プルーフ・オブ・ワーク（PoW）とは？新プレミアガイド2024
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）は、ブロックチェーン上に登場した最初のコンセンサスメカニズムであり、ビットコイン、ライトコイン、イーサリアム（2022年にPoSに切り替わった）など、多くのパブリックチェーンで使用されている。
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）とは何か？
プルーフ・オブ・ワーク(PoW)は、デバイスのネットワークがかなりの量の計算作業を実行することを必要とするコンセンサスメカニズムを説明する。ハル・フィニーは2004年、160ビットのセキュア・ハッシュ・アルゴリズム1（SHA-1）を使って「再利用可能なプルーフ・オブ・ワーク」の概念を適応させ、デジタル・トークンの概念を再構築した。
2009年に発売されたビットコインは、フィニーのPoWコンセプトを広く採用した最初のアプリケーションとなった（フィニーはビットコイン取引の最初の受信者でもある）。プルーフ・オブ・ワークは他の多くの暗号通貨の基礎を形成し、安全なコンセンサスを可能にしている。
キーポイント
- プルーフ・オブ・ワーク（PoW）は、ネットワーク参加者が暗号化された16進数を解くためにエネルギーを消費することを要求する分散型コンセンサスメカニズムである。
- プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work）とは、マイニング（採掘）とも呼ばれ、作業を完了することで報酬を得ることを指す。
- プルーフ・オブ・ワークは、信頼できる第三者機関を必要とせず、安全なピアツーピアの取引処理を可能にする。
- 大規模なプルーフ・オブ・ワークは多大なエネルギー消費を必要とし、それはより多くのマイナーがネットワークに参加すればするほど増大する。
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）を理解する
この説明では、プルーフ・オブ・ワークがビットコイン・ネットワークで果たす役割に焦点を当てる。ビットコインは一般的に暗号通貨と呼ばれるが、厳密にはトークンであり、ビットコインのブロックチェーン上の価値の所有権を表すものである。トークンの所有権は等価なアイテムと交換することができ、誰かに1ドルを渡すとキャンディがもらえるのと同じです。
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）ブロックチェーン
ブロックチェーンは、すべてのビットコイン取引を記録する分散型台帳で、スプレッドシートに取引を入力するのと似ている。各ブロックはセルのようなものだ。取引金額、ウォレットアドレス、時間、日付などの情報が記録され、ブロックチェーンのハッシュ関数によって作成された16進数であるブロックヘッダに暗号化される。
ハッシュ値を作成する際、各ブロックのハッシュ値が後続のブロックに使用される。これにより、各ブロックの情報が最新のブロックのハッシュに含まれるため、不変のブロックの連鎖が形成される。
ハッシュ値
ブロックがクローズされると、新しいブロックをオープンする前にハッシュ値を検証しなければならない。これがプルーフ・オブ・ワークの出番である。ハッシュ値は64ビットの暗号化された16進数である。現代の技術では、大量のデータをミリ秒単位でハッシュ化できる。しかし、マイナーはハッシュ値を推測しようとするため、計算時間がかかる。
マイニングとは、ハッシュ値を解くことによってトランザクションを検証し、報酬を得るプロセスである。
乱数
ハッシュ値には、”number used once “の略であるnonceと呼ばれる一連の数値が含まれる。マイナー（ハッシュ値を解くために使用されるノード上のプログラム）がマイニングを開始する際、公開されている情報からハッシュ値を生成するために0というnonceを使用する。
ハッシュ問題の解決
ハッシュ値が現在のネットワークターゲットより低ければ、マイナーはハッシュ値の解決に成功したことになる。ネットワークターゲットとは、数学的結果を16進数に変換したもので、マイニングの難易度を決定する。
ハッシュ値が目標値より大きい場合、マイニングプログラムはnonceを1インクリメントし、再びハッシュ値を生成する。ネットワーク全体のマイナーは、このようにしてハッシュ問題の解決を試みます。ビットコインのブロックチェーン上のハッシュ値を解いたマイナーは、現在完了した作業に対して報酬を受け取る。
プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステーク
最も人気のある2つのコンセンサスメカニズムは、プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークである。ビットコインの主な競合相手であるイーサリアムは、2022年9月にプルーフ・オブ・ステークに移行するまで、ブロックチェーン上でプルーフ・オブ・ワークを使用していた。この2つの主な違いは以下の通りです：
| 作品証明 | プルーフ・オブ・ステーク |
| 検証はマイナーネットワークによって行われる | 検証は、担保としてイーサを提供する参加者によって行われる。 |
| ビットコインはブロック報酬と取引手数料の両方でマイナーに報いる | イーサは取引手数料の支払いにのみ使用される |
| 競争力があり、多大なエネルギーと計算能力を必要とする | 計算パワーとエネルギーが少なくて済む |
考察
マイニングは競争的なプロセスであり、最強の計算能力を持つ者同士の競争となる。そのため、競争力のある計算作業が必要となるため、マイナーは報酬を受け取るチャンスを増やすためにマイニングプールに参加する。
Proof of Workはエネルギー消費でも知られている。ケンブリッジ大学は、ビットコインネットワークのエネルギー消費量を追跡し、その使用量を決定するために「最良の推測値」を使用している。ネットワークが使用するエネルギーは、いくつかの小国に匹敵する。しかし、産業用データネットワークやデータセンターが使用するエネルギーは、ビットコインネットワークのそれをはるかに上回っていることは注目に値する。
また、プルーフ・オブ・ワークは、他の方法と比べて検証速度がかなり遅い。例えば、トランザクションの発生件数はビットコインネットワークの処理能力を超えている。トランザクションは検証されるのを待ってメンプールに置かれ、2023年1月1日から2月9日までの平均確認時間は7分から91分（確認とはトランザクションが確認される時間を指す）。ビットコインの平均ブロックタイムは10分のままだが、イーサリアムPoSネットワークの平均ブロックタイムは2022年9月以降12秒となっている。
プルーフ・オブ・ワークの例
プルーフ・オブ・ワークは、コンピュータがハッシュ関数をランダムに実行し、正しい最小数の先頭ゼロを持つ出力を生成することを要求する。例えば、2024年5月8日に採掘されたブロック#842,533のハッシュ値は以下の通りです：
000000000000000000004f0f4988d6dee8c9d60100830d3d7633fffde5fdd986
ハッシュ化に成功したブロック報酬は3.125BTC、手数料は0.17220833BTC。
nonceは3,391,347,343で、このブロックには1,636件のトランザクションがある。覚えておいてほしいのは、ハッシュ値が生成され、nonceはゼロから始まり、目標値を下回る数値が達成されるまで、このブロックはマイナーによって33億回ハッシュされた。
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）とは何か？
PoWは、ネットワーク上のノードが、コンセンサスを達成し、悪意のあるアクターがネットワークを支配するのを防ぐために、分散化された方法で計算力（すなわち仕事）を費やしたという証拠を提供することを要求する。
なぜ暗号通貨にはプルーフ・オブ・ワークが必要なのか？
暗号通貨ブロックチェーンのようなネットワークは、非中央集権的でピアツーピアであるように設計されているため、コンセンサスとセキュリティを達成するために何らかの方法が必要となる。プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work）は、ネットワークを保護するためのリソース集約的な手法である。他にも、リソースをあまり必要としない証明メカニズムもある。証明メカニズムがなければ、ネットワークとその中に保存されたデータは攻撃や盗難に対して脆弱になる。
ビットコインはプルーフ・オブ・ワークを使うのか？
SHA-256ハッシュ関数に基づくPoWアルゴリズムを使って、取引の検証と確認、新しいビットコインの発行を行っています。
結論
プルーフ・オブ・ワークは、ブロックチェーン上のトランザクションを検証し、ネットワークに参加したトークンに報酬を与えるために、多くの暗号通貨で使用されているコンセンサスメカニズムである。プルーフ・オブ・ワークは、一般に利用可能なトランザクション情報を使用して、ネットワークターゲット以下の16進数を生成しようとする競争プロセスである。
PoWコンセンサスでは、何千ものマイニングプログラムがハッシュ値が解けるまで1つのブロックに取り組み、次のブロックに移る。