PoW（プルーフ・オブ・ワーク）

ビットコインなどの暗号資産（仮想通貨）を支えるプルーフ・オブ・ワークの仕組みとメリット・デメリット

プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work）とは？

プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work、「PoW」と略されます）とは、ビットコインを初めとした暗号資産（仮想通貨）の取引や送金データを正しくブロックチェーン（block chain）につなぐための仕組みです。一般的な金融商品と異なり、ビットコインなど暗号資産（仮想通貨）の多くを支えるシステムは中央に管理機関を持っているわけではありません。そのため、間違いなく売買や送金を成立させるためには、中央の監視者がいなくても容易に改ざんできないような仕組みが必要となります。プルーフ・オブ・ワークでは、必要な「計算」を成功させた人が、そのデータを「承認」して正しくブロックチェーンにつなぎこむ役割を担う仕組みとなっています。

ある取引や送金が発生したとき、そのデータは他の人によって承認されることで初めてブロックチェーンにつながれます。この承認作業とは、ブロックチェーンにデータをつなぐのに適したパラメータの値を計算する作業です。まず、いくつかの取引や送金のデータがブロックとしてまとめられます。ブロックをブロックチェーンにセットするためには、ナンス（Nonce）と呼ばれる答えの値を計算で発見する必要があります。いち早くナンスを求められた人は、他の計算者に答えを発表して正しいかどうか判断してもらいます。計算結果が正しいと認められれば、計算を行った人がブロックチェーンへのつなぎこみの権利を得て、報酬として暗号資産（仮想通貨）を手に入れるのです。

この計算およびデータ承認の作業のことをマイニング（mining）、作業を行う人や組織をマイナー（miner）と呼びます。プルーフ・オブ・ワークとは、マイナーによるマイニングによってデータの正しさについての合意＝コンセンサスを得る仕組みであり、「コンセンサスアルゴリズム（consensus algorithm）」の一つです。

プルーフ・オブ・ワークの考え方自体は、ビットコインが誕生した2008年以前から存在していました。1990年代には、セキュリティに関する専門的な議論の中でプルーフ・オブ・ワークが言及されることもありました。しかし、プルーフ・オブ・ワークが大規模な形で実用化されたのは、ビットコインがほとんど初めてなのです。

プルーフ・オブ・ワークのメリット・デメリット

プルーフ・オブ・ワークの最大のメリットは、取引記録の改ざんが極めて難しいということです。そもそも、非中央集権的なネットワーク構造を持つ暗号資産（仮想通貨）のシステムでは、データを正しくデータベースに格納することを誰が承認するのかがとても重要です。たとえば、10BTC（BTC：ビットコインの単位）を送金したはずなのに1BTCしか受け取れなかったというような事態が発生したら、ビットコインのシステムを使ってくれる人はいなくなってしまうでしょう。承認してくれる人であるマイナーが信頼できることは、システムを稼働させる上で大前提となるのです。当然ながら、マイナー個人の良心に依存するのは無理があります。

そこで、ビットコインなどの暗号資産（仮想通貨）を支えるシステムでは、マイニングの報酬を受け取るメリットの方が、データを改ざんするメリットを上回るように設計されています。もし過去のデータを改ざんしたければ、そのデータのあるブロック以降の全ブロックのナンスを再計算しないと、つじつまが合わなくなります。その再計算の最中も新しいブロックはどんどん追加されていくので、とても間に合いません。万が一ブロックチェーン全体の改ざんを可能とするマシンパワーを持つのなら、データを改ざんするよりマイニングに励んで報酬をもらった方が得です。プルーフ・オブ・ワークのシステムは、マイナーの良心ではなく経済的なメリットによって改ざんを困難にしています。

監視者なくデータの改ざんを難しくするプルーフ・オブ・ワークですが、デメリットもあります。まず、マイナーの競争が激化するにつれ、マイニングによる膨大な電力消費が問題化するようになりました。マイニング競争を勝ち抜いて答えを見つけるには、少しでもCPUの計算能力を高める必要があります。CPUの計算能力は、消費電力量にある程度依存しています。計算速度を速めるべく、マシンを何百台もつないでマイニングを行う「マイニング工場」が作られるほどで、マイニングの消費電力量は極めて大きくなっています。

また、これだけの性能を持つマシンを用意するのは、個人レベルではほぼ不可能です。結果として、マイニングに勝ち抜けるのは大資本を持つ組織だけとなります。せっかく非中央集権的なネットワークの仕組みを作り上げたのに、一部の組織だけがマイナーになってしまうと、結果的に中央集権化するのではないかとも危惧されています。

その具体的なリスクが、「51％攻撃」と言われるものです。全マイナーの総計算能力のうち、51％以上を有するマイナーがいたとすると、不正なブロックのチェーンを伸ばし続けることが理論的には可能となります。ただし、マイニングの独占やブロックチェーンの攻撃が利用者に知られると、ビットコインなどの暗号資産（仮想通貨）の価値が暴落するために不正を行うメリットもなくなってしまいます。そのため、経済的なインセンティブによる51％攻撃が行われるリスクは、とても低いと考えられます。