ビットコインのPoWメカニズムを再考する：本当にエネルギーを浪費しているのか？

この記事はEthereum愛好者に掲載され、原文タイトルは「見解 | PoWは効率的」で、著者はDan Held、翻訳：阿剣です。

多くの人々はビットコインのプルーフ・オブ・ワーク（PoW）メカニズムが「電力を浪費している」と考えています。私は皆に説明したいと思います：実際、すべてはエネルギーであり、通貨もエネルギーです。エネルギーの評価は主観的であり、最終的にPoWのエネルギー消費は既存の規制システムと比較してどうなのか。この文章は業界内の多くの人々のオリジナルな考えを混ぜ合わせたもので、私が行ったのはそれらの意見を集約し、抽出し、組み合わせることだけです。

労働（Work）はエネルギーである

「仕事（work）」はエネルギーの単位として扱われ、フランスの数学者ガスパール＝ギュスターヴ・ド・コリオリスに由来します。彼はエネルギーを「行われた仕事（work done）」として定義しました。

昔、経済活動における仕事は完全に人力から来ており、これらのエネルギーは食物から得られていました。

約100万年前、人類は偶然にも火を使うことを学びました。その結果、人類が駆使できるエネルギーは増加しました。なぜなら、私たちは食べ物を食べることで温度を維持するだけでなく、焚き火から暖を取ることもできるからです。この追加のエネルギー消費は私たちの生活水準を向上させました。

数千年前、私たちのエネルギー消費はさらに増加しました。なぜなら、家畜を飼い始めたからです。動物は人力の代わりになりますが、これらの労働力にも食物が必要です。このエネルギーの需要を満たすために大量の食物が必要でしたが、私たちの生活はより繁栄しました。

過去数百年の間に、大型機械が発明され、これらの機械自体が仕事をすることができるようになりました。最初は水流や風力からエネルギーを得ていましたが、後に石炭や天然ガスなどのより安価なものに変わり、現在では核エネルギー（核融合/核分裂）に至っています。機械も生物も、エネルギーを消費して仕事をしています。

私たちの経済生活は、通貨の上に築かれているのではなく、仕事とエネルギーの上に築かれています。私たちの生活のすべてはエネルギーの価格に密接に関連しています。水を浄化するにはエネルギーが必要です；貨物を輸送するにもエネルギーが必要です；製品を製造するにもエネルギーが必要です；料理も同様です；冷蔵庫や冷凍庫もエネルギーを必要とします。自由市場では、各商品の単位コストは、その商品を製造するために必要なエネルギー消費を反映しています。自由市場は人々に物美しさと価格の良い商品を生産することを奨励するため、各商品の生産におけるエネルギー消費は最小化されています。通貨は商品やサービスを生産するために必要な仕事の代表であり、したがって蓄えられたエネルギーとも考えられます。

20世紀の前半、産業界のリーダーであるヘンリー・フォード（Henry Ford）やトーマス・エジソン（Thomas Edison）は、「エネルギー単位」または「エネルギー通貨」（商品通貨/エネルギー通貨）を金やドルの代わりに使用することを志向していました。当時、この概念は非常に人気がありました。なぜなら、それらは健全な通貨のいくつかの特徴を持っていたからです：統計単位を正確に定義でき、測定が容易で/偽造が難しく、より小さな単位に分割可能であり、均質性（つまり、各単位が他の単位と区別がない）を持っていました。しかし、エネルギー通貨にも欠点がありました：移転が難しく、保管が難しいのです。

「人々が何かを欲しがるようにするには、そのものを手に入れるのが難しいようにすればよい。」

------ マーク・トウェイン

時間を2008年10月31日に進めると、中本聡がビットコインのホワイトペーパーを公開しました。ビットコインで使用されるプルーフ・オブ・ワーク（訳者注：上記の文脈では「仕事証明」とも訳せる）の発明の目的は、メール攻撃に対抗する手段としてでした。ただし、その後中本聡はこれをデジタル通貨に応用しました。PoWマイニングは、簡単に言えば、専用の機械（ASICなど）を使用して電力を（ブロック報酬を通じて）ビットコインに変換することです。機械はハッシュ計算を繰り返し実行し（推測でもあり投票でもあります）、暗号学的な難題を解決し、ビットコイン（ブロック報酬）を受け取るまで続けます。この暗号学的な難題は、そのマイナーが多くのエネルギー（ASICおよび電力の形で）を消費したことを証明し、マイナーが仕事をしたことを証明します。ビットコインには、資本主義に似た投票メカニズムがあります。「真金をリスクにさらして投票権を得る」ためには、エネルギーを消費し、ASICを使用してハッシュ値（投票）を生成する必要があります。------ ヒューゴ・グエン

中本聡がPoWを設計したとき、彼は人類の合意形成メカニズムを根本的に変え、政治的投票を無関係な投票（ハッシュ値）に変えました。それはエネルギーの転換に依存しています。仕事証明は消費証明でもあり、あるいはエネルギーが消費されたことの検証です。それが重要なのは、デジタル世界で物理的世界の事物を検証する最もシンプルで公平な方法だからです。PoWは物理に関係し、コードには関係ありません。ビットコインはスーパー商品であり、エネルギーによって鋳造されたもので、宇宙全体の基本商品です。PoWは電力をデジタルゴールドに変えます。

ビットコインの台帳が作成困難である限り、それは/であることが改ざん不可能です。仕事証明は「非常に高価」であることは間違いありませんが、これは特性であり欠点ではありません。今日まで、「防衛」という言葉は、価値のあるものを囲むために厚い物理的な壁を作ることを意味します。暗号通貨の新しい世界はそれほど直感的ではなく、私たちのお金を守るための触れることのできる壁も、ドアや鍵もありません。ビットコインの公開台帳は、その集まったハッシュ計算能力、つまり壁を作るために費やされた総エネルギーによって保護されています。この設計は高価で透明であり、壁を取り壊すためには同じ量のエネルギーを支払う必要があることを意味します（偽造不可能な贅沢な浪費）。

訳者注：こう言うのは厳密ではありません。PoWの壁を取り壊すには同じ量のハッシュ回数を支払うだけで済み、必ずしも同じ量のエネルギーを支払う必要はありません。なぜなら、機械の計算効率（単位エネルギー投入あたりのハッシュ回数）はますます高くなるからです。

エネルギー消費

暗号通貨の批評家は常に言います：ビットコインのPoWはゴミであり、数年以内（例えば2020年）に世界はビットコインによって破壊されるだろう！あなたも気づいたかもしれませんが、「世界の終わり」を宣伝するほとんどの文章はアレックス・デ・ヴリーズの分析に基づいています。この人は「金融経済学者でありブロックチェーンの専門家」であり、プライスウォーターハウスクーパースのオランダの会社に勤務し、Digiconomistのウェブサイトの著者です。彼の予測は多くの公正な批判を受けており、その要点は彼のひどいエネルギー消費計算式にあります。彼が選んだ重要な指標「1回の取引あたりの平均電力消費量」も意図的に読者を誤解させるもので、理由は以下の通りです：

• エネルギー消費はブロック数で測定されますが、1つのブロック内にいくつの取引があるかは不確定です。より多くの取引をパッケージ化することは、必ずしもより多くのエネルギーを消費することを意味しません。

• 1回のビットコイン取引の経済密度（economic density、または「経済価値」とも訳せる）も常に向上しています（バッチ処理取引、Segwit技術、ライトニングネットワークなど）。ビットコインはますます決済ネットワークになっており、エネルギーあたりの経済価値も倍増しています。

• 1回の取引の平均エネルギー消費量はビットコインのPoWメカニズムの効率を測るには不十分であり、経済史の安全性に基づいて定義されるべきです。エネルギー消費はすでに採掘されたビットコインを保護しており、インフレ率が低下するにつれてこの比率はますます低くなります（訳者注：ここでの「比率」が何を指しているのか不明ですが、もしそれが採掘されたビットコインの数とその理論上の最大数の比率であれば、常に向上しているはずです）。1枚のビットコインは、すべてのブロックが採掘されたときに費やされたエネルギーを「蓄積」しています。研究者のLaurentMTは実証研究を通じて、ビットコインのPoWはますます効率的になることを証明しました。なぜなら、増加するコストはシステムが保護する総価値のより大きな増加によって相殺されるからです。

今、私たちはエネルギー消費のROI（投資回収率）の正しいKPIが何であるべきかを知っています。ビットコインのPoWのエネルギーコストの変動傾向を見てみましょう。

ASICの効率の成長率は鈍化しています。効率の成長が遅いため、製造業者間の競争は激化し、利益は減少しています。

UCSD.edu

bloomberg.com

マイニングの総コストは、ASICデバイスの初期取得コスト（資本支出）から持続的なエネルギー支出（運営コスト）に移行し続けます。マイニングセンターの物理的な場所はビットコインネットワークにとって重要ではないため（マイニングファームは移動可能です）、マイナーは追加の電力を最低限の限界コストで生産できる地域に移動します。長期的には、これがより効率的な世界のエネルギー市場を生み出す可能性があります。なぜなら、ビットコインマイナーは世界中で電力価格のアービトラージを行うからです。ビットコインのマイニングコストは、余剰電力の最低価値に変わります。これにより、再生可能エネルギー（例えば水素エネルギーやバイオガス）の問題の一つが解決されることが期待されます：電力は予測可能であり、即座に使用しなければ浪費されてしまいます。将来的には、ビットコインマイニングが変動出力の再生可能エネルギーを助けることができるでしょう。エネルギー製造者は必要に応じてマイニング機を起動し、余剰の電力をビットコインに変換できます。

アルミニウムは以前、再生可能エネルギーが豊富な国（例えばアイスランド）から「電力を輸出する」一般的な手段でした。ボーキサイト（アルミニウム鉱石）を精錬するには膨大なエネルギーが必要であり、この変換は一方向です（ハッシュ関数に似ているのでは？）。アルミニウムの「異常な」エネルギー消費に関する懸念は、1979年から続いており（中央集権に対する懸念も含まれています）、すべての企業はこの星で安価なエネルギーと優遇政策を求め続けています。アルミニウム製造業は数十年にわたって発展してきたため、1キログラムのアルミニウムを生産するのに必要な電力量も減少しています。

energy.gov

「このグローバルなエネルギーネットワークは、未利用の資産を解放し、新しい資産を生み出します。エネルギー価格が低い場所は低く、エネルギーが高い場所は高い、3Dプリントされた世界地図を想像してください。私の目には、ビットコインマイニングはこの地図の表面に水を注ぐようなもので、水は谷間や隙間を流れ、どこでも水平になるまで流れ続けます。」

------ ニック・カーター

ビットコインはすべての電力の最後の買い手であり、未利用のエネルギーを開発するための新しい利用法を促進するプラットフォームを創造します。これらのエネルギーは、ビットコインがなければ開発されることはありません。

「いつ、PoWを生産するためのエネルギーが増えなくなるのでしょうか？正確には、十分なエネルギー製造者が直接PoWを生産し始め、PoWを運営するための1kWhの限界利益が電力網に1kWhを販売する際の限界利益と等しくなるときです。つまり、PoWの「プレミアム」が0に下がるときです。この均衡点を「中本聡」点と呼びます。私は、PoWの電力消費が世界の1〜10％を占めるとき、この均衡点が訪れると見積もっています。」

------ ドルーブ・バンサル

一部の人々はビットコインマイニングが「何か有用なことをしない」と不満を言います。例えば素数を探すことです。仕事をする人に副次的な報酬プロジェクトを追加するのは良いアイデアのように思えますが、これは安全リスクを引き起こします。報酬を分割することは、「副次的な機能のために仕事をすることが主要な機能のために仕事をするよりも大きな価値を得る」状況を引き起こす可能性があります（Dergigi）。副次的な機能が無害であっても（例えば熱を発生させること）、X回のハッシュ計算で期待されるのは100ドルだけでなく、追加の5ドル（熱を提供したため）も得られるため、この「マイニングストーブ」はハードウェアの効率を向上させ、ブロック生成の難易度を上げ、単位ブロックあたりのエネルギー消費を増加させるだけです。幸いなことに、ビットコインはこの問題に直面することはありません。なぜなら、その安全性は純粋なプルーフ・オブ・ワークアルゴリズムによって保護されているからです。

注意：ビットコインはすでにこの社会に非常に有用なものを提供しています（そうでなければマイニングで利益を上げることはできません）。また、マイナーに完全に利他的な理由でマイニングを行うよう求めるのも非合理的です。

相対コスト

何をするにもエネルギーを消費します（熱力学の第一法則）。エネルギーのある用途がより多くの浪費を伴うか少ないかを言うのは、完全に自己中心的です。なぜなら、すべてのユーザーは電力を使用するために同じ価格を支払わなければならないからです。

「人々が電力料金を支払う価値のある用途を見つける限り、電力は浪費とは見なされません。電力を支払った人々はビットコインを報酬として得ます。」 ------ サイフディーン・アモス

熱力学の観点から見ると、宇宙全体は究極の閉じたシステムです。ビットコインによる追加の電力消費は、既存の法定通貨システムが消費するものよりもはるかに少ないです。法定通貨システムは銀行インフラだけでなく、暴力や政治機械も必要とします。そして、電力を利用して金融システムの骨格を保護することは「ゼロサム」の結果です。以下に、既存の金融、軍隊、政治システムを大まかに比較しました（注釈は記事の最後にあります）。

グラフのインスピレーションは@hassmccookと彼のオリジナルの記事「ビットコインマイニングの経済的および環境的コスト」から得られました。

I型文明

安価なエネルギーを追求する過程で、私たちは世界により大きな豊かさを創造します。ビットコインは、これらの新しい、全く異なるエネルギーを利用することで、私たちをKardeshev I型経済段階に導くだけでなく、Kardeshev I型エネルギー文明にさらに近づけることができます（私たちはすでに約0.72のKardeshev指数を達成しています）（訳者注：Kardeshevは前ソ連の天文学者で、文明が利用できるエネルギー量に基づいてその進歩を評価することを提唱しました。I型文明は、母星のすべての利用可能なエネルギーを利用できる文明です）。ビットコインマイニングをインセンティブとして、I型文明を実現するための時間は200年から数十年に短縮される可能性があります。そして、一度I段階に達すれば、エネルギー消費の増加を制約する必要はなくなり、誰もがより高い生活水準を享受できるようになります。

安価な電力を求める圧力は、人々を核融合炉の建設へと駆り立てるでしょう。自然は私たちに方向を示しており、惑星は恒星の核融合をエネルギー源としています。人類は自然を模倣するために核融合炉を建設する道を歩んでおり、核融合技術を解放するには数十年と800億ドルの研究費が必要とされています。そして、核融合の燃料（主に重水素）は海の中に豊富に存在し、地球のエネルギー需要を数百万年にわたって満たすことができます。核融合は再生可能エネルギーの多くの特徴を持ち、長期的なエネルギー供給として機能し、温室効果や大気汚染を引き起こしません。核融合は非常に高い発電密度と途切れのない電力供給を提供できます。一方で、核融合の生産コストは規模の不経済に制約されることはありません。水力や風力は最適な場所で開発されるため、徐々にあまり理想的でない環境に敷設される必要があります。しかし、核融合発電所を大量に製造しても、生産コストはそれほど増加しません。なぜなら、原材料（海水）が非常に豊富で、どこにでもあるからです。

「水よ水、すべては水だが、一滴も飲めない。」

------ サミュエル・テイラー・コールリッジ

核エネルギーや他の安価なエネルギーは、多くの人道的問題、例えば清潔な水の不足を解決するでしょう。私たちの周りには海水がありますが、海水を淡水化するには膨大なエネルギーが必要です。現在、海水の淡水化コストは淡水、地下水、水循環、節水技術を使用するコストを上回っています。

人類は探索を止めません。高山から海底、原子から時空まで；成長するために、エネルギーに束縛されてはいけません。私たちは星を摘み、月を抱きしめるのです。

年間1.38兆ドルの決済を処理できるシステムが、私たち全員により安価なエネルギーをもたらすことができるなら、マイニングに45億ドルを費やす価値はないのでしょうか？私の答えは肯定的です。