Proof of Work(プルーフオブワーク)とは?PoWを分かりやすく解説します。

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ビットコインなどの仮想通貨を調べていて、よく出てくるProof of Work(プルーフオブワーク)という言葉。

「聞いたことはあるけど、詳しくはわからない…」そんなことありませんか?

Proof of Workとは中央管理者のいないビットコイン等の仮想通貨において意思決定を行うための仕組みです。

本記事ではこのProof of Workについて分かりやすく解説していきます。

Proof of Workとは

「Proof of Work(プルーフオブワーク)」とは、一言で言うと…

取引の整合性をチェックする人を仕事量(CPUの計算量)に応じて決定する仕組み

Proof of Workはコンセンサスアルゴリズム

まず、Proof of Workとは「コンセンサスアルゴリズム」のことを指します。

仮想通貨の元にある技術ブロックチェーンは管理者がいない非中央集権的なシステムです。

しかし管理者はいなくても取引が発生した時、誰がその取引に不正がないかチェックしなければなりません。

コンセンサス・アルゴリズムとはこのときの「誰がチェックするか?」を決める方式(アルゴリズム)のことです。

コンセンサス・アルゴリズムの言葉を分解して理解しましょう!

「コンセンサス(合意)」+「アルゴリズム(方法)」

つまり、合意を取る方法のことを指しています。

Proof of Workとは

本題に入っていきます。

さてそのコンセンサスアルゴリズムであるProof of Workはどのようなものなのでしょうか。

Proof of Workは直訳すると「仕事量の証明」となります。

文字通り仕事量(CPUの計算量)に応じて、ブロックチェーンに取引を記録する「誰か」を決めるという仕組みです。

詳しい説明は次の章で行っていきます。

Proof of Workの仕組み

ここではビットコインを例にとって説明します。

私たちの世界ではビットコインを使って様々な取引を行っています。(AさんがBさんに3BTC送る等)

その取引内容はブロックチェーン上に記録されて、ネットワーク上のすべてのパソコンに同期されます。

この取引内容をブロックチェーンに記録することをマイニングといい、それを行う人たちのことをマイナーといいます。

先程述べた「誰がチェックするか?」というのはこのマイナーから選ばれることとなります

ただ、このマイナーに悪意があり、自分にメリットがあるように取引を記録しようとする場合も想定できます。

Proof of Workは、あえて取引を記録する際に難しい過程(計算問題を解かせる)ことで、これを防ごうとしているのです。

簡単な取引記録までのフロー:

  1. 取引のデータがまとめられたブロックが作られる。
  2. そのブロックをブロックチェーンに追加するために、計算問題を解く
  3. 一番早く答え(ナンス)を発見した人が、他のマイナーたちにそれを発表する
  4. 答えの正誤判断が行われ、正解であればブロックチェーンに新しく追加される

この流れを通じて、取引がブロックチェーン上に記録されます。

▼マイニングについて詳しく

マイニング(mining)という言葉を聞いたことがありますか? ここでは、 ①そもそもマイニングってなに? ②マイニングって実
この記事では採掘難易度(Difficulty)について解説しています。採掘難易度とは、マイニングによるブロック生成の際の計算難易度の指標であり、この採掘難易度に

また、最初に計算問題を解きブロックをチェーン上に繋げた人は報酬(インセンティブ)を得ることが出来る仕組みとなっています。そしてこの計算結果がブロックに組み込まれ、前のブロックにつながれ、ブロックチェーンはつながっていきます。

この計算問題は決して難しいものではありません。頭のいい人が紙とペンを使って解くようなものではなく、単純なあてはめ問題です。

ただ、あてはめる数が膨大な量あるので、とても人間の作業では行えず、スーパーコンピュータ等が用いられます。

もしPoWがなかったとすると…

誰もが自由にブロックの生成ができてしまいます。つまり、改ざん・不正されたトランザクションもブロックに書き込まれてしまうということです。

そして従来のP2P(ピアートゥーピアー:個人対個人)ネットワークの仕組みのように、IPアドレスごとに同等のブロック生成権が与えられた場合、悪意のある攻撃者が大量のIPアドレスし大きな力を持ってしまう可能性が高いのです。

中央管理者がいないビットコインだからこそ、取引記録をブロックチェーンにつなげるためにあえて負荷のある計算問題を置き、その仕事(計算問題)の結果で追加できる人物を決めるのです。

▼ブロックチェーンについて詳しく

忙しい方向け!ブロックチェーンとは? ブロックチェーンとは、一言で言えば新しいネットワークシステム ブロックチェーンの特徴は「非中央集権

Proof of Workのメリット

取引記録の改ざんに強い

PoWのメリットは、「取引記録の改ざんに強い」ことです。

ビットコインの取引履歴は作るのが困難な編集を積み重ねて作成されるため、後から取引履歴を改ざんするのが困難になります。

なぜ改ざんに強いのか

取引履歴は作るのが困難な編集を積み重ねて作成されるため、後から取引履歴を改ざんするのが困難といいましたが、それを生み出している存在があります。

それはインセンティブ(報酬)です。

「PoW」方式ではCPUの計算量に応じて発言権が生じるのです。

これにより、強い発言権を保つためには膨大なコストをかけてCPUパワーを集めなければなりません。

ここから言えるのは、不正なブロック生成を行う仕事量よりも、マイニングに参加して「報酬を得る」方が、コスパが良いということ。つまり、不正を働くことに対して見合った利益がないということ。

これが改ざん不可能で、不正が起きないと言われている所以です。

「PoW」での難しい計算問題とは?:

この計算というのは、「ある一定の条件を満たすハッシュ値を探していく」という計算です。「総当り」で計算しなければ解けないタイプの問題です。どんなにハイスペックなCPUでも回答するのに10分はかかってしまうほどの膨大な計算量になります。

もし改ざんしようとした場合

取引記録を改ざんしようとする場合、過去のブロックと一番新しいブロックのすべてを改ざんした上で、全ノードに適応させなければなりません。

全ブロックの改ざんを考えた時に、改ざんの仕事量は膨大な量になります。

さらに、不正なブロックを生成しようとする場合は、世界中のマイナーのコンピューターの計算能力を上回る必要があります。(どんなに有能なCPUを持っていても1ブロックの生成に10分程度かかってしまいます。)

つまり、インセンティブの大きさで比較した際に、

マイニングをした際の報酬(コイン)」 > 「取引の改ざん」

という仕組みになっているのです。 すごい!

このPoWの仕組みはインセンティブ(報酬)がキモなのです。

Proof of Workのデメリット

【電気代】

膨大な計算をすることから、電気代がかかりすぎてしまいます。小さな国と同じくらいの電気代を消費しているとも言われており、個人がマイニングに参加するのは、現実的な話ではありません。

【ブロックチェーン追加までの時間】

膨大な計算が行われることのもう一つの弊害として、取引が成立するまでに時間がかかってしまうことが挙げられます。

ビットコインではブロックが生成されてから実際にチェーン上に追加されるまで、約10分程度の時間がかかってしまいます。

ビットコインは通貨として使える決済機能を持つ仮想通貨です。取引の記録に10分かかってしまうということは、決済等を行う際に10分かかってしまうということです。

なので、コンビニで物を購入するというような即時決済を行うことが難しいのです。

【51%攻撃】

前述の電気代ともつながりますが、個人での参加が不可能なため、現状では「大規模なマイニング専門集団」が出てきています。

この集団が力を持ちすぎるあまり、恣意的にブロックが作られてまう可能性があります。

「51%攻撃(承認の中央集権化)」と呼ばれているものです。

「非中央集権化」を目指していた技術が、いつしか「中央集権化」のリスクを持つようになっていることが懸念されています。
▼51%攻撃についてもっと詳しく
二重支払いとは、ある人へ支払いをした後に、別の人に同じ支払いを行うことです。 ビットコインのような中央集権的なサーバがないP2P型
仮想通貨に関心のある方は「ビザンチン将軍問題」を一度は耳にしたことがあると思います。 オスマン帝国のコンスタンティノープル攻略において起きたこの問

Proof of Workを採用したコイン

ビットコイン

ビットコインはPoWを採用しています。

サトシ・ナカモトが書いたビットコインのwhite-paperにPoWについての記述がありますので、是非原文でどうぞ。

http://bitcoin-matome.info/wp-content/uploads/2015/04/bitcoin.pdf

▼ビットコインについてもっと詳しく

本記事では初めての方向けにビットコインについて分かりやすく説明をしてみようと思います。 初めての人にとって、ビットコインは何に使われるのかもよくわ

Monero

Moneroはビットコイン等の他の仮想通貨に比べ匿名性に特化した仮想通貨です。

Moneroは、エスペラント語で「コイン・硬貨」を意味します。

2014年の4月に『Bytecoin(バイトコイン)』をベースに開発・公開されました。

Moneroは匿名性という特徴の他にも高速取引が出来るという特徴もあります。

このようなMoneroの特性から、犯罪組織やテロ集団の資金洗浄(マネーロンダリング)利用、ダークサイト運営での利用が多くされている通貨となります。

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本記事では仮想通貨Monero(モネロ)  についてご紹介します。 かつてはコインチェックでも取り扱いがあり、日本国内でも比較的ポピュラーなアルトコインで

ZCASH

ZCASHもMoneroと同じく匿名性に強い仮想通貨です。

ビットコインやイーサリアム等の他の仮想通貨と同様に非集権性オープソースといった特徴はあるのですが、何と言ってもこの「強い匿名性」が最大の特徴です。

ZCASHは「ゼロ知識証明」という技術を使って「偽名性」だけでなく「非連結性」を達成し、強い匿名性を実現しています。

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本記事では仮想通貨zcash(ジーキャッシュ/ZEC)についてご紹介します。 zcashは強い匿名性が特徴の仮想通貨です。 ビットコインやイ

まとめ

本記事ではProof of Workについて書いてきました。

まとめると

  • PoWはコンセンサスアルゴリズム
  • 取引記録の改ざんに強い
  • 電気代や51%攻撃、取引記録の遅さの問題がある
  • ビットコイン・モネロ・ジーキャッシュが採用している

となりました。

以下の記事では

Proof of Work、Proof of Stake、Proof of Importanceなどコンセンサスアルゴリズムについての解説と違いを書いていますのでご覧ください!

「PoW・PoS・PoI」 仮想通貨取引をやっていると必ず出会うこの用語たち。 分からないけど見て見ぬ振り…なんてしていないでしょうか?


ビットコイン (bitcoin) ブロックチェーン 用語解説