プルーフオブワークって何だろう？
ビットコインに関係する仕組みって聞いたけど…
ビットコインに導入されているプルーフオブワーク（PoW）は、管理者のいないネットワークで悪意ある攻撃を防ぐことができる画期的な仕組みです。
しかし一部のメディアではPoWへの誤解を招くような記述がなされており、「PoWは古くてイマイチな技術」と感じてしまう仮想通貨初心者の方もいるようです。
この記事では、プルーフオブワークの特徴やPoWとPoSの違いを分かりやすく解説するよ。
本記事のざっくりまとめ
- プルーフオブワーク（PoW）は大量の計算作業を行うことで、プルーフオブステーク（PoS）は仮想通貨を保有することで新しいブロックの生成権を得られる
- PoWは51％攻撃を受ける可能性が指摘されているが、ビットコインへの攻撃は莫大なコストがかかる上に確実に成功する訳ではなく非現実的
- PoWは電力消費の大きさが指摘されているが、マイニング事業者は採算をとるために安い電力の利用に移行しており、再生可能エネルギーの活用が増えている
プルーフオブワーク（PoW）とは？わかりやすく解説
プルーフオブワーク（PoW）とは、ネットワークのセキュリティ強度を高めるために計算作業による証明を行うことを指します。
※Proof of work…日本語で「作業証明」という意味
ビットコインにPoWが導入され、管理者不在でも機能するトラストレス（信用不要）なネットワークが構築されました。
なお、PoWの計算作業を行う過程は「マイニング」と呼ばれており、マイニングを行うマイナーはブロック中のナンスを変更しながらハッシュ計算を繰り返します。
※ナンス：一度だけ使われる数
最初にターゲット以下のハッシュ値を見つけたマイナーは、ブロックをブロックチェーンに追加し、報酬として新しく生成されたビットコインや取引手数料分のビットコインを受け取れます。
※ハッシュ値：作成したブロックを元にハッシュ計算して得られる不規則な値
PoWの主な仮想通貨
- ビットコイン
- ライトコイン
- ビットコインキャッシュ
- イーサリアムクラシック
- モナコイン
PoWは分散性を保ちつつ悪意ある攻撃を防ぐために、大量の計算作業を必要とする仕組みだよ。
報酬システムがあることで、マイナーがビットコインネットワークに貢献する動機が生まれるんだね！
関連記事：【漫画】ビットコインの仕組みを図解で分かりやすく解説【初心者向け】
アルトコインの主流アルゴリズム「プルーフオブステーク（PoS）」とは
プルーフオブステーク（PoS）とは、仮想通貨の保有量が多い人ほど新しいブロックの生成権を得やすい仕組みです。
Proof of Stake…日本語で「掛け金の証明」という意味
通貨をネットワークにロックする「ステーキング」を行えば、期間やロックした量に応じた報酬が得られます。
PoWに比べて消費電力が少ないため、環境にやさしい新しい仕組みとして紹介されることが多くあります。
PoSやPoS改良型の主な仮想通貨
- イーサリアム
- カルダノ／エイダコイン
- ソラナ（PoH）
- ポルカドット（NPoS）
PoSトークンの保有者は、ネットワーク運用の方針に関するガバナンス投票に参加できるよ。
トークンの保有量が多い人ほど、ガバナンスでの影響力が大きくなるんだ。
トークンを多く持っている人ほどプロジェクトへの影響力があるっていうのは、株式の仕組みに少し似ているね。
保有すると配当がもらえるのも株式に近い気がするよ。
プルーフオブワーク（PoW）が指摘される問題点
プルーフオブワークにはいくつかの問題点があるって聞いたけど…
メディアや仮想通貨プロジェクトの発信で、「PoWの問題点」として指摘されている事柄があるんだ。
だけど、中にはPoWに悪い印象を持たせてPoSのトークンを買わせようとする、悪意ある発信もあるよ。
「ビットコインのPoWの問題点」と言われる内容が実際のところはどうなのか、正しく知っておくといいよ。
51%攻撃を受ける可能性について
51％攻撃とは、悪意のあるマイナーがハッシュレートの51％を支配し、二重支払いを実行できるようにすることです。※ハッシュレート…マイニング1秒あたりの計算力・採掘速度
ビットコインネットワークのハッシュレート（計算能力）は非常に大きく、ネットワークの過半数のハッシュパワーを動かすことは技術的・経済的に困難です。
ビットコインの51％攻撃に必要なコスト
- 攻撃に必要なハッシュレートを1時間借りるのに必要なコストは数億円規模で、攻撃が止まるとネットワークが正常な状態に戻る
→攻撃者によるブロックは無効になるため、ひたすら攻撃を続ける必要がある - 大量のマイニング機器（ASICマイナーなど）が必要
→膨大な数の高性能マシンをそろえるのは極めて困難 - 電力と運用コスト
→巨大なハッシュパワーを維持するために、膨大な電力や冷却システム、保守などの運用コストが必要
51％攻撃を行うには数百～千億ドル必要だと考えている有識者もいるよ。
中規模の国でいえば1年間の国家予算レベルになるし、確実に成功するかどうかも分からない攻撃を実施するのは現実的ではないんだ。
マイニングプールに関する指摘について
2023年12月23日調査
また、「トップのマイニングプールを2つ3つ合わせると51％攻撃を仕掛けられる＝ビットコインは集権化している」という意見が時折見られますが、この主張はやや飛躍したものと言えます。
※マイニングプール…小規模のマイナーが協力してマイニングを行い、収益を分け合う仕組み
マイニングプールを選ぶのはマイナー自身です。
仮にマイニングプールが攻撃を引き起こした場合、マイナーは攻撃に加担し続けるか、攻撃をしていないマイニングプールに切り替えるかの選択ができます。
数千以上のマイナーが、参加するプール内で一致団結して意図的に攻撃を行うというのは、実際には現実的ではありません。
51%攻撃をしたら、マイナーが持っているビットコインの価格は暴落するだろうし、すべてのマイナーが攻撃に賛成するとは思えないなぁ…。
それに、マイニングプールが51％攻撃を計画する場合、不正行為に反対するマイナーが情報をリークするだろうし、団結するのは難しそうだよ。
関連記事：ビットコインの51％攻撃とは？仕組みや実例・対策をわかりやすく解説
電力消費量について
PoWには大量のマシンパワーが必要な仕組みであり、「電力消費が大きい」という指摘が見られます。
その一方で、電力消費を抑えるための動きも起きており、排出原単位（活動量あたりのCO2排出量）は過去数年で大きく減少しました。
また、金融資産の中でもビットコインは排出原単位が少ないという特徴があります。
※アメリカにおいて、ビットコインは金や原油のようなコモディティ（商品）に分類される
再生可能エネルギーの活用が進んでいる
なお、ビットコインのマイニング消費電力の半分は再生可能エネルギーが占めると言われています。
マイニング事業者は採算をとるためにできるだけ安い電力を選ぶ必要があり、その結果買い手がつかない余剰供給の自然エネルギーが選ばれるケースが増えています。
マイニングは様々な国で行われている
- ブータン
→ヒマラヤ山脈の豊富な水力発電資源を活用 - パラグアイ
→イタイプ・ダムの余剰電力を使ったマイニング - アメリカ
→テキサス州でフレアガス（油田から発生する余剰ガス）を活用したマイニングを実施 - ケニア
→マイニングと小型の水力発電所の組み合わせによって、安定した電力のない村に電力を持続的に供給する取り組みが行われている（地域の生態系を大きく阻害しない形で行われている）
発電量が季節や天候に左右される再生可能エネルギーの余剰電力を、ビットコインのマイニングに活用する事例が増えているよ。
マイニングは半減期のたびに報酬が減る仕組みで、しかも競合のマイナーも多いから、「安い電力を探さないと元が取れない」という流れが進むんじゃないかな。
ビットコインのマイニングが、再生可能エネルギー分野の発展につながる可能性があるのは知らなかったよ。
「余剰電力をビットコインに変えて貯蓄する」という活用方法が普及したら、様々な地域や分野でイノベーションが起こるかもしれないね！
関連記事：「ビットコインは電気代の無駄」説は時代遅れ！マイニングが環境・電力問題を解決する可能性を解説
マイニングに参加する障壁について
「ビットコインのマイニングに参加するのは障壁が高い」という指摘がありますが、高性能なマイニング機器や機材の冷却システムの購入、電力コストがかかるのは事実です。
ただ、個人でもマイニングプールに参加している人や、個人マイニングを行う人もおり、電力コストの安い地域であればより参加しやすくなります。
一方、PoSのバリデータ※になるには多くのトークンが必要です。
※バリデータ…ブロックチェーンに記録されるデータを検証するノード（端末）
PoSで最も知られているイーサリアムは、ネットワークのバリデータになるために32ETHのステーキングが求められます。
（32ETH…2024年2月16日時点で約1368万円）
PoWだけじゃなくて、PoSの中にも参入障壁が高いケースがあるんだね。
ビットコインのマイニングマシンをググってみたけど、数万円～数十万円くらいの価格帯だったから、電力コストが安く済む場所なら「一般人には絶対に無理！」という感じではないのかもしれないよ。
ちなみに、PoSはステーキングプールという仕組みを使ったステーキングが行われていて、トークンの保有量に基づいて報酬が分配されるんだ。
PoWのマイニングプールは通貨の保有量ではなく、プールに提供した計算能力に応じて報酬が分配されるよ。
関連記事：ビットコインのマイニングとは？現在の報酬や終了時期・やり方や仕組みを紹介
送金速度について
ビットコインのメインネットワークではブロックが約10分ごとに生成されており、ネットワーク混雑時に送金速度が遅くなるのは事実です。
PoWではマイナーが競い合って計算作業を行う関係上、全く同じタイミングでブロックが追加される確率があるため、取引の安全のために数ブロックの承認が必要になります。
しかし一方で、ビットコインのオンチェーン承認を省いた「ライトニングネットワーク」などの技術も進歩しています。
高速かつ低コストで取引できるライトニング決済は、ちょっとした買い物にも気軽に活用可能です。
ライトニングネットワーク…ビットコインのブロックチェーンの外部で取引を処理する技術
ライトニング決済は数秒で完結する
#Bitcoin #Lightning⚡️ payment spotted at Cafe in Gimhae-si in South Korea🇰🇷pic.twitter.com/TUr4ZzhhRN
— Lightning Network+⚡️ (@BTC_LN) March 5, 2023
店頭での決済があっという間に完了しているよ！
大きな額を動かす場合はオンチェーン、少額決済にはライトニングネットワーク、といった形の使い分けが進むかもしれないね。
PoWとPoSの違い
プルーフオブワーク（PoW）とプルーフオブステーク（PoS）の違いって何だろう？
多くのメディアでは電力消費量が違うとか、51％攻撃のリスクとか、そういうことしか書いていないんだけど…。
PoWとPoSは全然違う仕組みだと思うよ。
少し難しい内容もあるけど、日本のメディアだとあまり取り上げられない内容だから、ぜひ知っておいてほしいな。
ブロック生産者がリスクを負うかどうか
PoWのビットコインを発行するには、マイニング機材や電力の消費など「コインの外の経済圏」からのエネルギーが必要です。
また、マイニングは計算作業の競争を勝ち抜かなければ報酬がもらえないため、機材や電力のコストが無駄になるリスクがあります。
一方、PoSはコインを保有することでそのコインを得られる仕組みで、新規のコインを得るのに追加的なコストは発生しません。
初期のプレマイニング※で最初からコインを多く持っている機関投資家は、リスクを負わずにさらに報酬を得やすい特徴があります。
※プレマイニング…トークンが新規公開される前に、初期の開発者や一部の参加者が新規発行トークンを受け取ること
- PoW：コインの外の世界から価値が由来する。実世界の資源が消費されており、新規コインの価値はこれらのコストに基づいて部分的に裏付けられているという考え方がある
- PoS：コインの経済圏の中に価値が循環しており、新規発行されるごとに希釈化が起こる可能性がある
（ステーキングによってコインが増えているように見えるが、その分1枚あたりの価値が下がっているケースがある）
「PoSで新しいコインを得るのにコストはかからないかもしれないけど、価格が下がって損をするリスクはある！」という意見もありそうだけど…
PoSのリスクはあくまでもコイン内でのリスクで、コインの外の世界とはリンクしていないんだ。
PoSは外部からの要素が薄い分、極端な状況でどうなるかは未知数なところがあるんだね。
内部の人たちが正しく動く前提の仕組みだから、相場のクラッシュや、何らかの攻撃を仕掛けられた時などは特に注意が必要そうだよ。
PoWのビットコインはマウントゴックス事件（取引所から85万BTCが流出）や、ビックブロック論争（ビットコインキャッシュのハードフォーク）を乗り越えていて、市場の不確実性に対しても強靭であることが示されているよ。
PoSはまだ新しい技術だから、挙動が完全に検証されている訳ではないということも念頭に入れておこう。
トークン大量保有者による影響
PoWのコインは大量保有者がネットワークに直接的な影響を与えることはありません。
例えばマイクロストラテジー社はビットコイン発行上限の約1％を保有していますが、マイニングのプロセスには参加できません。
一方、PoSはトークンの大量保有者がネットワークへの影響力を有します。
ガバナンス投票でプロトコルの変更やアップデートの決定に影響を与える他、トークン保有量が多いほどブロック生成に関与する機会が増え、トークン報酬が多く得られる仕組みになっています。
票クジラ（トークンの大量保有者）はガバナンス投票に与える影響が大きい
- Solend危機
→SolanaのDeFiで1億700万ドルを借り入れた単独ユーザーの清算危機に対し、Solend Labsに緊急権限を付与するガバナンス投票が行われた。
票クジラが賛成票に投じたことでガバナンス投票が成立し、可決された - Uniswap
→Uniswap V3のBNBチェーン展開を決める投票の際、UNIを大量保有するベンチャーキャピタルa16zが1,500万票の反対票を投じた。
a16zが反対したのは、a16zの投資先である「レイヤーゼロ」がブリッジに採用されなかったことに起因すると見られている - Mango
→ハッカーがDeFiトークン「MNGO」を奪い、盗んだトークンを使ってガバナンス投票を操作
PoWのビットコインは、コインをたくさん持っていても報酬がもらえる訳ではないし、ガバナンス投票に参加できる訳でもないんだ。
PoSのトークンを大量に持っている人は、その経済圏にもっと人が増えてトランザクション（取引）が増えれば、さらにブロック報酬をもらえるようになるんだね。
バリデータノードを運用する人や企業にとっては、新しい人を呼び込むメリットがありそうだよ…
魅力的なステーキング報酬をうたう発信には注意した方が良さそうだね。
独自トークンの発行のしやすさ
新しい仮想通貨プロジェクトが立ち上げられる際、PoSメカニズムが採用されることが多くあります。
PoWで新しいコインを発行するには大量の計算能力やエネルギーが必要となるため、新規プロジェクトにとっては大きな障壁になるかもしれません。
一方、PoSはトークンの保有者がステーキングをすることでネットワークが維持されるので、新規プロジェクト立ち上げのコストが大幅に軽減されます。
開発チームや機関投資家など、一部の人々が有利になるような独自トークンの発行が行われているプロジェクトもあるんだ。
小規模のスタートアップ企業だと、株式発行は難しくてもトークン発行はできるかもしれないんだね…。
発行しやすいPoSのプロジェクトが、エアドロップ（トークン配布）などのマーケティングをしながら乱立することもありそうだよ。
関連記事：ビットコインとアルトコインの違いは？有識者にインタビュー【どっちが人気？】
筆者の見解：PoWを批判しPoSを勧める日本のメディアの書き方に違和感
PoWとPoSの比較記事をGoogleで検索すると、「PoWよりもPoSの方が新しくて優れている」といった内容の記事が多く見つかります。
また日本の仮想通貨取引所の中には、PoWのデメリットだけを記載してPoSのデメリットを記載していない通貨紹介記事も見られます。
一方、BinanceやKrakenなどの海外取引所の発信を見ると、PoWとPoSの両方のデメリットに対して記述がなされており、日本と海外のメディア発信手法の違いを感じました。
Krakenの記述（DeepL翻訳を使用）
PoSの問題：ステークの集中化と非流動性
PoSコンセンサスメカニズムの主な欠点は、ステーク集中化の問題である。
PoSブロックチェーンでは、主にトークンのステーク量によって、取引ブロックを検証して報酬を得るために選ばれる可能性が決まる。このため、PoSシステムはステークした資産が少ない人よりも、より多くのトークンを持つ人を優遇する可能性があり、これはネットワークの中央集権化につながると感じる人もいる。
この欠陥のため、少数の大規模なステーキングプールやクジラの投資家がブロック検証を中央集権的にコントロールできるようになると多くの人が感じている。この要因は暗号通貨の基本原則に反し、ネットワーク全体のセキュリティを低下させる。
一部のPoSブロックチェーンにおけるもう一つの問題は、非流動性である。ロックアップ期間が終了するまで、ユーザーは自分のステークした資産にアクセスできないことがある。この問題は、原資産である暗号通貨の市場流動性を低下させ、投資家が市場の重要な動きの間に杭を打った資金にアクセスできないようにする。
出典：Proof of Work vs. Proof of Stake｜Kraken
日本と海外のメディアだと、得られる情報量が全然違うんだね…。
日本のメディア記事だけを見ていると、何も知らない人は「PoSの方が良いんだな」って思っちゃうんじゃないかな。
取引所はPoSの仮想通貨を多く扱っているから、PoSのデメリットを書きづらい側面はあるかもしれないけど…
KrakenやBinanceなどのように、悪い所は悪いと記載した方が、情報を得たいユーザーにとっては役立つんじゃないかな。
関連記事：ビットコインを勉強するならメディアを疑え！仮想通貨サイトの問題点や独自の勉強方法を解説
【まとめ】プルーフオブワーク（PoW）とは
プルーフオブワーク・ポイントまとめ
- プルーフオブワーク（PoW）は大量の計算作業を行うことで、プルーフオブステーク（PoS）は仮想通貨を保有することで新しいブロックの生成権を得られる
- PoWは51％攻撃を受ける可能性が指摘されているが、ビットコインへの攻撃は莫大なコストがかかる上に確実に成功する訳ではなく非現実的
- PoWは電力消費の大きさが指摘されているが、マイニング事業者は採算をとるために安い電力の利用に移行しており、再生可能エネルギーの活用が増えている
「PoWは環境に悪いからPoSの方が良い！」みたいなメディア記事を多く見かけるけど、PoWの現状やPoSの問題点についてもきちんと知っておくべきだなって思ったよ。
PoWのビットコインの発行にはマイニング機材や電力消費が必要で、マイナーは必ず報酬が得られるとは限らないというリスクを背負っているんだ。
それから、アフリカの小さな村に電力を供給するマイニングの仕組みなど、様々な地域や分野でイノベーションを起こす可能性についても知っておこう。
ビットコインって何だか難しそうだし、よく分からないから何となく不安だったけど、他にも色々知りたいなって思ったよ。
ビットコインについて、もっと知っとこ！
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執筆者：Shigeru Minami
「知っとこ！ビットコイン図鑑」制作者。
ビットコイングッズのハンドメイド作家として活動中。