プルーフ・オブ・ステークはビットコインのエネルギーコストを削減できるか？

• ビットコインがプルーフ・オブ・ステーク？

ビットコインにはエネルギー問題がある。 コインのプルーフ・オブ・ワーク分散型コンセンサス・アルゴリズムのおかげで、ビットコインのマイニングは大規模なカーボンフットプリントを生み出している。 マイナーは年間29.05TWhの電力を使用すると推定されている。 これは世界の年間エネルギー消費量の0.13%に相当し、アフリカのほぼ全域を含む159カ国を上回る。

マイニングの競争的性質と相まって、ビットコインの指数関数的な成長は、このエネルギー消費の急増の主な原因となっている。 主流社会の注目と取引量の急増は、次のように問題を悪化させるばかりである。 ビットコインエネルギー消費指数 は、10月から11月にかけてのマイニング電力支出が29.98％増加したと推定している。

この指数関数的なペースで、暗号通貨は急成長を遂げており、2019年までにアメリカ全土よりも多くのエネルギーを消費する勢いだ。

要因

このエネルギー危機の根本原因を正しく診断するためには、ビットコインのネットワーク拡大とマイニングの仕組みの関係を掘り下げる必要がある。

ビットコインのプルーフ・オブ・ワークモデルでは、マイナーはブロックチェーン上の分散コンセンサス（ビットコインが流通する手段）を確保するために互いに競争する。 マイナーは、ネットワークを通じて送信されるトランザクションを検証するためにコンピューティングパワーをコミットする。

そのために、コンピュータは各取引を保護する暗号化パズルを解き、解けたらハッシュとして公開台帳のブロックに保存する。現在のブロックを完成させた最初の採掘者は、ビットコインでブロック報酬を受け取る。

画像でお分かりのように、プルーフ・オブ・ワークの競争的な性質は、マイナーができるだけ多くの処理能力をブロックチェーンにコミットするインセンティブを与えます。 マイニングリグの性能が高ければ高いほど、トランザクションの暗号化をより速く解くことができ、ブロックを完成させてその報酬を受け取る可能性が高くなります。

ビットコインの黎明期には、グラフィックカードやありふれたコンピュータのプロセッサで確実にマイニングを行うことができました。 しかし、そのような時代はとうの昔に過ぎ去りました。 多くのマイナーがビットコインの幸運の列車に飛び乗るにつれて、マイナーが優位に立てるように、より洗練されたマイニングソフトウェアが開発されました。このハードウェアの軍拡競争は、特定用途向け集積回路（ASIC）マイニングで頂点に達した。 TLDR用語でASICマイナーは、CPUやGPUよりも効率的で強力なプロセッサである。

まじめな話、コンピュータやグラフィックカードを使ってASICマイニングリグと競争しようとするなら、それはベスパでモナコグランプリに勝とうとするようなものです。

ASIC1つでさえ、マイニングを行うには十分ではありません。 大リーグのマイニングプールと競争する最大のマイニング協同組合は、何百ものASICを装備して巨大なプロセッサープールを作成します。 他のマイナーとの競争力を維持するために、これらのプールはリグにハードウェアを追加して全体のハッシュパワー（出力）を増やします。

マイニング・リグが電力を必要とするのは明らかであり、よりハードに働けば働くほど、より多くの電力を消費することになる。 そのため、プルーフ・オブ・ワークの競争インセンティブは、必ずエネルギー消費を指数関数的に増加させることにつながる。

また、これには難易度の上昇も含まれていません。 2,016ブロックごとに、ビットコインは難易度調整を行います。 この調整は、マイニングのハッシュレートに合わせてブロックの難易度を調整するもので、アルゴリズムを早く解きすぎてブロック報酬を吸い尽くしてしまうマイナーが出ないようにするためのものです。しかし、これが意味するのは、ネットワーク上のマイナーが増えれば増えるほど、調整のたびに暗号化されたアルゴリズムを解くのが難しくなるということだ。 これはまた、マイニングリグが競争力を維持するために、よりハードに働かなければならないことを意味し、その結果、さらに電力を消費することになる。

ビットコインを購入する人が増えれば増えるほど、より多くの採掘者がその価値を求めてビットコインに集まることになる。マイナーが増えれば、競争を煽るためのエネルギー消費も増え、ネットワークが拡大すれば、難易度調整のたびにマイナーはよりハードに働くことになり、エネルギー消費を悪化させるだけです。

それでは、この問題を覆し、潜在的な解決策を見てみましょう。

プルーフ・オブ・ステーク（Proof of stake）は、ブロックチェーンの分散コンセンサスに到達するための代替アルゴリズムである。それは が登場したのは2012年のことだった。 Peercoin、NXT、BlackCoinが主なアーリーアダプターである。

プルーフ・オブ・ステークモデルではマイナーは存在せず、代わりに取引の検証を担当するバリデーター（またはフォルジャー）が存在する。 通常、バリデーターはブロックチェーンのコアウォレットに一定額のプルーフ・オブ・ステーク通貨をステークする。

その通貨のネットワークは、次のブロックを構築するために決定論的に彼らを選択することができる。 選択の仕組みはアルゴリズムによって異なり、ランダムに選択されることもあれば、総資産やステークされた時間などの変数の組み合わせに基づいて選択されることもある。

プルーフ・オブ・ステークにはブロック報酬はなく、取引手数料のみが提供されるため、理論的にはプルーフ・オブ・ワーク・システムのような競争衝動は生じないことに注意することが重要だ。 ステークすればするほど、より頻繁な選択とより大きな取引手数料を受け取ることができるかもしれないが、ビットコインのように誰かを打ち負かそうとはしない。

プルーフ・オブ・ステークでは、ブロックチェーンのコア・ソフトウェアに電力を供給するのに十分なエネルギーさえあればよい。 ASICや暗号ハッシュ・プログラムにエネルギーを浪費する必要はない。 レースの例えに戻ると、レースで車を使うのではなく、車をスタートさせることで賞金をもらえるようなものだ。 スタートゲートに並んで参加賞のトロフィーを待ち、仲間のライバルよりも速くレースを完走するために余分なガソリンを浪費する心配はない。

一言で言えば、プルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake）は、エネルギー消費を大幅に削減することができます。 エネルギー消費の少ないプログラムを採用しているだけでなく、バリデータは、プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work）のコンセンサスの下で採掘者が行うように、生存力を維持するために互いに競い合う必要がありません。プルーフ・オブ・ステークにかかる取引手数料から多大な運用コストを差し引いた場合、プルーフ・オブ・ワークの報酬に匹敵するコストとなり、特に高価なマイニングリグを維持できない人々にとっては、プルーフ・オブ・ワークの報酬に匹敵するコストとなる。

最終的な考察：プルーフ・オブ・ステークでのビットコインは実現するか？

2017年5月、Vitalik Buterin氏はイーサリアムのブロックチェーンをCasperと呼ばれるプルーフ・オブ・ステーク・アルゴリズムに移行する計画を発表した。

当時は斬新で、2番目に大きな暗号資産でのプルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-Stake）の開始は、プルーフ・オブ・ステーク・システムにとって大きな支持となり、エコシステムは大きくPoSへとシフトした。

プルーフ・オブ・ステークがブロックチェーンの未来になる可能性は非常に高い。 イーサリアムの変化はそれを示しており、Vitalik Buterin氏はビットコインの短所を利用しながら、この仕組みの長所に価値を見出している。

Bitcoinのエネルギー危機は、暗号通貨が世間の注目を浴びるように前進する中で直面する最初の本当に重大な試練の1つである。 このような落とし穴や障害は、このような黎明期の技術では予想されることであるが、これらの苦難に適応するのはコミュニティ全体の責任である。プルーフ・オブ・ワークの欠点に対処することで、サトシ・ナカモトの創造への信念が損なわれると考える理由はない。 ビットコインの成功を望むのであれば、私たちは批判を警戒し、解決策を積極的に提示し続けなければならない。

おそらくプルーフ・オブ・ステークがビットコインの自滅を回避できるだろう。 イーサリアムのアルゴリズム変更に意味があるとすれば、それはプルーフ・オブ・ワークが現状では存続できないという暗号コミュニティへの明確なシグナルとなるはずだ。

問題は、市場が適応するかどうかだ。