効果的な作業証明

こんにちは、Habr！ ダン・ヘルドによる記事「PoW is Efficient」の翻訳を紹介します。

エントリー

ほとんどの人は、Proof-of-Work（PoW）に費やされたエネルギーは無駄だと考えています。 この記事では、すべてがお金を含むエネルギーに基づいている理由を説明します。 また、エネルギー消費の評価が主観的である理由、およびPoWで消費されるエネルギーのコストを他のシステムと比較する方法。 この記事には暗号通貨の分野の多くの人々の考えが含まれており、私はすべてをまとめました。

仕事はエネルギーから成ります

仕事をするためにエネルギーが必要であるという考えは、フランスの数学者ガスパール・グスタフ・デ・コリオリから来ました。 当時、仕事は完全に人々によって行われていました。 仕事の燃料は食物でした。



約100万年前、男が火を起こしました。 その結果、人が利用できるエネルギーの量が増え、今では、食べた食べ物だけでなく、火の助けを借りて人を暖めることができました。 したがって、この追加エネルギーは人類の生活を改善しました。



数千年前、人間のエネルギー消費は動物の家畜化によりさらに増加し​​ました。 動物は人間のために働きました。 また、動物は多くの食物を必要とし、これもさらなる発展に貢献しました。



過去数百年にわたって、人は車を作りました。 機械は、最初に水と風のエネルギーを使用し、その後石炭やガスなどの安価なエネルギー源を使用して作業を行いました。 現在、核エネルギーと熱核エネルギーが使用されています。 機械と自然の両方がエネルギーを使用して作業を行います。 経済はお金ではなく、仕事とエネルギーに基づいています。



私たちの生活のすべては、エネルギーのコストと密接に関係しています。 水の浄化にはエネルギーが必要です。 商品の輸送にはエネルギーが必要です。 商品の生産にはエネルギーが必要です。 料理にはエネルギーが必要です。 冷蔵庫と冷凍庫にはエネルギーが必要です。 自由市場では、製品の価格は生産に費やされるエネルギーの量に大きく依存します。 市場は商品の最低価格を刺激するため、エネルギーを生産するために使用されるエネルギー量も最小限に抑えられます。



世界のGDP（米国農務省による）と世界のエネルギー消費量（2014年のBPレポートによる）：







20世紀初頭、業界のリーダーであるヘンリーフォードとトーマスアディソンは、金またはドルを「エネルギードル」または「エネルギーの単位」（エネルギー通貨）に置き換えることを検討しました。 このような通貨はお金の特性を持っているため、アイデアは人気がありました：明確に定義された決済の尺度、容易に測定可能であるが偽造が困難、小さな部品への分割可能性および交換可能性（どのユニットも他のユニットと同等です）。 しかし、欠点がありました-エネルギーマネーを転送して保存することは困難でした。

何よりも入手が難しいものが欲しい-マーク・トウェイン

2008年10月31日まで早送り-サトシはビットコインに関する論文を発表しました。 PoWメソッドは元々、スパムに対抗するために発明されました。 その後、サトシはこの技術を電子マネーでの使用に適合させました。 マイニングでは、特別なマシン（ASIC）を使用して、電気をビットコインに変換します（マイニングブロックに対する報酬として）。 マシンは、暗号化問題の解決策が見つかるまで、常にハッシュ操作（仮定/音声）を実行します。 見つかったソリューションに対して、ビットコインでの報酬が支払われます。 見つかった解決策は、鉱夫がASICマシンと電気の形でエネルギーを消費したことを証明しています。 ビットコインは、「お金を稼ぐ、投票する」という資本主義の原則に基づいており、エネルギーとASICマシンを使用してハッシュ（投票）を計算します-Hugo Nguyen。



サトシはPoWメソッドを設計したときに、エネルギー変換を使用して、投票システムを政治投票から非政治（ハッシュ）に根本的に変更しました。 PoWは、エネルギーが消費されたことのチェックとして機能します。 なぜこれが重要なのですか？ 物理的な世界にとって、これはデジタルの世界で何でもテストする最も簡単で公平な方法です。 PoWは、プログラムではなく物理学に関するものです。 ビットコインは、宇宙の主産物であるエネルギーから作成されます。 PoWは電気をデジタルゴールドに変えます。



ビットコインのトランザクション履歴は、作成に費用がかかる場合にのみ変更できます。 PoWに大量のリソースを使用する必要は、意図したとおりの間違いではありません。 最近まで、何かを保護することは、価値があると考えられるものの周りに厚い物理的な壁を構築することを意味していました。 暗号通貨の新しい世界は奇妙で珍しいです-私たちのお金を保護する物理的な壁はなく、店の入り口を塞ぐドアもありません。 ビットコイントランザクションのパブリックヒストリーは、「壁の構築」に費やされたすべてのエネルギーの合計である集計コンピューティングパワーによって保護されています。 コストがかかるため、それを破壊するには同等のエネルギー量が必要です（不当な高コスト）。

エネルギー消費

暗号解読が近づいています-ビットコインのPoWはひどく、2020年までに世界を破壊します！ 「終末の日」の記事のほとんどが、オランダのPwC監査会社で働いている「金融家とブロックチェーンの専門家」であるアレックス・デ・ライスの調査結果を使用していることに気づいたかもしれません。 彼はDigiconomistブログも運営しています。 彼の発見は、エネルギー消費量の計算の正確性の欠如について正しく批判されました。 彼が使用するメトリック「トランザクションあたりのエネルギー消費量」は、いくつかの理由で意図的に誤解を招きます。

• 異なる数のトランザクションを含む可能性のあるブロックにエネルギーが費やされます。 取引が増えてもエネルギーが増えるわけではありません
• ビットコイントランザクションの経済的価値は常に増加しています（バッチ処理、Segwit、Lightningなどを使用）。 ビットコインが決済ネットワークの役割をますます果たすにつれて、エネルギー単位あたりの経済的価値が増加
• Bitcoin PoWの有効性を評価する場合、平均トランザクションコストは適切なメトリックではありません。 メトリックは、トランザクション履歴の保持を検討する必要があります。 エネルギーはビットコインの在庫を維持するために費やされ、その相対的な量はインフレとともに減少します。 ビットコインは、ネットワークの立ち上げ以来、すべてのブロックの抽出に費やされたエネルギーを要約しています。 LaurentMTの研究者は経験的に、Bitcoin PoWは実際には時間とともにより効果的になると判断しました。 増加する価値は、システムに保管されているコインの価値がさらに高まることによって相殺されます。

効率の適切な測定基準はエネルギーコストのリターンによって決定されることがわかったので、PoWに費やされるエネルギーの価格の変化を見てみましょう。



ASICマシンの効率の増加は減少します。 なぜなら 利益が減少すると、ASICマシンのメーカー間の競争が激化することが予想されます。





https://cseweb.ucsd.edu/~mbtaylor/papers/Taylor_Bitcoin_IEEE_Computer_2017.pdf





https://research.bloomberg.com/pub/res/d3bgbon7nESTWTzC1U9PNCxDVfQ



マイニングの総コストは、主にエネルギーのコスト（運用コスト）で構成され、ASICマシンのコスト（資本コスト）ではありません。 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、鉱山労働者は過剰な電力を使用する傾向があり、それに応じてコストが低くなります。 長期的には、これは電力市場の効率に影響を及ぼす可能性があります。 ビットコイン採掘者は、グローバルセンター間の電気の裁定として機能します。 ビットコインをマイニングするには、余分な電力が使用されます。 また、水力発電所や石油生産中の副産物ガスの燃焼など、決して消費されない余剰能力を持つ再生可能エネルギー源の問題の解決にも役立ちます。 将来的には、ビットコインマイニングも、可変電力の再生可能エネルギーを使用する可能性があります。 電力生産者はマイニングマシンを接続し、ビットコインで余分な電力を節約できます。



アルミニウムは、多くの再生可能電力源がある国から電力を輸出する手段として広く使用されていましたが、それらを販売する方法はありません（アイスランドなど）。 ボーキサイト（これらはアルミニウム鉱石でもある）をアルミニウムに製錬するには、膨大な量のエネルギーが必要であり、これは一方向プロセス（およびハッシング）です。 エネルギーの不合理な使用についての同じ議論が40年前-1979年にアルミニウムに対してなされました（中央集権の危険性を含む）。 アルミニウム製錬会社は、地球上で安価なエネルギー源を常に探しています。 数十年にわたるアルミニウム生産の発展に伴い、比エネルギー消費量（生産されるアルミニウム1キログラムあたりのkW）は減少しました。





https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/resources/aluminum/pdfs/al_theoretical.pdf

グローバルエネルギーネットワークは、未使用の資産を解放し、新しい資産を作成します。 世界の3次元地形図を想像してみてください。この図では、安価なエネルギー源は低地で表され、より高価な-丘陵で表されています。 私はこの表面に注がれた水のガラスのようなビットコインを採掘し、空洞を埋めて表面を平らにすることを想像しています-ニック・カーター

ビットコイン採掘者は信頼できる電気の買い手です。 それらは、他の方法では使用されない追加のエネルギー源を使用するために、新しい発電所の建設を刺激します。

PoWに使用されるエネルギー量の増加はいつ停止しますか？ 正確に、十分な電力生産者がPoW機器をオンにし、この機器の操作からの利益が消費者への電気の販売からの利益に等しい場合。 したがって、採掘設備の運用による「追加利益」はゼロになります。 この均衡を中本点と呼びます。 均衡に達すると、世界のエネルギーの1〜10％がPoWに費やされると思います。 -Druv Bansal

たとえば、 プライムの検索とは異なり、ビットコインのマイニングは有用な作業を行わないという考えがあります。 PoWを使用して他のタスクを実行するというアイデアは良いように思えるかもしれませんが、実際にはネットワークのセキュリティに悪影響を及ぼします。 報酬を共有すると、メインの作業よりも副次的な作業のほうが収益性が高い状況になります。 二次的作業が無害な場合（ヒーターなど）、Xハッシュの場合は100ドルの収入ではなく、Xハッシュの場合は100ドル+ 5ドル（熱として）になります。 マイニング機能を備えたヒーターは、機器の効率を高め、複雑さを増し、その結果、ブロックをマイニングするためのエネルギー消費を増やす一例です。 PoWはネットワークを保護するためだけに使用されるため、このような問題はビットコインには決してありません。



注：ビットコイン自体は社会にとって非常に有用です（そうでない場合、採掘は採算が取れないでしょう）。

コスト比較

エネルギーはどこでも使用されます（熱力学の第一法則）。 ある仕事のためのエネルギーの使用は別の仕事よりも無駄であるという意見は完全に主観的です。 すべてのユーザーが電気の市場価格を支払います。

人々がそれが有益であると思うならば、電気は浪費されるでしょう。 電気を使う人にはビットコインが与えられます。 -サイフェジンアモス

熱力学では、宇宙は閉じたシステムです。 ビットコインのマイニングに余分な電力を使用することは、電力を消費する銀行システムだけでなく、軍隊と政治システムの存在にも基づいている既存のフィアットシステムに使用されるよりも1桁少ないです。 この電気を使用して金融システムのバックボーンを保護することは有益です。 以下の表は、既存の金融、軍事、政治システムと比較しています。

文明タイプI

安価なエネルギー源を見つける過程で、私たちはさらにグローバルな機会を利用できるようになります。 これらのエネルギー源の開発のおかげで、ビットコインは、カルダシェフによるとタイプI経済に近づくだけでなく、カルダシェフによるとタイプI文明にも近づきます（一方で、カルダシェフのスケールではおよそ0.72のレベルにあります）。 ビットコインマイニングというインセンティブのおかげで、T1に到達するまでの時間が大幅に短縮される場合があります。 200トンではなく数十年。 タイプIが達成されると、エネルギー消費を制限する必要性が減り、すべての人々の生活条件が改善されます。





安価な電気を見つけるインセンティブは、核融合炉の作成を加速します。 自然は、どのように熱核エネルギーを宇宙全体（星）に提供するかを教えてくれます。 人類は、熱核反応炉の建設を通じてそのようなメカニズムを作り出す過程にあります。 熱核エネルギーの使用方法を学ぶには、数十年にわたる研究開発に約800億ドルが必要になると推定されています。 地球上の海洋には、核融合炉（主に重水素）用の豊富な燃料があります。 何百万年も人類にエネルギーを提供するのに十分です。 熱核エネルギーは、長期的なエネルギー生産、温室効果ガスの排出なし、大気汚染など、再生可能エネルギーの利点のほとんどを備えています。 熱核エネルギーの密度は非常に高く、生産は継続的です。 熱核エネルギーのもう1つの側面は、発電所の最適な場所がすでに使用されているため、水と風のエネルギーのコストが増加するなど、そのコストが体積に比例して増加しないことです。 地球上のさまざまな場所に大量の原材料（海水）があるため、多くのステーションが建設されても、熱核エネルギーのコストはそれほど増加しません。

水、どこでも水。 しかし、一滴も飲みません。 -サミュエル・テイラー・コールリッジ

熱核エネルギーやその他の安価なエネルギー源は、新鮮な飲料水の入手可能性など、多くの問題を解決します。 私たちは海水に囲まれていますが、海水淡水化プラントは大量のエネルギーを消費しています。 現在、海水の淡水化のコストは、井戸、水処理および貯蔵からの水のコストよりも高くなっています。



最も高い山頂、最も深い海と海、原子の中心、時空の本質を探検したいという人間の欲求は、エネルギーによって制限されるべきではありません。 星に手を伸ばします。



年間ボリュームは1.34兆ドルに相当します。 信頼に基づかない相互決済に加えて、誰にとっても安価なエネルギー、現在45億ドルを採掘に費やしていますか？ 答えは確かにイエスだと思います。