ビットコインマイニングにおけるプルーフ・オブ・ワークのコスト：大きく、無駄が多いが、公平

ビットコインマイニングにおけるプルーフ・オブ・ワーク（POW）のコストは正当化されるのでしょうか？ロンドン大学ロンドン校のコンピューターサイエンス学部に拠点を置くUCLブロックチェーン技術センターのトマソ・アステ氏は、現在のマイニングコストは高すぎて無駄が多いが、それでも公平かつ合理的だと考えている。 Aste は最近、ビットコインのマイニングに関係する要素を詳しく調べ、最近のプルーフ・オブ・ワークのコストに関する疑問に応えて、「ビットコインのプルーフ・オブ・ワークのコストは正当化される」というタイトルの記事を書くことにしました。

アステ氏は、ビットコインは、信頼関係のない2者間で第三者の仲介者や信頼できる機関を介さずに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。ビットコインの時価総額は100億米ドルに達し、毎日何万もの取引が深刻な攻撃の課題に直面しています。

集中的な計算プロセス

認証と暗号化のシーリングメカニズムは、集中的な計算プロセスを伴うため、ビットコイン ネットワーク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くのノードが検証プロセスに関与しています。

このプロセスは、投票者の不当な重複を防ぎ、投票者に計算パフォーマンスの検証を強制するメカニズムを提供します。有効な投票のセキュリティを確保するために、システムでは計算負荷の高い暗号化シール処理が使用されます。このプロセスには、「作業証明」と呼ばれるメカニズムが関与します。このチャレンジを最初に完了したノードにはビットコインが報酬として与えられます。この仕組みは「マイニング」と呼ばれ、新しいビットコインを作成することができます。

世界中のマイナーは毎秒数十億のハッシュを生成することができます。既存の機器を使用して 10 億のハッシュ値を計算すると、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、効果的なプルーフ・オブ・ワークのメカニズムを作成するために、世界中で毎秒約 10 億ワットの電力が使用されています。

このプロセスでは1時間あたり約5万ドルの電力が消費されますが、電気代は世界中で異なります。

マイナー報酬: 12.5BTC

ビットコイン システムが現在 1 時間あたり 10,000 件のトランザクションを処理する速度は、各トランザクションのコストが約 5 ドルであることを意味します。ユーザーはこのお金を支払う必要はありません。マイナーはこのコストを支払い、新しいビットコインで報酬を得ます。

個々のプルーフ・オブ・ワークの報酬は25ビットコインで、現在の価格で15,000ドルに相当するが、報酬は現在半減している。

マイニングコミュニティは、10分ごとにブロックを作成するために50,000/6の電気代を費やしており、これは約8,333ドルに相当し、約15,000ドルの報酬を受け取ります。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。

鉱業事業では年間約4億ドルを電気代に費やしている。これは大きな無駄だと言えます。

アステ氏は、ブロック報酬が現在12.5BTCに半減しており、マイナーの利益率がさらに小さくなっていると指摘した。

プルーフ・オブ・ワークのメリット

プルーフ・オブ・ワークは、ブロックチェーンが純粋なメカニズムであり続けることを保証し、コミュニティ全体が競争してトランザクションの有効性を証明する一方で、ビットコイン ネットワークを攻撃するコストを高くします。

この作業証明のコストは妥当でしょうか?アステ氏は、このコストは価格を見たときに二重支払いを直接抑止するはずだと主張している。

二重支出攻撃は、異なるユーザーとの取引で同じビットコインを使用することで、より多くのビットコインを獲得しようとするときに発生します。攻撃者は、できるだけ多くのビットコインを二重に使用しようとします。この消費は通常 1 ブロックに制限されており、その価値は約 100 万米ドルです。

トランザクションの価値がブロック内のすべてのトランザクションの合計値を超える場合、ネットワークの注目を集めます。この現実により、二重支出の価値は 100 万ドルに制限されます。繰り返しの消費は繰り返し検証されますが、現在の計算結果には影響しません。

攻撃を受けない

攻撃者は 100 万ドルの一部を取得しようとする可能性もあります。これを行うには、攻撃者は重複したトランザクションが確認されていることを確認する必要があります。これには、両方のブロックが前のブロックに接続される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値を生成してブロック生成スタンプをパッケージ化し、2 つのトランザクションを確認できるようになります。最終的な決済を行うには、トランザクションが変更されたり復元されたりする可能性が低いことを確認するために、ブロックチェーンに 6 つの新しいブロックが追加されるのを待つ必要があります。

二重支払いを解決するには、攻撃者は 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、2 つのフォークのうちの 1 つを可能な限り短時間で人為的に正当化する必要もあります。この方法では、システムは他のフォークを有効と見なし、他のマイナーがブロックチェーンを拡張し続けることが可能になります。攻撃者はブロックチェーンを拡張することもできます。

アステ氏は、容量拡張のためにフォークを主張する人が誰もいなければ非現実的だが、この仮定がこの仮説の理想的な目標であると指摘した。

攻撃者は抑止される

フォークの人工的な拡張詐欺のコストは、作業証明のコストの 6 倍です。攻撃者は、自分にとってのコストが利益よりも少ないかどうかを確認します。損益分岐点は、次の式で表されます: プルーフ・オブ・ワークの公正均衡コスト = ブロック内の繰り返し消費部分の価値 / 決済されるブロック数。

最近の価格に基づくと、攻撃者がブロックの価値の 60% を二重に使用した場合、60 万ドルが二重に使用されたことになります。

プルーフ・オブ・ワークにおけるブロックあたりの公正な均衡コストを見積もるには、6 つの決済ブロックが必要です。

ブロックあたりの作業証明の公正な均衡コスト = 100,000 ドル。

この計算では攻撃のコストが過大評価されています。攻撃者は、気付かれないようにするために、ブロック値の二重消費を最小限に抑えることしかできません。長いフォークが 1 時間後にすべてのブロックによって確認され、その後、他の人に発見されることなく同じマイナーによって拡張されることは不可能です。したがって、攻撃者に対する抑止力として十分な 10% のコストを考慮するのが妥当です。

プルーフ・オブ・ワークは無駄だが、必要である

アステ氏は、ビットコインのプルーフ・オブ・ワークの現在のコストはコストがかかり無駄が多いが、必要なものでもあるとまとめた。決済に使用するブロックの数を増やしたり、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プールを攻撃したり、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、計算集約的なプルーフ・オブ・ワークの性質を必要としないブロックチェーン構築のメカニズムは他にもあると指摘した。

プルーフ・オブ・ワークのメカニズムは、匿名かつ信頼できないシステムで資格のある投票者を作成することです。このメカニズムは、投票者の身元を検証したり、制御不能な投票者によるプロセスの重複を回避したりすることで、作業証明の必要性を排除または軽減することができます。しかし、この機能は、オープン性、平等主義、分散検証、匿名性などの他の特性を緩和できる必要があります。