この記事では、プルーフ・オブ・ワークについての入門ガイドを提供する。Proof of Workは何のために必要なのか、Proof of WorkとProof of Stakeの違いなどを学びます。.
ナビゲーションを簡単にするために、目次をご覧ください：
- プルーフ・オブ・ワークとは何か？
- なぜPoWが必要なのか？
- ダブルスペンドとは何か？
- PoWはどのように機能するのか？
- プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステーク
- 結論
- よくある質問
プルーフ・オブ・ワークとは何か？
プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work、略してPoW）は、いわゆるコンセンサス・メカニズム（コンセンサス・メカニズムとも呼ばれる）である。 コンセンサス・アルゴリズム)で使用されている。 暗号通貨. .その目的は 二重支出. .プルーフ・オブ・ワークは、一般的に暗号通貨の台帳セキュリティ手法と呼ばれている。.
プルーフ・オブ・ワークは、最初に作られたコンセンサス・アルゴリズムであるため、他のコンセンサス・アルゴリズムの中では、いまだに支配的なものと考えられている。. サトシ・ナカモト, その ビットコイン の生みの親が2008年にPoWを発表した。しかし、実際には、PoWを可能にする技術は以前から知られていた。 期以前.
暗号通貨時代以前のPoWアルゴリズムの最も有名な例は、アダム・バックによるHashCashである。これは、メールを送信する前に送信者に一定量の計算を要求することで、スパムメールの数を減らすツールとして機能した。個人のメール送信者にとっては計算量は比較的少なかったが、大量のメール送信を行う人にとっては劇的に増大した。.
なぜ労働証明が必要なのか？
この問いに答えるには、まず、どのようにすればいいのかを見てみる必要がある。 ブロックチェーン技術 の作品だ。.
ビットコインのネットワークでは、ユーザーが自分の取引をネットワークにブロードキャストしても、後者はすぐに検証されたステータスを得られないため、ユーザーが取引を確認するシステムが必要である。取引はまずブロックチェーンシステムの一部になる必要がある。ブロックチェーンはオープンなデータベースなので、各ユーザーはネットワーク内のすべての資金の履歴を追うことができる。それを見る最も簡単な方法はメモ帳だ。.
これがアイデアだ：
- あなたとあと3人の友人が同じメモ帳を共有している；;
- 4人はこのメモ帳を使って取引を記録し、各自がいくら使ったかを確認する；;
- 各新規取引を有効にするには、その取引を行う際に、資金を提供した前回の取引を参照する；;
- そのため、もしあなたの友人が同じ資金を使って取引を行おうとした場合、そのような取引は無効とみなされ、ブロックされてしまいます。.
しかし、ここで問題が発生する。このようなシステムが機能するのは、お互いを知っている少人数のグループに対してのみであり、取引を行う際に合意し、その詳細を相互のメモ帳に書き込むことで、その操作を完全に透明化し、追跡可能にすることができる。しかし、同じことを例えば1万人以上の膨大なオンライン・ユーザーのグループに対して行いたい場合はどうだろう？この場合、見ず知らずの他人に取引を管理させようとは誰も思わないだろうから、メモ帳を使ったアプローチはうまくいかないだろう。.
だからこそ、デジタル通貨ネットワークにはプルーフ・オブ・ワークの仕組みが必要なのだ。この仕組みは、ユーザーが使う権利のない資産を使うためのブロックとして機能する。PoWアルゴリズムは以下を組み合わせている。 ゲーム理論 ビットコイン・ブロックチェーンのユーザーは、システムに従ってビットコインの取引データを更新することができる。.
PoWはどのように機能するのか？
マイニングとは何か？
プルーフ・オブ・ワークの実際の仕組みを理解するためには、まずマイニングとは何かを学ぶ必要がある。.
ブロックチェーンにトランザクションを追加する場合、個別に追加することはできず、ブロックに集める必要がある。トランザクションがネットワーク内に現れるとすぐに、その概念は次のようになる。 候補ブロック. .そして、この候補ブロックは、有効になるために、言い換えれば、ブロックチェーンに追加されるために、その検証を待つ。.
新しいブロックを作るのは、最も安いプロセスではない。それには一定のリソースが必要であり、それはコンピューティング・パワーである。ブロックを作成する人はマイナーと呼ばれるため、マイニングパワーとも呼ばれます。採掘者は（十分なCUPを備えた最新のコンピュータを使用して）いわゆる計算パズルを解く - すなわち、, ハッシュ ブロックのデータ。.
ブロックのデータをハッシュ化するとは？それは ハッシュ関数 これはブロックハッシュを生成する。ハッシュ関数を通して処理されると、新しいブロックは固有のコード、つまりフィンガープリントのようなものを受け取ります。この「フィンガープリント」が、ブロックの入力データに個別のアイデンティティを与える。.
ブロックハッシュから入力データを取り出すことはできない。しかし、入力がわかれば、そのブロックが正しいかどうかがわかる。そのために必要なのは、ハッシュ関数を通して入力を処理し、出力が同じであることを確認することだけだ。.
プルーフ・オブ・ワークは、データ・ハッシュが特定の条件に一致することを要求する。データ・ハッシュが条件と一致していることを確認するには、ハッシュ関数にデータを通す必要がある。チェックの結果、データが一致しない場合は、データを少し変更して修正する必要がある。たった1文字の変更でも、出力結果がまったく予測できないほど大きな違いが生じることを知っておくことが重要だ。.
要するに、ブロックの作成は予測不可能な作業なのだ。結局のところ、トランザクションの数を他の重要なデータとハッシュ化するだけなのだ。常に必要なのは、一定のデータセットを可変データで補完することである。それがなければ、ハッシュの出力は常に変化しない。.
先ほど述べた変数データは、次のように呼ばれる。 ノンス. .これは、異なるハッシュを与えるたびに変化する数字である。このプロセス自体をマイニングと呼ぶ。.
そもそもマイニングとは何なのか？
- マイニングとは、ブロックチェーンのデータを収集し、特定のハッシュを見つける目的でノンスでハッシュ化するプロセスである。採掘者は、プロトコルで指定された条件に一致するハッシュを見つけると、新しいブロックをネットワークにブロードキャストする権利を得る。同時に、新しいブロックを含む他のネットワークユーザーによってブロックチェーンが更新される。.
マイニングの過程でマッチングしなければならない条件は、デジタル通貨によって異なる。例えば、非常に難しい条件の通貨もあります。それはすべて ハッシュレート ハッシュレートが高いほど、有効なハッシュを見つけるのが難しくなる。もしハッシュレートが低ければ、マイナーはすぐにコインを見つけすぎてしまい、その数はどんどん増えていくだろう。.
しかし、採掘は不可能ではない。適度にハードであるべきだということだ。そうでなければ、他の採掘者が参加する意味がない。マイニングは競争である。毎日、マイナーたちは互いに競い合う。採掘者の仕事は最終的に報われ、さらなる採掘への意欲を高める。.
前にも述べたように、マイニング（数学パズルを解くこと）には膨大な計算能力が必要だ。しかし、それだけではない。ご存知のように、コンピューターが作動するには電気が必要です。そのため、マイニングは電気代に関して重い作業となる。有効なハッシュには報酬が支払われる。つまり、採掘者が有効なハッシュを見つけるたびに、ブロック報酬として 暗号通貨.
公開鍵暗号とは何か？
前述の情報を総合すると、次のような結論が得られる：
- 採掘にはコストがかかる（採掘ハードウェア＋大量の電力使用）
- マイナーは有効なブロックを見つけるとブロック報酬を得る
- 入力データがあれば、ブロックチェーンのユーザーはCPUパワーをあまり使わずにブロックが有効であることを確認できる。.
しかし、楽な道を選びたがる人は常にいるということだ。この場合、ズルをしようとする人たちだ。そんなことが可能だろうか。偽の取引をいくつも作り、それを1つのブロックにハッシュ化し、新しい有効なブロックを作って逃げることができるのだろうか？技術的に言えば、答えはイエスだ。しかし、悪質な行為者がパブリック・ブロックチェーンを自分たちの利益のために悪用するのを阻止する方法はある。.
ユーザーが資金を使用する権利を持っているかどうかを確認するために、特別な暗号メカニズムが使用されます - それは公開鍵暗号と呼ばれています。その概念は以下の通りである：
- トランザクションを作成する際、ユーザーは以下のことをしなければならない。 サインする;
- 署名は公開され、どのユーザーもアクセスできる；;
- 他のユーザーは、署名と公開鍵を比較することができ、もし両者が一致すれば、その取引は有効となる；;
- ユーザーは、取引の作成者が実際に資金を使用できるかどうか、また出力合計が入力合計より低いかどうかを確認することもできる。.
詳細はこちら、, この記事をお読みください.
ネットワークは無効な取引ブロックを削除するため、巨額の金銭的損失が発生する。つまり、ブロックチェーン・ネットワーク内での不正行為は、実に高くつくのだ。そしてこれが、プルーフ・オブ・ワーク（およびその他のコンセンサス・メカニズム）の背後にある実際のアイデアなのだ：
- PoWのコンセンサス・メカニズムは、不正行為を高価なものにするが、その一方で、正直に行動することを奨励し、そうすることで大きな利益を生む。.
二重支出とは何か？
プルーフ・オブ・ワークについて語るとき、知っておくべき基本的な用語がある。ダブルスペンディング（二重支出）である。.
A 二重支出 は基本的に、ユーザーが複数回使おうとする資金である。これはデジタルマネーの運用を表す一般的な用語である。その理由は、デジタルファンドは不換紙幣、つまり物理的世界に実際に存在するお金とは違うからだ。結局のところ、デジタル通貨を扱う人は皆、ある時点で、デジタル通貨には現実世界での価値がないことを認めざるを得なくなる。しかし、繰り返しになるが、様々な理由から、暗号通貨はここ数年、暗号ブームと詐欺のテクニックの数々をもたらす大きな存在となっている。そのひとつが二重消費だ。.
はっきりさせよう：
- 物理的な現金で二重に支払うことはできないが、同じデジタル通貨資金を使ってビットコイン取引をすることはできる（少なくとも試みはできる）（もちろん、これは詐欺である）。.
次のような状況を思い浮かべてほしい。コーヒーを1杯買い、現金で支払った。もう一杯コーヒーを飲みたいと思ったとき、同じドル紙幣を使って支払うことはできない。また、先に述べた理由により、そのお札を別の店で使うこともできない。.
しかしデジタル通貨なら、そのトリックをやってのけることができる。デジタルマネーはゼロと1の束（つまり、ファイルに圧縮されたデータ）に過ぎないので、このデータを複製して、好きなだけ多くの人に電子メールで送ることができる。だからこそ、同じ資金を別の場所で使うことを防ぐ仕組みが非常に重要なのだ。そのような仕組みがなければ、二重支出は通貨を破壊することになる。.
二重支出についての詳細はこちら、, このガイドを読む.
プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステーク
上で述べたように、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）だけがコンセンサス・アルゴリズムではありません。このセクションでは、プルーフ・オブ・ワーク・アルゴリズムのライバルとなりうるものを紹介します。 プルーフ・オブ・ステーク.
プルーフ・オブ・ステークとは何か？
プルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake）は、トランザクションを検証しコンセンサスを得ることができる、もう1つの一般的なコンセンサスメカニズムである。しかし、PoSはPoWとは全く異なるアプローチを採用している。Proof of Workとは異なり、Proof of Stakeは仮想的に機能する。.
つまり、PoWがCPUのコスト関数を実行する（あるいは計算パズルを解く）ために膨大な計算能力を必要とするのに対し、PoSの主な特徴はバリデーターを使用することである。バリデータは不正行為を防ぐためにステークをロックする。その後、バリデーターは次にチェーンに追加されるブロックを決定する必要がある。そして、選ばれたブロックに賭ける。ブロックがチェーンに登場すれば、バリデータは賭け金全額に比例した報酬を受け取る。.
PoSはPoWより優れているのか？
Proof of Stakeはまだ暗号ブロックチェーンに完全に統合されていない。そして、それを最初に行うブロックチェーンの1つがイーサリアム・ネットワークである。イーサリアムのコミュニティは、近い将来にプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークに切り替わることを心待ちにしている。その理由は、プルーフ・オブ・ワークは電力消費が大きすぎるからです。CPUの価格決定機能は、PoSによるトランザクション検証よりも多くのマイニングパワーを必要とします。そして、より多くのマイナーがマイニングプールに参加すればするほど、より多くの電力が必要となる。.
世界中の多くの人々が、こうした電力消費量を心配している。そのためイーサリアムのブロックチェーンは、より環境に優しい解決策を模索する試みの中で、プルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake）のメカニズムを利用したいと考えている。.
PoW対PoSの競争におけるもう一つのポイントは、スピード（1秒あたりのトランザクション数）である。プルーフ・オブ・ステークでは、プルーフ・オブ・ワークの処理にかなりの時間がかかるのに比べ、ユーザーはわずか数秒で資金を送受信できる。ちなみに、後者の要因は暗号ネットワーク内の取引手数料の増加にも影響する。.
そして最後に、セキュリティの問題がある。プルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake）はプルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work）よりも安全なのだろうか？答えはイエスである。CASPERプロトコルのおかげで、PoSはPoWよりも安全である可能性がある。さらに、PoSベースのシステムに対するハッカー攻撃はより高価になり、その結果、より稀になる。.
結論
その昔、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）は、以下のことを検出するためのオリジナルのメカニズムだった。 二重支出 の中にある。 ビットコイン ブロックチェーン暗号技術を組み合わせる, ハッシュ関数, PoWは、安定した分散コンセンサスに基づくシステムを構築する分散型ネットワークにおいて、より安全な運用を可能にする。.
よくあるご質問
プルーフ・オブ・ワーク・プロトコルとは何か？
PoWプロトコルは、分散型暗号通貨システム内のトランザクションを検証するメカニズムである。プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work）により、二重支出（複数の取引に1つの同じ資金を使用する詐欺の手法）を行うことが不可能になる。.
プルーフ・オブ・ステークとプルーフ・オブ・ワークの違いは何ですか？
最もよく使われている2つのコンセンサス・プロトコルには、主に2つの違いがある。1つ目の違いは、プルーフ・オブ・ステークがよりエネルギー効率の高いアプローチを採用しているのに対し、プルーフ・オブ・ワークは運用に大量の電気エネルギーを必要とする点である。2つ目の違いは、Proof of StakeはCASPERプロトコルのおかげで潜在的に安全であり、ハッカー攻撃のコストが増加することである。.
“数学的パズル ”とはどういう意味ですか？”
数学的パズル」を解くことが、暗号コインの採掘プロセスである。世界中のマイナーは、高価なコンピュータ機器を使用し、膨大な量のデータを処理して新しいユニットを作成し、ブロックチェーンに追加することで、ビットコイン（およびその他の暗号コイン）を「採掘」するために大量の電力を消費する。.
PoWトークンとは何ですか？
PoWトークンは、電子メールなど多くのアプリケーションで擬似的な支払いとして使用される「通貨」である。電子メールにPoWトークンが添付されていれば、その電子メールはスパムがないということになる。PoWトークンは、再利用可能なプルーフ・オブ・ワークにも使用される。つまり技術的に言えば、PoWトークンはアンチスパムシステムの要素である。.