ブロックチェーンの調整で暗号通貨の巨大なエネルギー問題を解決できるかもしれない

Twitterのフィードをドゥームスクロールするだけで、ここ数週間の暗号通貨の激動の時代がはっきりと分かる。デジタルアート作品からビデオゲーム内の武器、ツイート、オナラに至るまで、デジタルオブジェクトの模倣として機能するとされる暗号通貨の単位、ノンファンジブルトークン（NFT）は、爆発的な人気を博し、メインストリームにまで浸透しつつある（ジョン・クリーズやクリスティーズほどメインストリームなものは他にほとんどないだろう）。しかし、この「ニフティ」ブームに便乗して大儲けしてきたデジタルアーティストたちは、忍び寄る罪悪感に苛まれていると報じられている。彼らの新しい収益化方法は、エネルギーを浪費し、気候に悪影響を与えているのだ。

暗号通貨の仕組みに詳しい人にとって、これは驚くようなことではありません。最初の、そして最も普及した暗号通貨であるビットコインは、ユーザー間の支払いを検証するために銀行や金融仲介機関のような単一の仲裁機関に依存しない、ピアツーピアの決済システムとして設計されています。その代わりに、ビットコインは分散型のコンピューター群によって支えられており、これらのコンピューター群が共同で支払い履歴のログ（ビットコインブロックチェーン）を管理し、新しい取引を承認するための投票に似たプロセスを通じて定期的に更新しています。

このモデルの潜在的な落とし穴の一つは、「51%攻撃」シナリオです。これは、悪意のある攻撃者がソックパペットの大群を展開し、ネットワークの過半数を乗っ取り、承認されるべきではない取引（例えば、ユーザーが使いたいビットコインを所有していないなど）を投票で承認してしまうというものです。このリスクを回避するため、ビットコインはネットワークへの参加を高価にするように設計されています。台帳を管理するコンピューター（マイニングノードとも呼ばれます）は、常に難解な数学パズルを解こうと試み、解くことでビットコインの報酬を受け取ります。この過程で、これらの（かなり高価な）コンピューターは大量の電力を消費します。これは、ビットコイン台帳の改ざんを困難にし、協力を促すための仕組みです。しかし、「プルーフ・オブ・ワーク」と呼ばれるこの電力ベースのインセンティブシステムにより、ケンブリッジ大学オルタナティブファイナンスセンター（CCAF）によると、現在、ビットコインマイニングは年間133.65テラワット時もの電力を消費しており、これはスウェーデンやウクライナなどの国の年間消費量を上回っています。ケンブリッジ大学の2020年の報告書によれば、その電力のわずか39％が再生可能エネルギー源から供給されているという。

CCAFリサーチアフィリエイトのミシェル・ラウクス氏によると、ビットコインの成功により、プルーフ・オブ・ワークは仮想通貨の「業界標準」として定着したという。世界で2番目に取引量の多い仮想通貨であり、多くのNFTが鋳造・取引されているプラ​​ットフォームであるイーサリアムも、2015年のローンチ時にプルーフ・オブ・ワークを採用した。そのため、クリプトアーティストたちはこの方式を後悔している。ある報告によると、イーサリアムでのNFT販売は最大8.7メガワット時の電力消費につながる可能性があり、これは英国の平均的な家庭が1年間に消費する電力の2倍以上に相当します。

しかし、状況は変わりつつあるかもしれない。イーサリアムは、プルーフ・オブ・ワークを、よりエネルギー消費の少ないセキュリティ構成に置き換えることを目指した、抜本的な改革を進めている。もしこの動きが成功すれば、プルーフ・オブ・ワークからの脱却がさらに加速し、暗号通貨の二酸化炭素排出量と無駄を削減できる可能性がある。

このメカニズムは「プルーフ・オブ・ステーク」と呼ばれます。プルーフ・オブ・ワークが現実世界のハードウェアとエネルギー消費によって支えられているのに対し、プルーフ・オブ・ステークは、暗号通貨（この場合はイーサリアムのイーサ）の認知価値とゲーム理論的なトレードオフにその有効性を根拠づけています。マイニングノードはバリデーターに置き換えられ、バリデーターはネットワークに参加するために、多額のデポジット（現在は32イーサ、3万8000ポンド以上）を支払う必要があります。デポジット、すなわちステークは時間の経過とともに利息を生み、バリデーターが参加するインセンティブとなります。数学的な問題を解くための競争は、バリデーターをランダムに選任してトランザクションを承認するアルゴリズムに置き換えられ、ネットワークの3分の2の承認があれば承認されます。不正なトランザクションを承認しようとしたり、不正行為を行ったバリデーターは、ステークから支払われる罰金を科せられ、最悪のケースではステークの全額を失い、ネットワークから切り離されます。

イーサリアムのEth.2.0アップグレードのロールアウトに携わるソフトウェア開発会社ConsenSysのプロジェクトリーダー、ベン・エッジントン氏は、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）をはじめとする主要な変更点を導入する。同氏は、PoSでも51%攻撃は依然として可能だが、攻撃者はネットワーク全体の2倍のイーサをステークする必要があると述べている。「つまり、チェーンを保護するために100億ドル（73億ポンド）相当のステークが行われているのであれば、チェーンに意味のある攻撃を行うには200億ドル（145億ポンド）が必要になる」と同氏は述べている。さらに、攻撃が報告されるとイーサの価格が急落し、攻撃者のステークの価値が粉砕されるという仮定も立てられている。PoWと同様に、不正行為に対するインセンティブが強化されているが、今回は電力を大量に消費するマイニングコンピューターは使用されない。理論的には、ノートパソコンからバリデーターをセットアップできる。

イーサリアム財団の研究員であるダニー・ライアン氏は、プルーフ・オブ・ステークの主な欠点は、新しく複雑なことだと述べている。「プルーフ・オブ・ワークははるかにシンプルです。プルーフ・オブ・ワークの複雑さは物理的なハードウェアにオフロードされ、実際のソフトウェア設計ははるかにシンプルになります。プルーフ・オブ・ステークに対する最大の批判の一つは、その設計がはるかに複雑であるということです」と彼は言う。

これは、ネットワーク設計の健全性を人々に納得させることがより困難であり、マイニングの便利なメタファーが存在しないことを意味するだけでなく、このシステムはプルーフ・オブ・ワークほど十分にテストされておらず、プルーフ・オブ・ステークシステムを停止させる方法がまだ発見されていないことも意味します。「プルーフ・オブ・ワークは12年も前から存在しています。そして、それが機能することはわかっています」と、技術アドバイザリー会社DecentraNetの創設者であり、プルーフ・オブ・ワークマイニングを廃止するのではなく、よりクリーンなエネルギーを使用することを提唱するマット・マッキビン氏は述べています。

実際、プルーフ・オブ・ステークを正しく実現するのは容易ではありませんでした。イーサリアムが2015年に誕生した際、開発者たちはシステムをマイニングからステーキングへと迅速に移行させると約束していました。ラウクス氏によると、これが当時驚異的なペースで急増していた新しい暗号通貨プロジェクトがプルーフ・オブ・ステークの仕組みを採用する上で影響を与えた可能性があるとのことです。実際、EOSやCardanoといった著名なブロックチェーンは、様々なプルーフ・オブ・ステークを採用しています。「イーサリアムが将来プルーフ・オブ・ステークに移行するという暗黙の前提は、まさに新たな見方を生み出すきっかけとなりました」と彼は言います。「独自のブロックチェーンネットワークを構築していた新しい開発者や企業が、初期設計からプルーフ・オブ・ワークを即座に廃止し始めました。」

しかし、イーサリアムのプルーフ・オブ・ステークへの移行期限は延期され続けた。ライアン氏によると、その理由は率直に言って、暗号通貨の重要な原則であるセキュリティと分散化を維持しながらプルーフ・オブ・ステーク・ブロックチェーンを設計することが困難だったからだ。「イーサリアムがローンチされた当時、安全なプルーフ・オブ・ステークは存在しなかった」と彼は言う。「プルーフ・オブ・ステークのアルゴリズムは存在していたものの、理論上は重大な問題や攻撃ベクトルがほとんど知られていなかった」。イーサリアムが世界第2のブロックチェーンへと急速に成長したため、関わる開発者たちは慎重に行動せざるを得なかったとライアン氏は語る。

しかし今、その移行は現実に近づきつつあるようだ。2020年12月、イーサリアムはプルーフ・オブ・ステークを採用したブロックチェーンを立ち上げた。プルーフ・オブ・ワークが段階的に廃止されるにつれ、このブロックチェーンはやがてネットワーク全体の基盤となるだろう。イーサリアムのエコシステム全体が新しい仕組みに移行するのにどれくらいの時間がかかるかは不明だが、エッジントン氏は「数年ではなく数ヶ月」の問題になると考えている。

「基本的に作業の90%は完了しています」とエッジントン氏は言う。「既存のブロックチェーンをプルーフ・オブ・ステークに移行するだけで、作業は完了です。」ケンブリッジ大学の研究者ラウクス氏は、このスケジュールは「それに伴う複雑さを考えると楽観的だ」と述べている。

イーサリアムの移行による直接的な二酸化炭素排出量への影響は相当なものになるだろうが、暗号通貨のエネルギー消費問題（依然としてビットコインが大きな責任を負っている）のほんの一部に過ぎない。ラウクス氏によると、昨年時点でイーサリアムは年間20～25テラワット時を消費したと推定されており、これはビットコインの消費量の約6分の1に相当する。「これはビットコインの2ヶ月分の稼働量に相当します。ですから、その点では、二酸化炭素排出量が劇的に削減されるという点では、それほど大きな意味を持つとは思いません。なぜなら、ビットコインが二酸化炭素排出量の大部分を占めているからです」とラウクス氏は言う。「しかし、象徴的な観点から言えば、将来的にはプルーフ・オブ・ワークからの脱却に間違いなく役立つと思います。」この移行が実現すれば、暗号通貨業界に波紋が広がり、プルーフ・オブ・ワークはますます希少なものになる可能性がある。

もちろん、大きな疑問は、ビットコイン自体がプルーフ・オブ・ステークへと飛躍するかどうかだ。プルーフ・オブ・ワークとその直感的でハードウェアに裏打ちされたアーキテクチャがビットコインコミュニティ全体で占める地位を考えると、それは非常にありそうにない。しかし、ビットコインが機関投資家やイーロン・マスクをはじめとするテクノロジー業界の億万長者の間で新たな資産クラスとして人気を集め始めている今、何かを犠牲にせざるを得なくなる可能性も全くないわけではない。例えば、ラウクス氏は、ビットコインは倫理的な投資と言えるのか、それともいわゆるESG（環境・社会・ガバナンス）基準に抵触するのか、と指摘する。

技術コンサルティング会社DecentraNetの創設者であり、グリーン暗号通貨マイニングの提唱者であるマット・マッキビン氏は、ある意味でビットコインの二酸化炭素排出量を最小限に抑えるシステムへの移行は避けられないと考えている。実際、それは最初からの主張だった。マッキビン氏は、ビットコインの膨大なエネルギーフットプリントが、最終的に再生可能エネルギーへの移行を加速させると主張している。2018年、マッキビン氏はMediumに投稿した「サトシの第二の贈り物：再生可能エネルギー報奨プログラム」という記事で、ビットコインの仮名発明者であるサトシ・ナカモトが、意図的か否かに関わらず、いかにクリーンエネルギーの生産を促進したのかという自身の理論を展開した。彼の視点から見ると、ビットコインの報酬は、太陽光や水力発電といった、よりクリーンで、一般的に安価な再生可能エネルギー源の利用を促す誘因として機能している。

「ビットコインは、世界で最もクリーンなエネルギーに対する『報奨金プログラム』になる段階に達しています」とマッキビン氏は言う。「なぜなら、これらのエネルギーシステムは化石燃料よりも安価であるため、最適な方法で運用する方法を具体的に検討することが経済的に可能になるからです。」

ジャン・ヴォルピチェリはWIREDのシニアエディターです。@Gmvolpiからツイートしています。

この記事はWIRED UKで最初に公開されました。