ブロックチェーン/レベル III · ネットワーク/3.2 マイニング/レッスン 3

ハッシュレートとセキュリティ

経済的な重みを測る尺度

用意するものmempool.spaceまたはblockstream.infoへのアクセス過去の難易度データを追跡するためのスプレッドシート指数表記に対応した電卓

問い

1秒あたり京単位の計算回数を表す数値は、観測可能な2つの変数だけからどのように導き出されるのでしょうか？
ビットコインの歴史の一日を書き換えるには、実際に何が必要なのでしょうか？
特定のコンセンサスアルゴリズム以外では何の役にも立たないハードウェアへの投資が、なぜそのネットワークを安定させる力になるのでしょうか？

探究

ハッシュレートとは、プルーフ・オブ・ワークを行うすべてのマイナーの計算能力の合計であり、1秒あたりのエクサハッシュ（EH/s）で表されます。1エクサハッシュは10^18ハッシュです。2024年までに、この値は数百EH/sに達しました。ハッシュの試行回数を直接数えるものは存在せず、エクスプローラーやアナリストは現在の難易度とブロックが見つかるペースからハッシュレートを推定しています。ブロックの発見は確率に支配される確率的なプロセスなので、短期的なハッシュレートの数値はブロック間隔のばらつきによって大きく変動します。
歴史の書き換えに対する防御は、暗号技術ではなく経済的な仕組みによるものです。直近の歴史を書き換えるには、攻撃者がネットワークの残り全体を上回るハッシュパワーを維持し続けなければなりません。そのためには専用ハードウェアとエネルギーを大規模に確保する必要があり、その調達は法外に高価で、実行しようとすれば非常に目立ちます。経済学者エリック・ブディッシュが2018年に論じた攻撃コストの見積もり方の一つは、攻撃者のハードウェアが本来得られたはずのマイニング収益で測るというものです。この見方では、セキュリティのコストはおおよそマイナーに支払われる報酬に等しくなります。
難易度調整の仕組みにより、ハッシュレートが上昇すると、2016ブロックごと（約2週間ごと）にターゲットのハッシュ値がそれに比例して引き下げられます。これにより、平均ブロック間隔は10分前後に保たれます。その結果、ネットワークの計算能力が増すほど個々のマイナーがブロックを見つける確率は下がりますが、攻撃者が匹敵しなければならない総作業量は増えていきます。マイナーが費やすエネルギーは検証コストとして機能し、インフラに資本を投じた合理的な主体にとって、二重支払いは経済的に割に合わない行為になります。
ハードウェアの専門化は、この経済的な結びつきをさらに強めます。ビットコイン用ASICはダブルSHA-256ハッシュの計算専用に設計されており、同じプルーフ・オブ・ワークを使う通貨しかマイニングできず、それ以外ではほとんど価値がありません。これにより、マイナーの経済的な命運はネットワークの健全性とセキュリティに直接結びつきます。ネットワークへの攻撃が成功すれば、そのハードウェアは価値の多くを失うでしょう。こうしたインセンティブの一致は、急速に価値が下がる一方で高い初期コストを要する専用設備に多額の投資をしている大規模事業者による攻撃を思いとどまらせます。
時間が経つほど、古いブロックは変更しにくくなります。直近の高さでチェーンをフォークさせるには、誠実なネットワークを短期間だけ上回ればよく、十分な資本があれば実現可能です。しかし、数十万ブロック分の履歴を巻き戻すには何年にもわたって過半数のハッシュレートを維持する必要があり、積み上がるエネルギーコストは盗んだ資金から得られるどんな利益をも上回ります。そのため、承認の深さはファイナリティの目安となります。ブロックが1つ追加されるごとに、ハッシュパワーが少数派の攻撃者にとって取り消しの可能性は指数関数的に低くなり、過半数を持つ攻撃者にとってはネットワーク全体の約10分ぶんの作業が上乗せされます。
これらの動きを確かめるには、mempool.spaceなどのエクスプローラーを開き、現在のネットワーク難易度と推定ハッシュレートを確認してください。これらの数値を1年前のデータと比較し、成長の傾向と難易度調整の効果を観察してください。個々のマシンが提供する計算能力は離散的な量ですが、ネットワーク全体の数値は統計的なノイズを含む連続的な推定値であり、世界各地の法域に分散したマイニング事業の、集合的でありながら変動する性質を反映しています。