クリプトリーマンの仮想通貨体験記

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【解説】Proof of Workは信頼できるのか?

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こんにちはクリプトリーマンです。

今日は仮想通貨の取引承認方法で有名なProof of Workを紹介したいと思います。

取引承認の仕組みを知っておくべき理由

みなさんは仮想通貨の取引承認の仕組みをご存知ですか??
取引承認とは、送金完了という意味です。

「Proof of Workってやつでしょ・・・・?」

なんとなく知っているけど、どのような仕組みなのかはよく分からないという方は多いのではないでしょうか?しかし、将来的に仮想通貨で決済する世の中が来るのに、仮想通貨のアーリーアダプターであるあなたがどのようにして、自分のお金が送金されているかよく知らないのは不安ではありませんか?

https://hachi-style.com/wp-content/uploads/2016/07/chasm.jpg
引用:チャンスを掴むのはチャンスを掴む準備をした人だけ - ハチスタイル

取引承認の仕組みを知っておくべき理由は他にもあります。例えばビットコインは取引承認方法がProof of Workですが、2017年11月12日くらいに取引承認(送金)に深刻な遅延が発生しておりました。原因としては、コンピュータで取引承認を行うマイナーがビットコインキャッシュのマイニングに移動してしまったからです。このように非中央集権で知られるビットコインも現状はマイナーや取引所などの意向によってユーザーの資産保全や利便性が左右されてしまうという事態に直面しており、自分の資産がどのような仕組みで価値移動するのかを知ることは仮想通貨投資において重要です。

今日は仮想通貨の取引承認方法として有名なProof of Workについて解説したいと思います。

Proof of Work - 仕事量による証明

Proof of Work(プルーフ・オブ・ワーク)とは

世界最初の仮想通貨であるビットコインを発明したサトシ・ナカモトが提唱したネットワーク上で正確に価値交換を行うための取引承認方法である。最大の目的は、取引情報の正確性を誰でも証明できる訳ではないが、特定の誰かのみが証明する権限を持っている訳でもないという状況を作り出すことです。

https://coincheck.com/wp-content/uploads/2016/09/%E3%82%B9%E3%82%AF%E3%83%AA%E3%83%BC%E3%83%B3%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%83%E3%83%88-2016-09-20-16.58.42.png

採用通貨:Bitcoin/Ethereum/Ethereum Classic/Zcash/Siacoin/Monero/Litecoin/Monacoin/Dash

ビットコインを使ってA→Bに送金する取引が発生

複数の取引情報の集合体・一つ前のブロックのハッシュ値・ナンス値が掛け合わされたハッシュ値が生成される(暗号化される)

ナンス(nonce)とは、認証の過程で用いられる、
一度だけ使用される使い捨てのランダムな数値のことを指します。
ハッシュ(ハッシュ値)とは

ハッシュ(またはハッシュ値)とは、あるデータを変換して得られる固定長のデータです。ハッシュの特徴はデータを一方向にしか演算できない問いう点で、ハッシュ化されたデータを元のデータに戻すことはほぼ不可能とされています。
ハッシュ値(ハッシュ) | coincheck よくある質問

ここからマイニング(取引承認)を行うマイナーがコンピュータを使ってハッシュ値を総当りで計算しナンス値を見つけようとします。例えると昔学校の算数でやった空欄がある数式を埋める問題において、考えられうる数字をすべて試すというイメージです。

ハッシュ値を計算しナンス値の特定(=暗号解読)ができたらブロックの中に、一つ前のブロックのハッシュ値が記録され、新しいブロックとして他のマイナーに伝達されます。過半数のマイナーが計算の結果の成否を確認しブロックチェーンに繋ぐことを承認すると取引完了となります。つまりマイナー全体(ビットコイン・ネットワーク)がA→Bに送金したという事実を認識し認めたということです。ナンス値の特定=暗号の解読に最速で成功したマイナーに報酬としてビットコインが支払われる。

[確認]ブロックの中身

  1. 複数の取引情報
  2. ナンス値
  3. 一つ前のブロックのハッシュ値

Proof of Workの問題点

☆暗号解読に大量の電力が必要
→中国などの電気代の安い国や冷却設備をあまり必要としない寒い国にマイナーが集中するカントリーリスクが存在する

☆計算能力の中央集権化が起きる
→暗号の解読に必要な設備は規模の経済であるためマイナーの寡占化リスクが存在する

暗号とブロックを使う理由

暗号とブロックを使う理由としては、取引承認を効率的かつセキュリティを保った形で行うために「取引情報の正確性を誰でも証明できる訳ではないが、特定の誰かのみが証明する権限を持っている訳でもない(頑張れば誰でもできる的な)という状況を生み出すことを狙いとしている。具体的には複数の取引情報を集合体にして暗号化、それをマイナーが解読し新しいブロックとして生成(チェーンへの接続)・承認・報酬を受け取るという一連の行為によって持続的に実現されている。

マイナーの承認とは何か

ビットコインという仮想通貨システムを支える基盤技術であるブロックチェーンは日本語に訳すと分散型台帳技術と呼ばれている。何が分散型なのかというと、全く同じ取引情報が記録されたデータベースが世界中に複数存在しているというこである。この分散型データベースひとつひとつをノードやマイナーと呼ぶ。マイナーはマイニングによる報酬を得るためにビットコイン・ネットワークに参加し暗号解読用のコンピュータとブロックチェーンを記録し続ける記憶媒体を持っている。そして暗号解読競争に参加し、自分もしくは他のマイナーが解読できたら自らのブロックチェーンに記録することで解読結果を承認したということになり取引承認となる。この承認数が全マイナーの過半数を上回ればビットコイン・ネットワーク上で取引情報が正しいという扱いとなる

Proof of Workが導く経済合理性

Proof of Workの弱点として、取引情報改ざんのリスクがある。仮にブロックAの取引情報を改ざんしブロックチェーンに繋ごうとしてもブロックAのハッシュ値が変化し、後から続くブロックに記録されていたブロックAのハッシュ値と違ってしまいます。違いが生じないようにブロックAの前のブロックのハッシュ値を変更しようとするとブロックチェーン全体を改ざんし、さらに他のマイナーに承認してもらわなければならず、非常に困難である。しかし、過半数のマイナーが改ざんされた偽の取引情報を承認してしまう51%攻撃が発生するとビットコイン・ネットワーク上で正しい取引と認識されてしまう。だが、マイナーがこのような行為を行うとビットコインに対する信頼性と価値が落ちることになり、報酬をもらっても解読用のコンピュータリソースへの設備投資が回収できなくなる。そのためマイナーは正しく取引情報を承認することでビットコイン・ネットワークを守ろうという経済合理性(インセンティブ)が働くようになっている。これが特定の管理者を必要としない非中央集権を支える基盤となっている。

ユーザーのリスク

  • 取引情報の改ざんは困難ですが、改ざんされた取引情報を過半数のマイナーが承認するとブロックチェーンに記録されてしまい、送金先が変更されてしまう可能性がある。これを「51%攻撃」と言う。上記のカントリーリスクと寡占化リスクは51%攻撃を誘発するおそれがある。
  • 10分に1つブロックが生成されるように暗号解読の難易度(difficulty)が調整されているため取引承認に10分かかる。
  • マイナーの暗号解読能力(=ハッシュパワーもしくはハッシュレート)の高さによって取引承認に時間がかかってしまう。その時は難易度調整が行われるが2016ブロックごとに実施されるためそれまでは遅延が続いてしまう。