2017年4月12日 更新

ビットコイン「プルーフ・オブ・ワーク」のアルゴリズムとは

暗号通貨ビットコインのネットワークを支えているのが、「Proof of Work」(プルーフ・オブ・ワーク)とよばれるシステムです。これは一体どのようなものなのでしょうか。ビットコインを始める方は必見です。

暗号通貨の、二つのネットワークシステム

暗号通貨とされる仮想通貨の総称は、アルトコインというもので、Alternative Coinの略でよばれているものです。この暗号通貨の世界には、大きく分けて二つのネットワークシステムが存在しており、その一つがProof of workでPOWと呼ばれているもので、もう一つはProof of StakeでPOSと呼ばれているものです。この2つはシステムのセキュリティと、採掘に関して大きな関わり合いがあり、Proof of Stakeは、全体供給量に対する割合と、自分が持っているコインの量に応じて、コンピューターソフトを使う事でコインを得られる仕組みになっています。かたやProof of workは、ビットコインの取引を安全にする為のチェーンブロックを作り出していますが、ブロックごとの計算を行い、コインが報酬としてもらえるもので、電力と時間がかなりかかります。
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暗号通貨のネットワークシステム

現在暗号通貨は、ビットコインとそれ以外(アルトコイン)、
という分け方がされています。

そのビットコインとアルトコインを分けるシステムが、
「Proof of Work」と「Proof of Stake」です。
現在、暗号通貨または仮想通貨と呼ばれるものは多数存在しています。
世界中に1500~1800種類もあり、現在も新しいものが次々と開発・リリースされています。
しかし、そのすべてがビットコインのように”価値を持つコイン”になるわけではありません。

そんな価値のある暗号通貨として知られているものには、
ビットコインのほかに、リップル・ライトコイン・アルトコイン・イーサリアム・モナーコインなどがあります。

モナーコインは、掲示板サイト「2ちゃんねる」から生まれた日本初の暗号通貨です。
2014年の発行以来、利用者は拡大中で扱う取引所も増加しています。

日本発のMonacoin(モナーコイン)の考案者は2chユーザーで、
名前は2chで良く利用されるキャラクター”モナー”に由来しています。
2013年にβ版公開、2014年現ブロックチェーンに移行して正式リリースされました。
これからが楽しみですね♪

「プルーフ・オブ・ワーク」はビットコインを支えるネットワークシステム

現在世界中で、仮想通貨とされるアルトコインの種類はざっと見ても700以上はあるとされていますが、その中でもピアコインはPOWとPOSが採用されており、ネクストコインではPOSが採用されているのです。ビットコインではPOWが採用されていますが、ビットコインのマイニング方式での採掘量は、Workとなる仕事量に応じて大きくなるように設計されている為に、スーパーPCを稼働せねばならず、24時間稼働する事がほとんどで、この作業による電力量が多いだけではなく、過熱による冷却も必要な為に素人では、ほとんど手を出す事が出来ない状態と言っても良いでしょう。2017年現在でも円換算で、100万円投資しても割に合わなくなっているのが現状と言えるでしょう。
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Proof of Workは、ビットコインのネットワークを支えているシステムです。

ビットコインの採掘量は、Work(仕事量)に応じて大きくなるように、設計されています。

高性能パソコンを大量に導入して、24時間フル活動で計算し続ける=仕事

ビットコインを採掘するには、多額の光熱費(PCを作動させる&冷却させる)が必要なため、現在では100万円以下の投資では割に合わないと言われています。
莫大な電気代が個人レベルでの採掘を難しくしています。

「プルーフ・オブ・ワーク」はコイン偽造を防ぐためのものである

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プルーフ・オブ・ワーク / proof of work

通常、カタカナでそのまま表記されますが、あえて訳すなら「仕事量による証明」。 悪意のあるハッキング等によるコイン偽造を防ぐためのもので、偽造するためにはより多くの「仕事量」を費やさなければなりません。

プルーフ・オブ・ワークとは、各取引を認証するために算出しなければならないデータまたはそのようなシステムのことです。ビットコインをはじめとするほとんどの暗号通貨では、プルーフ・オブ・ワークを計算する手段としてハッシュ関数が用いられています。


●実際の取引の承認作業を説明しましょう。

まず、ビットコインの各取引単位(ブロック)には送金額や送信者等の取引情報のほかに、nonceと呼ばれるランダムな変数が含まれなければなりません。

なお、承認者はこのnonceの発見の報酬としてコインがもらえるため、承認者のことを採掘者(マイナー)、承認作業のことを採掘(マイニング)とも呼びます。
ビットコインの「プルーフ・オブ・ワーク」システムでは、取引の認証作業における計算に約10分かかります。なぜ10分なのでしょうか。 どのようなことか見ていきたいと思います。

計算(承認作業)に約10分かかるのは、コインの偽造を防ぐため

通常ビットコインの移動には、10分間の認証時間が必要となっています。この計算における承認作業に、約10分もかかってしまうのは仕事量による証明の為で、コインの偽造を防ぐ為に行われている事です。悪意のあるハッキングなどを防ぐ意味なのですが、この間マイニングによる採掘なる計算が行われるわけですが、ビットコインのトランスアクションの1回の承認にはおよそ10分かかり、最低6回以上の承認でほぼ100%送金が完了したと証明できる事になっています。Proof of workは確かに優れたセキュリティシステムですが、こうした承認作業の時間が長い事と、大量の電力が必要で環境問題に逆行しているという問題点が指摘されています。また、計算力の中央化が進んでいる事で、素人には手を出しづらい状態が現実にあります。
ビットコインでは、コインの偽造を防ぐため、この計算に約10分かかるように設定されています。
ビットコインにおけるコインの偽造とは、つまり取引データを改ざんすることなので、求めなければならないプルーフ・オブ・ワークも変わり、再計算が必要になります。 
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それでは「10分間」は何のために必要なのでしょうか。

普通に考えると、コンピュータがブロック内容の正否を調べるのに要する時間ということになりますが、それは違うのです。 この「10分」間は、このシステムの開発者である中本哲史氏がこだわっている時間であり、改ざんを防ぐためにはどうしても10分間が必要であるという前提に立っているのです。

しかし、計算への参加者が少なかったり、コンピュータの能力が向上すると、10分かからずに解けてしまうこともあります。 そういうこともあるので、2週間の解答時間の平均を取り、10分以内のときはそれに応じて問題の難易度を上げ、逆に10分を超えるときは、難易度を下げるというように、難易度調整が自動的にできるシステムになっているのです。
10分間は勝ち負けに一喜一憂するのに十分な時間であり、A>1となるインセンティブが強く働くのである。しかもこれは、勝負そのものに対するインセンティブであり、 得られる結果に対する価値とは無関係に、純粋に勝負そのものに熱中してしまう人々が一定数出てくる、という点で注意を要する。
──安岡孝一/京都大学准教授「ビットコインは計算量理論から見て『無限連鎖講』である」
確かに10分という時間は、何か他の事をするには落ち着かず結局じっと待ってしまうかな、という時間です。
しかもわりとしっかりした意識を保ったままで(眠くなることもなく)。

「プルーフ・オブ・ワーク」は皆で取引を認証するシステム

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ビットコインのProof of Workシステムとは何か

ビットコインのネットワークを動かしているアルゴリズム(仕組み)をProof of Work (POW)と言います。
直訳すると「仕事による証明」です。

皆で取引を認証するシステムがあるからこそ、ビットコインは中央機関無しで稼働・維持することが可能となっているのです。

「プルーフ・オブ・ワーク」の弱点、「51%アタック」とは?

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Proof of Workシステムは仕事量が特定のグループに支配されてしまえば終わり

Proof of Workシステムには特筆しておくべき弱点があります。それは51%攻撃(51% attack)の危険性があるということです。

これは特定の個人やグループが採掘速度の51%以上を支配してしまうと、二重支払い(double spending)などと言った不正な取引を行うことが可能となってしまうと言ったものです。

51%攻撃が起きてしまったら、Proof of Workの仕組みは成り立たなくなるため、別の仮想通貨に移行していかなくてはいけないかも知れません。
ビットコインは、「プルーフ・オブ・ワーク」システムにより、
中央機関に依存せず機能することを可能にしています。

しかし、採掘には莫大な電気代がかかることから、
電気代が安い国のマイニングプールによる「51%攻撃」が懸念されるという弱点があることもわかりました。

ビットコインは通貨価値を維持するため発行上限数がプログラムで定められており、
また上記理由からビットコインの「プルーフ・オブ・ワーク」システム存続への不安もあります。

ただし、ビットコインの根幹技術「ブロックチェーン」はその可能性に大きな注目が集まっており、
様々な分野で活かされ始めています。
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