解説：ブロックチェーンにおけるプルーフ・オブ・ワーク（PoW）とは？

ブロックチェーンは、一般的にビットコインの中本コンセンサスのプリズムを通して認識されます。しかし、プルーフ・オブ・ワークとは何かを学ぶには、持続可能なPoWの実装を綿密に検討する必要があります。

作業証明（PoWと略されることが多い）は、51%の攻撃や二重支出を防ぐために使用されるコンセンサスアルゴリズムです。ビットコインのような仮想通貨は、PoWコンセンサスを使用して取引を確認し、チェーンに追加された新しいブロックを生成します。PoWを利用すると、マイナーはネットワーク上で取引を完了するために競争し、そのスピードと正確性の見返りを得られます。

主なポイント：

• プルーフオブワークの概念と、ブロックチェーンネットワークのセキュリティ保護にその概念がどのように利用されているかを理解する。
• マイナーが実際に解決している数学的問題と、その計算が社会全体にどのような影響を与えるかを調べます。
• 作業証明コンセンサスを使用して、マイニングプロセスに誰が関与しているかを把握します。
• プルーフオブワークに依拠している仮想通貨の種類と、イーサリアムがイーサリアム2.0にハードフォークを選択した理由を知る。
• ステーキング証明のコンセンサスが、作業証明よりも安全で公平である理由を総合的に把握しましょう。

作業証明はブロックチェーンにどのように適用されるのですか？

ブロックチェーン作業証明コンセンサスアルゴリズムは、最も古いコンセンサスメカニズムであり、最も人気のあるアルゴリズムです。もちろん、その人気に貢献した理由はたくさんあります。しかし、その評判の主な根拠は、分散型エコシステムにおける誠実さを促進する能力です。他のアルゴリズムもあるかもしれませんが、PoWはビザンチン障害許容度（BFT）目標を達成するために依然として持続可能です。 

BFTが何であるかを完全に理解するには、ビザンチン将軍の問題に関連する障害に耐えることができるシステムです。つまり、ネットワークは、一部のノード（またはマイナー）がコンセンサスに反して行動しようとする状況を回避できます。BFT特性を利用して、PoWアルゴリズムはノードが複雑な数学的問題を解決することによってネットワーク内のブロックを検証できるように機能します。

数学的な問題の解決策を最初に得たのは、ブロックチェーンに追加するブロックを選択するコンセンサス権限です。取引所として、成功したノードはトークンを報酬として受け取ります。たとえば、ビットコインネットワークでは、報酬はBTCにあります。

最終的に、PoWコンセンサスは比較的健全で透明性の高い閉鎖経済を生み出します。主に、利用者がエコシステムの維持を継続することを奨励するためです。

PoWにはどのような数学的問題がありますか？

これらの複雑な数学的問題は、まれな算術合併症の多様性を意味します。さらに、これらの問題は解決するために十分な計算能力を必要とします。

Byzantineの一般的な問題から複雑なハッシュ機能まで多岐にわたります。例：

• Ahash関数は、入力を通じて特定の長さでランダム出力を生成するプロセスです。一方、ハッシュは、ブロックのマイニング者を正確に決定する数値（またはターゲット）です。
• 素数制限と乗算と併せて、複合数を小さい整数に分解するアニタイガー要因化を解決します。
• これは、定義された順序を必要とするDoS攻撃でネットワークを保護するための「無人パズル」プロトコルとして機能します。機能を解決するのではなく、根本原因を突き止めるだけではありません。

そのため、ブロックの検証に成功するたびに、その努力の補償として報酬が与えられます。しかし、ネットワークが成長するにつれ、スケーラビリティとセキュリティが主な課題となっています。また、ハッシュパワーはパズルの複雑さと並行して成長します。その結果、作業証明の欠陥に対抗するため、ステーキング証明が導入されました。

誰が作業証明を設立したのですか？

PoWコンセンサスは、ビットコインネットワークの発明前に設立されました。PoWアルゴリズムは1993年に導入され、Moni NaorとCynthia DworkはDoS攻撃を抑止する記事を公開しました。この記事では主に、アルゴリズムが詐欺を防止する可能性と、長期的にその持続可能性について説明します。

また、サトシ・ナカモトがビットコインブロックチェーンのPoWアルゴリズムについて有名な話をする以前、コンピューター科学者で暗号資産の活動家であるハル・フィニー（ハロルド・トーマス・フィニーII）は、2004年にRPoW、リユーザブル・プルーフ・オブ・ワークと呼ばれる別のシステムを導入しました。システムは、交換不可または代替不可のハッシュキャッシュベースの作業証明トークンを受け取ることで機能しました。その見返りとして、はRSA署名トークンを作成し、個人間で転送できるようになりました。 

作業証明アルゴリズムの初期の例は、Adam BackのHashCashです。送信者は、メールを送信する前に少量のコンピューティングを実行する必要があります。その結果、受信者はスパムを軽減できます。 

PoWは、ビットコインの中本コンセンサスとどのように関係していますか？

PoWは、ノードが数学的パズルを解き、ネットワークに追加された次のブロックを生成するモデルを採用しています。次のブロックを生成するブロックリーダーは、そのプロセスへの貢献したコンピューティング（ハッシュ）力に直接対応する抽選のような形式で選択されます。PoWコンセンサスモデルには、マイナーとフルノードオペレーターの2つの主要な参加者がいます。 

マイナー

計算に参加するノードはマイナーと呼ばれ、問題を解決するプロセスはマイニングと呼ばれます。マイナーのコミュニティは、それぞれの問題を解決するために重要な作業を行う必要があります。PoWを使用すると、ノードがブロックを作成すると、他のノードがソリューションにつながったプロセスを検証できるようになります。

ノード

ノードは面倒な計算に時間を費やす必要があります。そのため、このプロセスは膨大な電力を消費し、環境に悪影響を及ぼすことになります。ネットワーク内の分散型ノードは、個々のマイナーの作業証明メカニズムを使用して、報酬を得るために「マイニング」されているブロックチェーンの仮想通貨を検証する必要があります。

バリデーター

仮想通貨の証明とビットコインのコンセンサスルールに基づいて、完全なノードオペレーターはネットワークの状態の究極の検証者として機能します。フルノードのクライアントはマイナーでも、ネットワーク上の無効なブロックや取引を拒否することもできます。検証者が作業証明コンセンサスメカニズムの下でブロックチェーンネットワークでの取引を承認するには、平均40～60分かかります。

PoWの安全性

作業証明アルゴリズムは、BFTに耐えることができるため、非常に安全です。また、その動作により、安全性がさらに高まります。また、各ブロックのハッシュには、前のブロックのハッシュが含まれています。これによりセキュリティが向上し、ワークブロックチェーンの証明におけるブロック違反が防止されます。 

ブロックを変更するには、同じ前身のブロックを作成する必要があります。その場合、すべての後継者を再生成し、保有する作業をやり直す必要があります。したがって、ブロックチェーンはセキュリティ改ざんを回避できます。

PoWのメリットとデメリット 

メリット

• DDoS攻撃から逃げよう。
• 公正で透明性が高い。
• マイナーが保有する仮想通貨の低い部分の影響は限定的です。
• 健全なネットワークの維持に対する一般市民の関心を高める。

デメリット

• プロ仕様の機器、周辺機器、電力のコンピューター部品を入手するのにコストがかかります。
• 非常に複雑なパズルであり、教育や日々のタスクに付加価値をもたらすものではなく、ブロックの検証にのみ役立ちます。
• これにより、分散型ブロックチェーンに反対するように、ブロックチェーンの集中化が促進されます。
• 特典が魅力的でなくなったため、マイニングはフェードオフになります。

どの通貨がプルーフ・オブ・ワークを利用していますか？

ビットコインは、PoWコンセンサスを利用する最も人気のある通貨です。しかし、このアルゴリズムを利用する通貨は他にもたくさんあります。半減期前でも、ビットコインは引き続き利益を上げています。しかし、多くのマイナーは現在、ブロックのマイニングがより高価で難しくなるため、代替手段を探しています。

当然ながら、誰もがマイニングに最適な仮想通貨は何かを尋ね始めます。以下に、調査結果をいくつかご紹介します。 

ライトコイン：ライトコインは、ビットコインと同様に、ネットワークからデータを削除することでブロックサイズ制限が増加するSegWitも搭載しています。ライトコインとビットコインの違いは、超高速の取引時間をはるかに低コストで実現できることです。

DASH：仮想通貨業界では、より高速でプライベートな取引が行われています。即時取引は、マイナーがDASHに時間を投資するためのプラスポイントとして機能します。

Monero：PoWコンセンサスを使用する別の人気アルトコインです。オープンソースの仮想通貨として、Moneroは、公開台帳を通じて、ファンジビリティ、プライバシー、透明性、分散化に重点を置いています。

ビットコインキャッシュ：ビットコインネットワークのハードフォークからのスピンオフアルトコインです。安全なコンセンサスと思われるPoWを使用していますが、ビットコインキャッシュは51%攻撃の被害者です。  

ZCash：暗号資産とは異なり、匿名性を通じてプライバシーを提供することを目指しています。Zcashネットワークは、Bitcoinと同じProof-of-Work SHA-256ハッシュ機能を使用します。

Ethereum Classic：DespiteEthereum 2.0がPoSに移行 イーサリアム・クラシックは、PoWコンセンサスを使用してネットワークを保護しています。しかし、イーサリアムクラシックはマイノリティチェーンに過ぎないため、51%の攻撃に対してより脆弱であり、コインの2倍の支出を引き起こします。

ステーキング証明は作業証明よりも優れているか？ 

近年、仮想通貨分野では、ステーキング証明（PoS）を支持する議論が高まっています。PoSとPoWを比較すると、多くの専門家がPoSがPoWよりも優れていると信じています。また、PoWに対する主な論点の1つは、非常にエネルギー集約的で環境に悪影響を与える、多くのコンピューティング能力を必要とすることです。たとえば、ビットコインネットワークの維持に必要な平均エネルギー量は、スイス全土が使用している量を超えています。 

また、PoWコンセンサスは中央集権化のリスクが高い。このコンセンサスは、オンチェーン取引実行の低パフォーマンス容量とスケーラビリティで精査されています。

一般的に、PoSアルゴリズムは、利用者にとってより良い経済的利益（配当）を提供し、マスターノードを実行したり、プラットフォームに通貨をセットしてベットやマスターコードを作成することができます。長期的には、より公正で持続可能になります。 

おわりに

当初のコンセンサスメカニズムとして、PoWはゲーム理論のインセンティブ、分散コンピューティング、社会的コンセンサス、市場経済、暗号の証拠の融合を表しています。これによりブロックチェーン技術が生まれ、ネットワークは安全で持続可能な分散型コンセンサスで機能できるようになりました。

将来、ブロックチェーンがPoSに移行するかどうかにかかわらず、PoWは計算とゲーム理論の設計において大きな革新をもたらします。