主なアイデア
Proof of Work (PoW) は、デジタル決済システムでの二重支出を防ぐために設計されたコンセンサス メカニズムです。
Proof of Work (PoW) はマイニング プロセスの重要な部分であり、ブロックチェーンに新しいトランザクション ブロックを追加し、暗号通貨の新しいユニットを作成することが含まれます。
ビットコインや他の多くの暗号通貨は、ブロックチェーン ネットワークとデータを保護する方法として Proof of Work (PoW) を使用しています。
はじめに
つまり、Proof of Work (PoW) は、デジタル決済システムでの二重支出を防ぐために設計されたメカニズムであり、ビットコインや他の多くの暗号通貨は、ブロックチェーン ネットワークとそのデータを保護する方法として Proof of Work (PoW) を使用しています。これらのメカニズムには、複数の当事者が互いに信頼する必要なしに合意を達成することが含まれるため、コンセンサス アルゴリズムまたはコンセンサス メカニズムと呼ばれることがよくあります。
プルーフ・オブ・ワークは、最初に登場したコンセンサス・アルゴリズムであり、2008 年にサトシ・ナカモト氏の『ビットコイン技術マニュアル』で紹介されたため、プルーフ・オブ・ステーク (PoS) と並んで現在でも最も重要なものの 1 つですが、テクノロジー自体はずっと前に発明されていました。その日付。
アダム・バックの HashCash アルゴリズムは、暗号通貨以前の Proof of Work (PoW) アルゴリズムの初期の例であり、受信者は電子メールを送信する前に送信者に少量のコンピューティングを要求することでスパムを制限でき、平均的な送信者にはコンピューティングのコストはかかりません。ただし、大量のメールを送信する場合はコストが高くなります。
二重支出とは何ですか?
同じお金が複数回使われると二重支出が発生します。この用語は、デジタル マネーの文脈でのみ使用されることが多く、結局のところ、同じ物理的な現金を 2 回使うのは困難です。
一杯のコーヒーの代金を支払うとき、レジ係にそのお金を渡し、レジ係はそのお金をキャッシュドロワーに入れます。そのため、別の道端のカフェに行って、一杯のコーヒーを買うために同じ札を支払うことはできません。しかし、電子マネーシステムでは、その可能性があります。
コピー アンド ペースト コマンドを使用する前に、ファイルをコンピュータにコピーしたことがあるでしょう。同じファイルを数十人に電子メールで送信するのは簡単です。デジタルマネーは単なるデータであるため、人々の二重支出、つまり同じ単位をコピーして別の場所で使うことを防ぐ必要があり、二重支出を防止できないデジタル決済システムはすぐに崩壊します。
二重支出の詳細については、二重支出の説明をご覧ください。
プルーフ・オブ・ワーク (PoW) が重要なのはなぜですか?
ブロックチェーン技術に関する記事を読んだ方は、デジタル通貨のユーザーが常にネットワーク上でトランザクションをブロードキャストしていることをご存知でしょう。しかし、これらのトランザクションはすぐには有効とみなされず、確認されてブロックチェーンに追加された後にのみ有効であると見なされます。
たとえば、ビットコイン ブロックチェーンは、すべてのユーザーが閲覧できるトランザクションの公開データベース (公開記録) として機能します。次のように想像してみてください。あなたと 3 人の友人は、ビットコインの取引を記録するためのノートを持っています。そのうちの 1 人が価値を移転したいときは、次のように書き留めます。
アリスはボブに 5 BTC を支払い、ボブはキャロルに 2 BTC を支払います。
ただし、トランザクションを行うたびに、資金の出所を示すトランザクションを参照する必要があるため、ボブがキャロル 2 BTC を支払った場合、実際の入力は次のようになります。
ボブは、以前にアリスと行った取引からキャロル 2 BTC を支払います。
したがって、BTC 単位のソースを追跡する方法があるため、ボブがキャロルに送信したのと同じ 2 BTC を使用して別のトランザクションを作成しようとした場合、全員がすぐにそれを知り、グループはこのトランザクションの追加を許可しません。その金額はすでに費やされているため、ノートブックに戻ります。
これは、どの友人がノートブックにトランザクションを追加するかについて合意するため、全員がお互いを知っている小グループでうまく機能します。しかし、チャンネル登録者数が 10,000 人のグループの場合はどうなるでしょうか?見知らぬ人がそれを行うことを誰も信頼しないため、日記のようなものは機能しません。
ここで Proof of Work (PoW) メカニズムが登場します。Proof of Work (PoW) アルゴリズムは、暗号化とゲーム理論を使用することで、ユーザーが支払う権利のないお金を費やさないようにします。システムのルールに従ってブロックチェーンを更新します。
Proof of Work (PoW) はどのように機能しますか?
上の例のノートブックがブロックチェーンであると想像してください。ただし、トランザクションを 1 つずつ追加するわけではありません。トランザクションをすべて一度にブロックに収集し、ネットワークにトランザクションをアナウンスし、ブロックを作成するユーザーがそれらを候補にマージします。トランザクションは変換されて初めて有効になります。指定されたブロックは確認済みブロックに変換されます。これは、ブロックチェーンに追加されたことを意味します。
トランザクションを監査し、新しいブロックを追加するプロセスはマイニングと呼ばれ、費用がかかり、難しいプロセスですが、やりがいもあります。ブロック報酬は、ユーザーが支払った取引手数料とプロトコルによって生成された新しいビットコインから授与されます。
Proof of Work (PoW) メカニズムでは、パズルの解決策が見つかるまで候補ブロック データをハッシュするために、マイナー (ブロックを作成するユーザー) が電力や計算能力などの独自のリソースの一部を使用する必要があります。
ブロック データのハッシュとは、ブロック ハッシュ値を生成するためにハッシュ関数にデータを渡すことを指します。ブロック ハッシュは「指紋」のように機能し、入力データの ID を表し、各ブロックは一意のハッシュ値を持ちます。
言い換えれば、マイナーは保留中のトランザクションをチェックして収集し、それらを候補ブロックに編成し、候補ブロックの正しいハッシュ値を見つけることができる場合は、ブロック データをハッシュ関数に渡して正しいハッシュ値を生成する必要があります。それをネットワークにブロードキャストし、ブロックをブロックチェーンに追加し、マイニング報酬を収集します。
マイナーが指定されたブロックとハッシュをネットワークにブロードキャストすると、他のネットワーク参加者はハッシュを繰り返し、出力が実際に有効であることを確認します。
正しいハッシュ値を見つけるには無数のハッシュ試行が必要ですが、生成されたハッシュ値が正しいことを誰でも簡単に検証できます。ハッシュ関数を通じて同じ入力 (ブロック データ) を提供し、一致する出力をチェックするだけで済みます。 。
作業ディレクトリの場合、ハッシュが特定の条件を満たすデータを提供する必要があります。しかし、あなたはそれを行う方法を知りません。残された唯一のオプションは、データをハッシュ関数に渡し、それが条件に一致するかどうかを確認することです。一致しない場合は、データを比例的に変更して、別のハッシュ値を取得する必要があります。データ内の 1 文字を変更すると異なる結果が得られるため、出力を予測する方法はありません。
その結果、ブロックを作成したい場合は、通常、追加するトランザクションに関するすべての情報とその他の重要なデータを取得し、それらを一緒にハッシュすることになります。データセットは変更されません。変数を追加する必要があります。それ以外の場合は、出力と同じハッシュ値が得られます。この可変情報をプライベート コードと呼びます。これは、毎回異なるハッシュ値を取得するために試行のたびに変更される数値です。
つまり、マイニングとは、ブロックチェーン データを収集し、特定のハッシュ値が見つかるまでプライベート コードでハッシュするプロセスです。プロトコルで指定された条件を満たすハッシュ値が見つかった場合、新しいブロックをネットワーク上にブロードキャストする権利を取得します。この時点で、他のネットワーク参加者はブロックチェーンを更新して新しいブロックを追加します。
現在、主要な仮想通貨にとって、条件を満たすのは信じられないほど困難です。ネットワーク上のハッシュ レートが高くなるほど、正しいハッシュ値を見つけるのが難しくなります。これは、ブロックがすぐに見つからないようにするために行われます。
ご想像のとおり、多数のハッシュ値を推測すると、コンピューターに非常に負担がかかる可能性があります。コンピューティングサイクルと電力を無駄にすることになります。ただし、正しいハッシュ値が見つかった場合、プロトコルはデジタル通貨で報酬を与えます。
これまでにわかっていることを要約します。
マイニングは難しく、コストがかかりますが、ネットワークにセキュリティを提供します。
健全なブロックの生成に成功したマイナーは、新しく発行された仮想通貨と取引手数料で報酬を受け取ります。
正しいハッシュ値の生成には時間がかかりますが、他のユーザーはハッシュ化プロセスを繰り返すことでその有効性を簡単に検証できます。
今のところ良い感じです。しかし、不正行為をしたい場合はどうすればよいでしょうか?大量の不正なトランザクションをブロックに入れて有効なハッシュ値を生成することを妨げるものは何でしょうか?
ここで公開キー暗号化の役割について説明しますが、この記事では詳しく説明しませんが、「公開キー暗号化とは何ですか?」を参照してください。総合的に見てみましょう。つまり、使おうとしているお金を送金する権利があるかどうかをどのユーザーでも確認できる素晴らしい暗号トリックがいくつかあります。
トランザクションを作成するときに署名すると、ネットワーク上の誰もがあなたの署名と公開鍵を比較して一致することを確認でき、さらにあなたのお金を使う能力をチェックし、あなたの入力の合計があなたの入力よりも高いことを確認します。総生産量（つまり、持っている以上に支出していないこと）。
ネットワークは、無効なトランザクションを含むブロックを自動的に拒否します。不正行為をしようとすると、代償が高くなります。報酬も得られずにリソースを無駄にしてしまいます。
これが Proof of Work (PoW) の魅力です。それは、不正行為にはコストがかかりますが、誠実に行動することで利益が得られるということです。良心的なマイナーは投資からの利益を追求するため、収益が確実に得られる可能性が高い方法で行動することが期待されます。
プルーフ・オブ・ワーク (PoW) とプルーフ・オブ・ステーク (PoS)
Proof of Work (PoW) 以外にも多くのコンセンサス アルゴリズムがあり、その中で最も有名なのは Proof of Stake (PoS) です。この概念は 2011 年に遡り、イーサリアムや他の多くのプロトコルに実装されています。
プルーフ・オブ・ステーク システムでは、マイナーはバリデーターに置き換えられます。マイニングは行われず、ハッシュ値を推測する競争もありません。代わりに、ユーザーはランダムに選択されます。選択された場合、ブロックを提案 (または「形成」) する必要があります。ブロックが正しい場合、ブロックのトランザクションからの手数料からなる報酬を受け取ります。
ただし、ユーザーを選択することはできません。むしろ、プロトコルがいくつかの要素に基づいてユーザーを選択します。参加資格を得るには、参加者はブロックチェーンのネイティブ通貨の所定量であるステークを予約する必要があります。クォータは担保として機能します。被告が裁判をスキップするのを防ぐために多額のお金を支払うのと同じように、監査人も詐欺を防ぐためにクォータを予約します。彼らが不正行為を試みた場合、賭け金は没収されます (またはその一部が差し引かれます)。
ステークリンクディレクトリには、作業ディレクトリよりも多くの利点があります。これらの利点の中で最も注目に値するのは、二酸化炭素排出量が小さいことです。消費される電力は PSI メカニズムで消費される電力のほんの一部にすぎないため、PSI には高エネルギーのマイニング ファームが必要ありません。
ただし、プルーフ オブ ステーク (PoS) にはプルーフ オブ ワーク (PoW) ほどの評判や名声はなく、無駄であると考えられる場合もありますが、マイニングは 10 年以上にわたり実践で証明されている唯一のコンセンサス アルゴリズムです。ビットコインの PoW に貢献している Proof of Stake メカニズムは、その発売以来、数兆ドル相当のトランザクションを確保しており、セキュリティ機能の点で PoS が PoS と競合できることを確認するために、ストレージは適切な長期テストを受ける必要があります。
まとめ
Proof of Action は二重支出問題に対する独自の解決策であり、信頼性と安全性が証明されています。ビットコインは、お金が二重に使われるのを防ぐために中央当局が必要ないことを証明しました。暗号化、ハッシュ関数、ゲーム理論を巧みに使用することで、ユーザーは分散環境における金融データベースの状態について合意することができます。
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