この記事のポイント
  • プルーフオブワークは承認アルゴリズムの1つ
  • プルーフオブワークは機械の処理能力を基準にしている
  • 承認アルゴリズムの種類を知れば投資判断に役立つ

仮想通貨の技術的用語「Proof of Work(プルーフオブワーク)」はマイニングや仮想通貨投資にも役立つ知識です。

仮想通貨は取引の他にもマイニングによって利益を生むことができますが、承認アルゴリズムを知らないとマイニング報酬を受け取るのも難しいでしょう。プルーフオブワークはその承認アルゴリズムの1つの方法でしかありません。

まずは基本的なプルーフオブワークを理解し、その後に複数の承認アルゴリズムを知ることで今後の投資材料に役立ちます。

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)とは

プルーフオブワークとは、 ビットコインやイーサリアムなどの仮想通貨取引を承認する方法の1つです。

仮想通貨は取引所やウォレットから遠く離れた人に送金することができますが、送金時にデータの整合性を確かめる「承認チェック」を行います。プルーフオブワークは、その承認チェックの1つの手段です。

たとえば、ビットコインは10分ごとに承認チェックを行い、処理が完了した取引データは「ブロック」と呼ばれる格納庫に保管します。10分ごとに約4,000件の取引データを処理しなければならないため、承認チェックを行う人は膨大な計算処理が必要です。

実際に計算処理を行うのはコンピュータ。承認チェックを行う人はコンピュータの処理能力(マシンパワー)を貸し出してビットコインの送金処理をサポートしています。

承認チェックを行うのは私たち一般ユーザー、世界中の仮想通貨利用者、投資家たちです。

仮想通貨は企業や政府が中央集権的にデータを管理しているわけではありません。世界中の有志を集めてマシンパワーの提供を呼び掛けています。そして、承認チェックを行う人の中で最も速く計算式を解いたユーザーに報酬を与えることで、お互いが利益になる関係性を保っています。

ここまでがプルーフオブワークの説明ですが、もう少し詳しく理解するために「マイニングの仕組み」と「承認アルゴリズム」について解説します。

マイニングの仕組み

マイニングとは、10分ごとに生成するブロックの承認チェックを行うことです(ビットコインの場合)。承認チェックを行う人を「マイナー」と呼びます。

ここでは、プルーフオブワークを中心に説明していますので、マイニングについてもっと詳しく知りたい方は以下のページをご覧ください。

マイニングはブロックごとの計算処理を行い、取引データや送金記録を不正がないか確認します。10分ごとに1つのブロックを生成し、そのブロックを鎖状に繋げていく。これを「ブロックチェーン」と言います。

10分経てば次のブロックへと計算が繰り返されていくので、ブロックチェーンには膨大な取引データが蓄積するのです。過去の取引データは整合性が確認されていることから、マイニングはブロックチェーンの安全性(セキュリティ)を支えていると言っても過言ではありません。

そして、プルーフオブワークではマイニング作業を行う時に、コンピュータの処理能力を利用するということです。

▶ 『マイニング』についてくわしく知りたい方はこちらの記事が参考になります。

承認アルゴリズムとは

承認アルゴリズムを簡単に表現すると、取引の整合性をチェックするマイナーを決定する方法のこと。承認アルゴリズムには様々な種類があり、プルーフオブワークもその中の1つです。

プルーフオブワークは「一番最初に計算式を解いた人」がマイニングを行う権利を得ます。マイニングに100人参加していようが、1,000人参加していようが報酬を受け取れるのは1人だけということです(最近はマイニングプールという山分け制度も生まれました)。

マイニング報酬を受け取るためのポイントはコンピュータのスペックを高めること。もしくはコンピュータの量を増やすことです。

スペックの高い機器は複雑な計算処理を素早く処理できます。また、能力の高いコンピュータが増えると、それだけマイニング競争に勝ち残りやすいと言えるでしょう。

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)のしくみと特徴

PoWはブロックチェーン上でどのような働きをするのかみてみましょう。

ブロックチェーンに記録された取引は原則消えない

ブロックチェーンは一定時間ごとに発生した取引の記録をひとつの塊 (ブロック) へまとめて、時系列につなげていくしくみです。ひとつのブロックにはそのひとつ前のブロックのデータが入っており、前後に接続するブロックを変更することはできません。

ゆえに ブロックチェーン上に記録された履歴を消去したり差し替えたりすることは不可能となっています。

▶ 『ブロックチェーンの仕組み』についてくわしく知りたい方はこちらの記事が参考になります。

より多く計算した者にコイン報酬が付与される

仮想通貨のネットワークを支えるマイナーは、ブロック生成報酬を得るためにコンピュータを使って演算を行います。この演算を一番早く解いたマイナーに対して、ブロック生成報酬が与えられます。ブロックを生成すると新しいビットコインが発行され、そのビットコインがマイナーに付与されます。

PoWのWはWorkのことで、 報酬が与えられるのは一番多く労働したコンピュータです。ちなみになぜ「一番『多く』労働した」コンピュータなのかというと、演算は総当りで行われるからです。かんたんな演算をものすごいスピードで繰り返して解いていきます。

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)のメリット

プルーフオブワークの仕組みが分かれば、今度はそのメリットやデメリットも投資判断に役立ちます。プルーフオブワークを含め承認アルゴリズムには複数の種類が存在しますが、それぞれ長短があり、単純に良し悪しを決めることはできません。
プルーフオブワークのメリットは以下の2点です。

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)のメリット
  • 世界中でいつでもどこでもマイニングできる
  • コインに価値が生まれやすい
  • 中央管理者がいなくて成り立つシステム
  • 改ざんが難しい

世界中でいつでもどこでもマイニングできる

PoWのメリットは 世界中のだれもがマイニングに参加できることです。実際に報酬を得られるかどうかは利用するコンピュータの性能によりますが、参加する窓口が平等に開かれている点はビットコインの理念と同調しています。

コインに価値が生まれやすい

PoWはだれでも仮想通貨ネットワークに参加できます。仮想通貨のネットワークは参加者が多いほど攻撃が成功する確率が低くなり安定します。ゆえにネットワークが安定することで仮想通貨の価値も高まります

中央管理者がいなくて成り立つシステム

仮想通貨の取引は、「誰がいつ、いくら送金したか」というデータを誰でも見ることができます。中央管理者が存在せず、通貨の売買や送金などはユーザー同士の合意によって行われます。

しかし、管理する者がいないということは常にセキュリティの危険を伴うということです。いくら自由に売り買いできる市場でも、資金を盗んだり悪事を働く人が多ければ誰も参加しないでしょう。

この セキュリティ問題を解消する仕組みがプルーフオブワークを使ったマイニングです。10分ごとに必ずデータの整合性を確かめることで、中央管理者がいなくても成り立つシステムを確立しました。一方で、マイナー自身が不正を働く可能性も指摘できます。

改ざんが難しい

マイナーが不正を働いて、他のユーザーから資産を盗もうとする行為は事実上不可能です。

盗難や不正を行うにはマイニング中に取引データを書き換えなければなりません。しかし、ブロックチェーンは過去の取引データと現在マイニング中の取引データを紐付けています。つまり、マイニング中のデータ情報を変更しようと思えば、過去のすべての取引データを参照してデータを書きかえる必要があるのです。

膨大な書き換え作業を約10分もの短時間で行うのは不可能。マイナーは不正を働く労力よりも、正直に内容を報告して報酬を受け取る方が利益になるでしょう。ブロックチェーンという仕組みが改ざんや不正の抑止力となっています。

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)のデメリット

プルーフオブワークにはデメリットもあります。

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)のデメリット
  • 膨大な電気消費
  • 初期投資が大きい
  • 51%攻撃に弱い

膨大な電気消費

プルーフオブワークは基本的に24時間フル稼働でコンピュータを動かします。内部には熱が溜まるので冷却ファンも欠かせません。

マイニングに参加するユーザーが増えると、それだけ電気消費は膨大に膨れ上がります。更に、プルーフオブワークで計算を行っている数式は社会には役立たないデータなので、無駄に電気を消費しているだけという考え方も可能です。

初期投資が大きい

プルーフオブワークのマイニングで報酬を得るには計算処理の大きい機械が必要です。仮想通貨が生まれたばかりの頃(ビットコインは2008年に誕生)は送金量も少なく、家庭用のパソコンに搭載されているCPUやGPUでも十分に処理できました。

一方、2017年半ば頃から取引量が増え、CPUやGPUでは対処しきれなくなります。そこでマイニング専用のASICという機器が登場しましたが、1台辺りの価格は約15~25万円。決して安い初期投資額ではありません。

51%攻撃に弱い

51%攻撃とは、高度な機器を大量に揃えることでマイニング市場を独占し、悪事や不正を働く可能性のことです。51%攻撃については以下の記事で詳しく解説しています。

プルーフオブワークのマイニング競争に勝とうと思えば、処理能力の高いASICを大量に保有し、その規模を活かして運用すれば良いだけ。現実には、日本よりも電気代が3分の1程度で済む中国で巨大なマイニングファームが続々と誕生しています。このマイニングファームによる市場の寡占化が起こると、ブロックチェーンの取引記録を自由に改ざんできてしまうリスクがあるのです。

▶ 『51%攻撃』についてくわしく知りたい方はこちらの記事が参考になります。

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)とProof of Stake (プルーフオブステーク/PoS)の違い

マイニングの承認アルゴリズムには、プルーフオブワークの他にもプルーフオブステークという方法があります。ここでは、プルーフオブステークの特徴やメリット・デメリットについて解説していきます。

Proof of Stake (プルーフオブステーク/PoS)とは

プルーフオブワークが「マシンパワー(処理能力)」を基準に承認権を与えていたのに対し、プルーフオブステークは「通貨保有量」を基準に承認権を与える仕組みです。

つまり、通貨を多く持っている人の方が報酬を受け取る可能性が高いということ。時価総額2位のイーサリアムは今後このプルーフオブステークに変更していきます(2018年8月17日時点)。

Proof of Stake (プルーフオブステーク/PoS)のメリット

プルーフオブステークのメリットは以下の通りです。プルーフオブワークの短所を改善するために生まれた仕組みだけあって、電気消費問題や51%に強い特徴があります。

初期投資や電気代がかからない

プルーフオブステークは通貨を保有しているだけで承認権をもらえる(報酬を受け取れる)チャンスが生まれます。高額な機器を買う必要もなければ、マシンパワーを提供する必要もありません。

プルーフオブワークを採用するビットコインの場合、膨大な電気消費量が問題視されていますが、プルーフオブステークでは全く影響がないと言えるでしょう。

51%に対応できる

プルーフオブステークでも51%攻撃は起こり得ますが、市場の過半を占めるためには想像以上の資金力が必要です。

たとえば、2018年8月17日のイーサリアム時価総額は約3兆3,000億円。プルーフオブステークで過半を達成するには、およそ1兆6,500億円以上の資金が要ります。そのため、プルーフオブステークで51%攻撃を行うのは現実的ではありません。

Proof of Stake (プルーフオブステーク/PoS)のデメリット

仮想通貨の流動性が小さくなる

プルーフオブステークは通貨を保有しているだけで承認権が得られるため、当然ですがコインの売買をせずに保有しておく方がメリットが大きいです。しかし、ユーザーは一度買った通貨を手放さず放置したままになるので、市場の流動性は小さくなるデメリットがあるのです。

流動性が縮小することで、「売買したくてもできない」状態が生み出され、通貨にとってはマイナスの影響が強いでしょう。

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)が実装されているコイン

プルーフオブワークが実装されている仮想通貨は多いですが、有名どころは以下の3つとなります。

  • ビットコイン (Bitcoin/BTC)
  • ライトコイン (Litecoin/LTC)
  • ジーキャッシュ (Zcash/ZEC)

各通貨の特徴は以下の通りです。

ビットコイン (Bitcoin/BTC)

ビットコインは仮想通貨の基軸通貨でもあり、常に時価総額ランキング1位を記録しています。

時価総額が高いほど取引量も活発で、ビットコインのスケーラビリティ問題は常に議論の中心です。ビットコインは10分間に約4,000件ほどの処理能力しかないため、市場が暴騰した2017年12月には約25万件の送金遅れが発生。これがスケーラビリティ問題の最たる事例でしょう。

プルーフオブワークは複雑な計算式によって安全性を確保している反面、承認作業に時間がかかるデメリットは否めません。

ライトコイン (Litecoin/LTC)

ライトコインはビットコインと同じく、「将来の決済(支払い)通貨」を目指して開発されました。

ビットコインの承認時間10分よりも、ライトコインは4分の1の2分半で決済が完了します。決済処理スピードの速さは、一度に送金や取引できる回数が増えることを表しますが、一方でライトコインを支払いに使用できる店舗は少なく、今後の環境整備が待ち望まれています(ビットコイン決済可能店舗は既に300を超えます)。

ジーキャッシュ (Zcash/ZEC)

ジーキャッシュは匿名性に特化した仮想通貨で、過去の取引履歴は一般に公開されていません。

今後はブロックチェーンと個人情報が結びつき、自宅や給料の情報まで一般公開されてしまう懸念もありますが、ジーキャッシュなどの匿名通貨では情報流出は起こり得ないのです。しかし、取引記録を追跡できない仕組みを悪用してマネーロンダリングや、麻薬などを販売する裏サイトでの利用など危険性とも隣り合わせと言えます。

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)の将来性について

PoWのデメリットはマイニングに莫大な電気料金がかかることと、51%攻撃を受けて送金を不正に操作されるリスクがあることです。これらの問題点を踏まえて、PoWの将来性について解説します。

問題点が解消される可能性も

PoWは電力量の大量消費と不正送金のリスクがあることが問題点ですが、これらの問題点を抱えながらも運用が続いています。中には51%攻撃を受けた仮想通貨もありましたが、プログラムを修正するなど対策がとられてきました。

今後 プログラムのアップデートなどで問題点が解消される可能性もないわけではありません。

新しいアルゴリズムの台頭

PoWはビットコインに用いられているコンセンサスアルゴリズムですので、 どちらかというと古いアルゴリズムです。

2019年現在は、通貨の保有数が多い人にマイニング報酬を与えるPoS (Proof of Stake) や、自分でマイニングを行わず代理人を選出するDPoS (Delegated of Proof of Stake) など、大量の電力を消費しないタイプのアルゴリズムが主流となっています。

実際PoWは押され気味です。ただしマイニング機器の製造メーカーなどPoWがあるからこそ成り立っている産業もありますので、 PoW自体は無くならないでしょう

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)とProof of Stake (プルーフオブステーク/PoS)以外の承認アルゴリズム

DPoS

DPoS(Delegated Proof of Stake)とは、自分ではマイニングを行わず、代理人によってマイニングを行うコンセンサスアルゴリズムです。代理人は投票によって選ばれます。このDPosは仮想通貨リスクに用いられています。

通貨保有者は代理人 (Delegates) に立候補している人の中から好きな人に投票します。投票した代理人が当選ライン内に入ると、代理人がマイニングを行えるようになります。そして投票者に対してマイニング報酬の一部が配布されます。

PoC

PoCはリップルが採用されているコンセンサスアルゴリズムとされていますが、Ripple Protocol Consensus Algorithmが正式な名称です。リップルブロックチェーンに参加できるノード (Validator) はリップル社によって選定されており、一般の人は参加できません。

8割のノード (Validator) が承認すれば取引が承認され、数秒ごとにブロックが生成されていきます。

Tangle(タングル)

Tangleは仮想通貨アイオータで用いられているしくみです。 送金者自身が自分よりも前に送金したデータを承認します。ゆえにノードといったネットワークを支える人は存在せず、送金者自身がネットワークを構成します。

そもそもアイオータはブロックチェーンを採用しておらず、網目状に広がるDAGという特別な構造となっています。

Proof of Work (プルーフオブワーク/PoW)のまとめ

プルーフオブワークは承認アルゴリズムの1つで、マイニングを行う際にマシンパワーを基準に承認権を得ます。承認権を得たマイナーは報酬をもらえるので、プルーフオブワークには高度な機材と設備が必要です。

プルーフオブワークには膨大な電気消費や51%攻撃が問題で、解決する手段として様々な承認アルゴリズムが生まれました。各アルゴリズムの動向次第で投資の重要な情報にもなるため、仮想通貨取引を行っている方はぜひとも覚えておきましょう。

▶ 『マイニング』についてくわしく知りたい方はこちらの記事が参考になります。

執筆者情報
仮想通貨部 かそ部 編集部

名前。 はじめまして。本サイトの執筆を担当している、「仮想通貨部 かそ部」編集部です。本サイトは、仮想通貨の総合情報サイト「仮想通貨部 かそ部」の運営や、各種Web情報メディア事業を展開するドットメディア株式会社により運営されております。編集部一同、正確な論拠に基づいた調査のもと、読者(ユーザー)様にとって正確かつ最新の情報をお届けできるよう努めてまいりますので、どうぞよろしくお願い致します。

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