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プルーフ・オブ・ワーク

プルーフ・オブ・ワークは、プロトコルで定義された計算証明を要求することで、ブロック生成の探索コストを高く、検証コストを低くします。有効性、ターゲット確率、累積チェーンワーク、難易度、承認、マイニング経済、集中度、エネルギーの前提を分けて分析します。

更新日

教育的なプロトコル分析のみです。投資、マイニング、セキュリティ、または環境に関するアドバイスではありません。プルーフ・オブ・ワークの成果は確率的であり、ネットワークのルールは異なり、ハッシュレート、難易度、確認数、エネルギー見積もり、トークン報酬、または機器仕様は、セキュリティ、決済、収益、利益、または排出結果を保証するものではありません。

直接の答え

プルーフ・オブ・ワーク（PoW）は、参加者がプロトコルで定義された計算上の証拠を生成しなければならない仕組みのファミリーであり、その証拠は探索するのにコストがかかるが、他者が検証するのは安価で済むものです。典型的なハッシュベースのブロックチェーンでは、作成者は候補データを変化させ、結果として得られるハッシュが数値的に目標値以下になるまで試行します。受け入れられた証拠は、その規則セット下で正確な入力に対して適格な探索結果が見つかったことを証明します。使用された物理マシンの数、マシンを動かしたエネルギー源、または実際に計算されたかどうかの中間ハッシュのすべてを証明するものではありません。

PoWは、識別情報、アカウント、またはトークン残高ではなく、希少な計算量でブロック生成の機会に重みを付けることによってSybilの抵抗力を提供します。これは展開されたコンセンサスシステムの単なる一部に過ぎません。ノードはヘッダー、トランザクション、署名、使用済み出力ルール、発行、制限、およびその他の状態遷移ルールを独立して検証する必要があります。いくら莫大な作業量が主張されているブロックであっても、そのトランザクションや報酬がコンセンサスに違反している場合は無効となります。

Bitcoin は、SHA-256d ヘッダ作業をネットワーク固有のターゲットおよび再ターゲットルール、ピアツーピアの伝播、独立したブロック検証、最も累積したチェーンワークを持つ有効なブランチの選択と組み合わせます。「最長チェーン」は、必ずしもブロック数が最も多いブランチではなく、最も累積された有効作業に対する非公式の略語です。他の PoW システムは、異なるパズル、入力、調整ルール、作業式、ブロック間隔、報酬スケジュール、およびフォーク選択ルールを使用できます。

PoWは、承認された歴史を書き換えることを、指定されたネットワークおよび対戦者の仮定のもとで競合する作業が必要とするようにしますが、決定的な最終性を生み出すものではありません。競合するブロック、伝播の遅延、分断、利己的マイニング、貸与または方向転換されたハッシュパワー、ソフトウェアの欠陥、および経済的インセンティブはセキュリティに影響を与えます。確認の深さは、指定されたモデル内でのみ一部の再編リスクを低減しますが、オフチェーンの真実、正しい取引相手、法的所有権、将来の資産価値、または永久的な不可逆性を証明することはできません。

プルーフ・オブ・ワーク を分析する方法

  1. システムとルールセットを確定する。 ネットワーク、ジェネシス、クライアントバージョン、アクティベーション状態、作業アルゴリズム、候補入力、ターゲットの符号化、最大ターゲット、調整ルール、フォーク選択ルール、観測者、ピア、タイムスタンプを記録します。Bitcoin メインネットのパラメータを他のチェーンやテストネットへ流用してはいけません。
  2. 候補ブロックを独立に検証する。 ヘッダーとコミットされたブロックデータを再構築し、トランザクション、署名、スクリプトまたは実行、使用済み状態のルール、発行、コミットメント、サイズまたはウェイト制限、祖先関係を検証します。PoW 検査は有効性検証への追加であり、代替ではありません。
  3. 作業テストを再現する。 正確なハッシュまたはパズルアルゴリズムとシリアライズ方式を適用し、ターゲットをデコードし、無効な範囲やエンコーディングを拒否し、work_hash <= target のようなプロトコルの不等式をテストします。表示されるバイト順序とコンセンサスで使用される整数比較を区別します。
  4. 検索確率を定量化する。 均一な n ビットハッシュと包含的目標 T の場合、1 回の試行は p = (T + 1) / 2^n で成功し、期待される試行回数は 1 / p です。実効互換ハッシュ率と稼働時間を述べてください。期待時間は締め切りではなく、過去の失敗が次の独立した試行をより成功しやすくするわけではありません。
  5. 累積作業と分岐の選択を再構築する。 有効な各ブランチについて、ネットワークの整数ルールを使用してターゲットから各ブロックの作業量を導出し、それを祖先にわたって合計し、実際の接続および利用可能性の挙動を適用します。累積作業量を比較し、ブロックの高さ、表示される難易度、または単一のヘッダーだけを比較しないでください。
  6. 確認を評価し、前提を攻撃する。 観察者のアクティブチェーンにおけるトランザクションの深さ、伝播、スタレーブロック率、パーティション、ピアの多様性、マイナーおよびプールの集中度、代替ハッシュ市場、検閲、保留、および再編成の能力を記録する。普遍的な「51%」境界や確認回数を提示することは避ける。
  7. 経済性と外部性を照合する。 補助金、手数料、プール条件、分散、価格、難易度、効率、電力、冷却、ホスティング、停止時間、減価償却、資金調達、税を分けます。ハッシュレートから電力を推定するには、観測時点に対応するハードウェア効率分布と施設オーバーヘッドが必要です。排出量にはさらに場所、時刻、電源構成、出力抑制、方法論上の不確実性が必要です。

得られた証拠は、次の五つの層を明確に区別する必要があります：有効な候補、有効なその候補の証明、ブランチの累積作業、ノードの現在のアクティブチェーンの選択、およびアプリケーションの決済ポリシー。それらの層を統合すると、ほとんどのPoW解釈エラーが生じます。

例題

1。ターゲット確率と検証の非対称性

おもちゃの一様ハッシュ規則が 2^20 の中の1つの出力を受け入れるとします。独立した各試行の成功確率は p = 1 / 1,048,576 であるため、期待試行回数は 1,048,576 です。 5,000,000 hashes/second での期待探索時間は:

1,048,576 / 5,000,000 = 0.2097152 seconds

検証には、候補が提供されると、1つのハッシュと1つのターゲット比較が必要です。しかし、期待時間は保証ではありません：1,000,000 回の試行後、成功しない確率はおおよそ (1 - 1/1,048,576)^1,000,000 = 38.53% です。試行が失敗しても、次の試行が「必須」になるわけではありません。

2。累積作業前の有効性

ブランチAには、それぞれ 100 の作業単位の有効ブロックが6つ含まれており、合計で 600 です。ブランチBには、それぞれ 130 の有効ブロックが5つ含まれており、合計で 650 です。最も累積作業量が多いルールでは、ブロック数が少ないにもかかわらずBが勝ちます。

では、ブランチCが 1,200 の作業単位を主張するが、無効な報酬を作成したと仮定します。その作業は正直な検証ノードにとって無関係です：Cはブランチ比較の前に拒否されます。PoWは、誰が有効な履歴を安価に拡張できるかを制約します；それは有効性ルールの例外を購入するものではありません。

3。ハッシュ共有とブロックの分散

例として、互換性のあるネットワーク速度を 500 EH/s、マイナーの速度を 2 PH/s と仮定します。マイナーの簡略化されたシェアは次の通りです:

2 PH/s / 500 EH/s = 0.000004 = 0.0004%

1日の想定144ブロックに対して、予想されるソロブロックは144 * 0.000004 = 0.000576 per dayであり、平均待機時間は約1 / 0.000576 = 1,736.11 daysとなります。ポアソン近似を使用すると、その日のブロックなしの確率はP(0) = exp(-0.000576) = 99.9424%となります。この期待値は、支払いの約束でもなく、プールがマイナーに特定の金額を支払う義務があることの証拠でもありません。

4。ハッシュレートからエネルギー推定まで

アナリストが 500 EH/s をモデル化し、平均的なマイニング機器構成の効率を 25 J/TH と仮定するとします。500 EH/s = 500,000,000 TH/s なので、モデル上の機器電力は次のとおりです。

500,000,000 TH/s * 25 J/TH = 12.5 GW

仮定された施設の電力使用効率が 1.10 の場合、モデル化された総需要は 12.5 * 1.10 = 13.75 GW となり、条件が一定であれば年間換算で 13.75 * 8,760 = 120.45 TWh となります。これはメーター読み取り値ではなく見積もりです。ハードウェアの構成、稼働時間、施設の間接費、またはハッシュレートのウィンドウを変更すると結果は変わります。排出量には、追加の地理的および発電に関する仮定が必要です。

リスクとレビューの失敗

プロトコルおよび有効性のエラー

  • PoWを全体のコンセンサスプロトコルとして扱う: このパズルは取引の有効性、伝播、フォークの選択、報酬、またはアプリケーションの決済を定義していません。周囲のすべてのルールを文書化してください。
  • 間違ったネットワークまたはアルゴリズム: あるチェーン、フォーク、テストネットワーク、ハッシュ関数で有効な証明も、別の環境では意味を持たない場合があります。証拠をジェネシスと有効なルールに結び付けてください。
  • シリアライズされた入力が間違っています: フィールド、コミットメント、バイト順序ルール、または許可された変更を省略すると、異なるパズルをテストできます。正確な候補バイトを再構築してください。
  • 有効性前の作業推論: 大規模な作業は、無効な署名、二重支出、発行、または状態遷移を合法化することはできません。ブランチを比較する前に、完全な候補を検証してください。
  • ターゲットと難易度の逆転: 小さいターゲットはより難しく、表示される難易度は通常逆相対の指標です。ネットワークの正確な整数式を確認してください。
  • チェーン作業の代わりに高さ: ブロックごとの目標が異なる場合、ブロックが増えることが累積作業の増加を意味するとは限りません。有効な先祖を通じてプロトコル由来の作業を合計してください。
  • ネットワーク間でリターゲット前提を流用する: 調整周期、タイムスタンプ入力、上下限、緊急ルール、最大ターゲットは異なります。単一の設計を PoW 全般の挙動としてはいけません。

セキュリティおよびネットワークのエラー

  • 決定論的最終性の主張： PoW チェーンは再編成可能です。値、深さ、観測された作業、流動性、敵対者の能力、および運用対応から確認ポリシーを設定してください。
  • 51% を普遍的なしきい値とみなす: ブロックの秘匿、伝播上の優位、エクリプス攻撃、賄賂、レンタルハッシュ、アプリケーション方針は、名目比率が 51% 未満でも超過していても重要になり得ます。必ずモデルを明示してください。
  • 無効な権限の主張： 大多数のハッシュパワーは検閲や順序変更ができ、正当な履歴を上書きする可能性がありますが、正直なノードに偽造署名や無効なインフレを受け入れさせることはできません。
  • ハッシュレートは分散化に等しい：プールテンプレート、実質的支配権、ファームウェア、製造業者、ホスティング、地理、エネルギー供給者、およびソフトウェアは集中したままである可能性があります。
  • テレメトリとしての推定ハッシュレート: のネットワークハッシュレートは、作業とランダムなブロック到着から推定されます。これは、マシン、オペレーター、または容量の直接的な調査ではありません。
  • パーティションやイクリプス攻撃を無視すると: 制限されたビューを持つノードは、高いグローバルハッシュレートにもかかわらず、古いまたは敵対的な作業を追従する可能性があります。ピアとネットワークの多様性を確認してください。
  • プールおよびテンプレートの制御を無視する: 多くの名目上のマイナーは、1つのブロックテンプレートや支払いオペレーターに従うことができます。物理的なハッシュ所有権、テンプレートの権限、および報酬の管理を分離してください。

経済学、エネルギー、および外部性

  • 予想報酬を保証キャッシュフローとみなす: 探索結果はランダムで、プールはシェアルール、準備金、手数料、成熟期間、保管、債務不履行リスクを追加します。
  • 総トークン産出量を利益とみなす: 価格、手数料、難易度、稼働時間、電力、冷却、人件費、ホスティング、修理、減価償却、資金調達、ヘッジ、税によって結果は逆転し得ます。
  • ハッシュレートは電力に直接等しい： 変換には、同じ観測時間におけるハードウェアの効率、利用状況、フリート構成、冷却、施設の間接費が必要です。
  • 電気は直接的に排出量に等しい: のカーボンインパクトは、場所、限界および平均発電、時間、契約、制限、メタン排出の主張、および会計の範囲に依存します。
  • 効率性は総使用量の削減を保証する： より効率的なハードウェアはハッシュあたりのエネルギーを下げますが、ネットワーク競争、価格、報酬、および導入状況によって総ハッシュレートと需要は変わる可能性があります。
  • 地域の外部性や制約を無視すること: グリッドの混雑、騒音、熱、水、土地、設備の回転、電子廃棄物、補助金、および抑制は、コミュニティと運用に影響を与える可能性があります。

一般的な誤解

プルーフ・オブ・ワーク は、採掘されたブロック内のすべての取引を有効にします

いいえ。適格なヘッダーは、その候補ブロックが作業ルールを満たしたことを示すだけです。フルノードは、マイナーの支出に関係なく、無効なトランザクション、コミットメント、報酬、状態遷移を独立して拒否します。

仕事は、ブロックを物理的に不可逆にする蓄えられたエネルギーです

ブロックが含むのは回収可能な電力ではなく、コンパクトで検証可能な証明です。競合する有効な作業によって履歴は再編成され得ますし、社会的またはソフトウェア上の障害では復旧判断が必要になる場合もあります。PoW は前提条件の下で書き換えコストを高めますが、物理的または決定論的なファイナリティを生みません。

最も長いチェーンは常に最も多くのブロックを持つチェーンを意味します

必ずしもそうではありません。Bitcoin Coreは、有効な候補間での累積チェーンワークを比較します。ブロックがより難しいターゲットに対して生成された場合、より短いブランチでもより多くの作業を表すことがあります。

多数のハッシュパワーを持つ攻撃者は、任意のコインを盗んだり、任意のルールを変更したりすることができます

ハッシュパワーは再編成、検閲、順序付け、サービス拒否のリスクを生み出す可能性がありますが、正直なノードは依然として署名、発行、コンセンサスルールを施行します。これらのルールを変更するには、ユーザーが互換性のあるソフトウェアを実行する必要があり、作業だけでは権限を偽造することはできません。

ハッシュレートチャートは、正確な電力使用量と排出量を明らかにする

そうではありません。電力は不確実な機器や施設の前提からモデル化され、排出量には場所、発電、タイミング、および会計の前提が加わります。責任ある推定は、一つの正確な数値を提示するのではなく、範囲や方法論を公開します。

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