データ観察: ビットコインはアフリカの大部分を合わせたよりも多くのエネルギーを消費します

マスク氏のマイニングエネルギーの無駄の解放からイーサリアムのプルーフ・オブ・ステークメカニズムへの切り替え、中国のマイニング禁止からCNBCまで、ビットコインネットワークは本当にこれほど大量のリソースを消費できるのだろうか？

テスラが環境問題を理由に支払い方法としてのビットコインを一時停止すると発表したイーロン・マスク氏のツイートを見たことがあるでしょう。テスラは環境に配慮した企業であるため、これは当然のことです。マスク氏は5月、「ビットコインのマイニングや取引における化石燃料の使用、特に燃料の中で最も排出量の多い石炭の使用が急速に増加していることを懸念している。アフリカのエネルギー資源のほとんどは依然として非常に大きい。天然ガスに依存している」と語った。 、石炭、石油など、これらのプロジェクトのコストは、特にビットコインをマイニングするための発電に必要なエネルギー量を考えると、大陸の多くの人にとって手の届かないものです。

アフリカと比較して、ビットコインはどのくらいのエネルギーを使用しますか?

画像クレジット: カッシュ

ビットコインのマイニング ネットワークは、エネルギー使用量の点で世界トップ 30 にランクされています。 Digiconomist の Bitcoin Energy Consumption Index によると、ビットコインのエネルギー消費は人口数千万の国に 131.16 TWh の電力を供給でき、これはアフリカでエネルギー消費が最も少ない 47 か国の総消費量 130.05 TWh を上回ります。ジュール・サイエンス誌に掲載された2019年の研究によると、年間22.9メガトンの二酸化炭素を生成しており、これはサントメ・プリンシペ、コモロ、中央アフリカ共和国、ギニアビサウ、ジブチ、ブルンジ、ガンビアとほぼ同じ量である。 、セイシェル、カーボベルデ、ソマリア、エリトリア、エスワティニ、シエラレオネ、チャド、ルワンダ、リベリア、マラウイ、南スーダン、ニジェール、レソト、コンゴ民主共和国、ギニアは同量の二酸化炭素を生成しました これらの国の合計生産量二酸化炭素は23.5メガトンです。ただし、ビットコインの価格が上昇し、マイナーへのインセンティブが増加し、エネルギー消費の増加につながるため、この状況が永遠に続くわけではありません。もう一つの問題は、鉱山のほとんどが中国にあり、石炭に大きく依存していることだ。中国はエネルギー消費への懸念から仮想通貨マイニング事業を停止している。

データから、ビットコインは実際に環境に多大な汚染を引き起こす可能性があり、成長を続ける数千の仮想通貨の 1 つにすぎないことがわかります。このままでは、私たちの環境は本当にこれらすべてに耐えることができるでしょうか?答えはいいえだ。私たちはすでに気候変動と闘っています。暗号通貨革命は、それ自体と私たちの Odaily にとって、より持続可能なものでなければなりません。

ビットコインのPoWコンセンサスメカニズムとエネルギー消費との関係

フランスの数学者ガスパール・ギュスターヴ・ド・コリオリが言ったように、仕事は行動に向けられたエネルギーであり、エネルギーは「行われた仕事」です。完成した作品は、将来の支出に備えてビットコインなどの通貨で保存できます。ビットコインのコンセンサスメカニズムはプルーフ・オブ・ワーク (PoW) に基づいており、ブロックチェーンを安全に実行し続けるためにエネルギーが使用されます。

新しいブロックを生成するプロセスで、マイナーは、結果が以下で定義された所定の基準を満たすまで、プールされたトランザクションと「ナンス」を平均 10 分間かけて SHA-256 ハッシュ関数に挿入する推測ゲームを解きます。プロトコル。より詳しく説明すると、マイナーは未確認のトランザクションをメモリプールから取得し、それらを新しいブロックにバンドルします。このブロックには、ブロックヘッダーにいくつかの情報が含まれています。次に、マイナーはブロック ヘッダーを取得し、「ノンス」と呼ばれる乱数を追加してハッシュ関数に入力し、256 ビットの数値を生成します。ネットワークは、これもブロックチェーン プロトコルによって事前に決定され、「ゴール」と呼ばれる特定の制限より小さい結果のみを受け入れます (たとえば、返される結果の最初の 32 ビットはゼロでなければなりません [簡略化])。

マイナーは、結果が基準を満たすまで、ブロックにバンドルされたトランザクションの組み合わせをハッシュ関数に繰り返し挿入します。このような 1 秒あたりの試行回数は「ハッシュ レート」と呼ばれます。所定の基準を満たす結果を最初に受け取ったマイナーは、その結果をネットワークにブロードキャストし、ブロック報酬を受け取ります。これには、ブロックに含まれるトランザクションのトランザクション手数料も含まれます。ビットコインと貴金属の性質が似ているため、このプロセスは「マイニング」と呼ばれます。ビットコインの発明者であるサトシ・ナコモトの架空の名前は、彼の投稿の1つでこの主張を裏付けています。

「その意味では、[ビットコイン]は貴金属に似ています。価値を一定に保つために供給量を変えるのではなく、供給量があらかじめ決められており、価値が変化します。」 — サトシ・ナカモト

ブロックごとに発行されるビットコインの数はプロトコルによって事前に決定されます。その結果、中央銀行が発行する通貨とはまったく対照的に、ビットコインの供給量は数学的に制御され、制限されています。時間の経過とともに、ブロックごとに発行される新しいビットコインの数は 50% 減少しました。この「半減」は 210,000 ブロックごと、つまり約 4 年ごとに発生します。現在、マイニングされたブロックごとに 12.5 ビットコインが発行されます。

ビットコインのプルーフ・オブ・ワーク・メカニズムは、2016 ブロックごとに新しいブロックを見つける難易度を調整するように設定されており、新しいブロックを見つけるまでの平均時間は約 10 分です。難易度は、ネットワークによって提供される計算能力の影響を受けます (計算能力が高いほど、難易度は高くなります)。

これは、プロトコルで定義されているようにビットコインの供給が固定されているマイニング市場が存在し、全体のハッシュ レートによって決定される難易度に基づいてコンピューティング パワーの需要が変動することを意味します。需要と供給の法則により、ブロックごとにあらかじめ決められたビットコイン報酬、現在のビットコイン価格、マイニングのコストによって、ネットワークのセキュリティ保護に貢献できる費用対効果の高いマイナーの数が決まります。効率的な市場では、プレミアムはゼロです。これは、プルーフ・オブ・ワークによる 1 kWh のエネルギーの燃焼による限界収益が限界マイニングコストに等しいことを意味します。取引手数料を含むブロック報酬の計算式は次のとおりです。

ビットコインのマイニング難易度を自動調整することで、動的な自己修正システムが実現します。マイニングコストが増加する一方で、ビットコインの価格とブロック報酬は一定のままであると仮定します。上記の方程式が成り立つためには、マイニングを行う人が減り、最終的にマイニングの難易度が低下します。逆も同様です。方程式の左側が変わらないと仮定すると、マイニング コストは減少します。より多くのビットコインマイナーがオンラインになるため、難易度は上がります。

しかし、実際には、鉱山労働者は採算が悪くなってもすぐに装置を停止しないため、完全な均衡は起こりません。さらに、製造および納期の要件により、ハッシュ レートの増加には遅れが生じます。これにより、ビットコインの価格が上昇したときに、既存のハッシュレート所有者に任意の利点が与えられます。

次のような結論が導き出されます。

• ビットコインブロックチェーンを実行し続けるためのエネルギー消費量は、ネットワークのハッシュレートと各マイナーのエネルギー消費量によって異なります。

• ビットコインの報酬はプロトコルによって事前に決定されます。

• 全体的な費用対効果の高いマイニング能力は市場 (ブロックごとのビットコイン報酬とビットコイン価格) によって決まります。

環境的に持続可能な暗号革命

幸いなことに、トップの暗号通貨の中で、これほど多くのエネルギーを消費するのはビットコインだけです。イーサリアムは現在、まったく異なるプロセスに移行しており、カルダノなどの他のトップコインは、必要なエネルギー時間がはるかに短くなります。

仮想通貨革命によってもたらされた環境危機には 2 つの解決策があります。ビットコインや他のほとんどの暗号通貨は、各トランザクションを検証するために「Proof of Work」（PoW）と呼ばれる概念を使用してきました。 Proof-of-Work メカニズムにより、ネットワークへの攻撃が法外に高価になることが保証され、このメカニズムによりチェーン分割が発生した場合の競合解決が可能になります。さらに、有効なチェーン (最も蓄積された作業を含むチェーン) は誰でも簡単に証明できるため、プルーフ・オブ・ワークでは信頼が最小限に抑えられます。

しかし、この概念には根本的な欠陥があり、それがスケーラビリティの問題です。ビットコインの供給量は有限であり、供給量が減少するとトランザクションの検証に時間がかかり、その結果、ブロックの作成にこれまで以上に多くのエネルギーが使用され、パスの時間が短縮されます。実際、世界中の多くのマイニング倉庫が、目の前のタスクをできるだけ早く解決しようと競い合っています。同じ数学的問題を解決しようと競う数百台のコンピューターの中で、最も速いコンピューターだけがトランザクションを証明し、報酬を得ることができるからです。これは、トランザクションに投入される全エネルギーの 99% が基本的に無駄なエネルギーであることを意味します。

解決策の 1 つは部分的な集中化です。証明システムが抱えるすべての問題は、分散された方法でトランザクションを検証できることです。アルゴリズムによってコインを生成する中央当局がエネルギーの無駄を削減すると信じている人もいます。たとえば、一部の暗号通貨ではプレマイニングと呼ばれる概念が導入されており、一般に公開する前に中央当局が一定数のブロックチェーンベースのトークンを作成する必要があります。長期的には、多くの人が部分的な集中化の考えに反対し、ブロックチェーン技術を完全に分散化したままにしたいと考えています。

もう 1 つの解決策は、プルーフ オブ ステーク (PoS) マイニングに移行し、再生可能エネルギーを使用することです。 Proof Of Stake システムは、基本的に Proof Of Work システムの競合計算プロセスを排除しますが、依然としてすべてが分散化されています (PoW よりもさらに分散化されています)。これにより、システム内の各コンピュータが一度に 1 つのタスクを処理できるようになります。プルーフ・オブ・ステーク システムでは、バリデーター/マイナーは「ステーク」と呼ばれる一定量の暗号通貨を担保として差し出す必要があります。その代わりに、アルゴリズムは定期的にバリデーターの 1 つにブロックチェーン内の次のブロックを作成させます。複雑な数学的問題を解決するために競争する必要がないため、Proof-of-Work システムと比較してエネルギー使用量が大幅に削減されます。

さらに、ビットコインブロックチェーンをより効率的にするための開発がいくつか行われています。これらの開発には、トランザクションのバッチ処理や高度な暗号化などの最適化に加え、取引所、ビットコインバンク、サイドチェーン、ライトニングネットワークなどのビットコイン上の追加レイヤーが含まれます。

特に興味深いのは、ライトニング ネットワークが、ビットコイン トランザクションを保護するために必要な平均エネルギー量を削減することで、ビットコイン トランザクション量を拡大することです。ライトニング ネットワークは、ビットコイン ブロックチェーンのコンセンサスを決済層として使用し、その独自の信頼特性を継承する分散型ピアツーピア支払いシステムとして、ブロックチェーンと呼ばれる共有台帳のエントリに依存せず、理論的には数十億ドルを処理できます。 1 秒あたりのトランザクション数。

集中化された第 2 層 (Coinbase などの取引所) で実行されるトランザクションもブロックチェーン上に配置されず、エネルギーを直接消費しません。この場合、その信頼は、顧客のビットコイン取引を記録し、誰がどのくらいの量のビットコインを所有しているのかを示す非公開の台帳を維持する事業体から得られます。これらの開発により、ブロックチェーンに載せることなく、（無制限ではないにしても）より多くの支払いが行われるようになります。これが、ビットコイン取引の増加により、ビットコイン取引ごとに必要な平均エネルギーがほぼゼロに削減される理由です。