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bitcoin: Proof of Work の肝

計算機 考察 ノート

bitcoin の仕組みは「ようできてる」と感嘆します。ポイントはデータベースの更新を承認する「Proof of Work」(PoW) という仕組みです。

さて、bitcoin が PoW で上手く回っているのは、PoW の特徴によるものに思います。PoW がなかったどうなるのかというのを仮定してみて、PoW の意義について考えてみる。同期とかの用語は厳密な意味は分からずに使っています。

PoW とは、bitcoin クラスタに投げられたトランザクションをいくつかまとめて承認して、トランザクションログに追記することです。トランザクションログは、トランザクションの塊(ブロック)がチェーン上につながっているので、ブロックチェーンと呼ばれます。ブロックチェーンに追記できるブロックは特定の条件を満たす必要があり、その条件を満たすブロックを見つける作業は CPU コストがかかります。PoW の CPU コストのために、bitcoin は非常に遅いです。1つのブロックをチェーンに追加するのに10分かかります。

では、PoW の CPU コストをなくしたら、どうなるのだろうか。*1

まず、同期が非常に難しくなる。複数のノードを同期させつつ、ネットワークの不安定にも耐えて、ノードが増えたり減ったりすることにも耐えるというのは、難しい問題である。長年研究されているけれども、決定的な解決法というのは見つかっていない。bitcoin はひとつの解決法ではあるが、ネットワークネックを CPU ネックに替えることで、ネットワークを相対的に速くしているから、回っているように思う。PoW がなくなってしまうと、おそらくネットワークの不安定に対する耐性が弱くなってしまうだろう。同期がうまいこと取れなくなって、データの整合性や永続性が得られなくなる可能性が高い。一番長いチェーンがどれなのかの合意を取る仕組みも特にないから、ブロードキャストしてちゃんと届くことを期待していると思われるが、ネットワークがネックになったら、それも期待できない。

また、対攻撃性が弱くなる。承認が簡単になってしまうと、承認とその検証が同じ程度のコストになってしまう。PoW のいいところは、誰でも承認作業ができるが、承認にはコストを要して、逆にその検証は非常に容易であることだ。承認の正当性や権威性を「計算」に置き換えてしまっている。計算をなくすと、承認の正当性も権威性も失われてしまうのだ。誰でも承認ができる仕組みをやめて、特権を持った人をつくるとしても、特権を持った人を合意するにはどうするのかとか、特権を持った人の承認の正当性はどうやって保証するのかという問題が生じる。また、特権を持った人がシステムとしてクリティカルな場所になってしまう。*2

そういうわけで分かりきった結論かもしれないが、PoW は非常にコストがかかるが、このコストがなくなると bitcoin はシステムとして成立しなさそうである。bitcoin って本当にようできている。

多分、うまい解決方法はある。おそらく、bitcoin のどこかを捨てることになるのだが、それはどこなのだろう。*3

*1:bitcoin の貨幣価値の出処は PoW に要する CPU コストなので、貨幣として弱くなる可能性もあるが、そこはあまり興味の対象でないので、議論しない。

*2:Proof of Stake という通貨を多くもっている人の権限を上げる仕組みもあるらしいが、仮想通貨としての用途以外の場合には適用しづらい。仮想通貨に興味があるのでなくて、非常に堅牢なデータベースとしての bitcoin に興味がある。

*3:既に多くのアイデアと実装はあるのだろうけれど、調べきれてない。きっと知られていない、うまいやり方は多くある