酬が12.5BTCに半減したため、残された利益幅は比較的小さいと指摘した。

POWの利点

POW により、ブロックチェーンは「純粋」なままとなり、コミュニティ全体がトランザクションの有効性を検証するために競争するようになり、システムへの攻撃にかかるコストが高くなります。

コストは正当化されるか? Aste 氏は、このコストにより二重支払い攻撃を実行するにはコストがかかりすぎると主張しています。

二重支払い攻撃は、誰かが 1 ビットコインを別のユーザーに支払って、より多くのビットコインを取得しようとするときに発生します。攻撃者は可能な限り多くのビットコインを二重に使用しようとします。ブロック内のトランザクションの合計金額は制限されており、現在は約 100 万ドルです。

トランザクションの量がブロックの合計トランザクション値よりも高い場合、ネットワークの注目を集めます。これにより、重複支払いは 100 万ドルまでに制限されます。コピーは連続的または並列的に複数回繰り返すことができますが、現在の計算結果には影響しません。

攻撃を避ける

攻撃者は 100 万ドルの一部を取得しようとする可能性があります。これを行うには、攻撃者は 2 つの重複したトランザクションが検証されていることを確認する必要があります。これには、前のブロックに 2 つのブロックが追加されたフォークが必要です。

攻撃者が十分な計算能力を持っている場合、2 つの有効なハッシュを生成して 2 つのブロックを暗号化し、両方のトランザクションが検証されたように見せることができます。最終的に、トランザクションは決済されますが、トランザクションが元に戻らないようにするために、6 つの新しいブロックがブロックチェーンに追加されるまで待つ必要があります。

攻撃者は、トランザクションを二重に使用して安定しているとみなす前に、6 つの有効なハッシュを生成する必要があります。攻撃者はフォークの 1 つを手動で検証するだけで済みます。システムは他のフォークを有効と見なし、他のマイナーがそれを伝播できるようにします。攻撃者がそれを拡散させることもできます。

攻撃を阻止する方法

このフォークの人工伝播コストは POW の 6 倍です。コストが利益よりも低ければ、攻撃者が利益を得ることになります。損益分岐点は次の式で表されます: POW の公正なバランスコストは、ブロック値の繰り返し部分を決済に使用されるブロック数で割った値に等しくなります。

現在の価格では、攻撃者は従来のブロック価格に 60% を追加し、60 万ドルを二重に支払うことになります。

均衡状態では、6 つの収益ブロックを決済する必要があります。以下は、各ブロックのプルーフ・オブ・ワークのコストの公平性を推定したものです。

バランスのとれた公平性のブロックあたりの POW コストは 100,000 ドルに相当します。

攻撃以来、この計算方法はコストがかかりすぎると過大評価されており、気付かれないようにするにはブロック値のごく一部で実行する必要がある。長いフォークが 1 時間以上伝播することは不可能であり、誰も異常に気付かずにすべてのブロックが同じマイナーによって検証されます。したがって、10% のコストが攻撃に対する抑止力となると想定するのが妥当です。

プルーフ・オブ・ワークは無駄ではあるが、必要である。

Aste 氏は、既存の POW コストはビットコインにとって大きな無駄であるが、必要であると考えています。決済に必要なブロック数を増やしたり、フォークを早期に検出したりすることでコストを削減できます。同時に、攻撃者はマイニングファームを攻撃したり、電力を盗んだりすることでコストを削減することもできます。

アステ氏は、他の作業メカニズムでもブロックチェーンを作成でき、そのような計算集約型の POW は必要ない、と指摘しました。

POW は、信頼できない機関の匿名システムに対して資格のある有権者を生成します。投票者の身元を確認したり、投票者の制御不能な重複を避けたりするこの原則により、POW の必要性を排除または軽減できます。ただし、この理論的根拠では、オープン性、均等に分散された検証、匿名性などの他の特性も緩和される必要があります。