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ページの最終更新日時: 2022年8月9日

イーサリアムのエネルギー消費

プルーフ・オブ・ワークを使用する現在のイーサリアムは、エネルギー消費が高すぎて持続不可能です。 セキュリティと分散化を犠牲にすることなく、エネルギー消費に関する懸念を解決することは、技術的に重要な課題であり、長年にわたり研究開発の焦点となってきました。 イーサリアムが環境へ甚大な影響を与える理由と、来たるプルーフ・オブ・ステークへのアップグレードにより、どのように劇的に変化させるかについて見てみましょう。

エネルギーによりネットワークを保護

イーサリアムブロックチェーン上のトランザクションは、マイナーが検証します。 マイナーはトランザクションを順序付けられたブロックにまとめ、イーサリアムブロックチェーンに追加します。 新しいブロックは、トランザクションを独立して実行する他のすべてのノードにブロードキャストされ、それらのブロックが有効であることが確認されます。 不正は異なるノード間の矛盾として明らかになります。 正当なブロックはブロックチェーンに追加され、変更不可能な履歴の一部となります。

マイナーが新しいブロックを追加できるのは、マイニングに伴うコストが発生し、特定のノードが次のブロックを送信することが予測不能な場合にのみです。 これらの条件は、プルーフ・オブ・ワーク(PoW)を課すことにより満たされます。 トランザクションブロックを送信する資格を得るためには、マイナーは任意の計算パズルを他のマイナーよりも早く解かなければならず、 マイナー間の競争が生まれるのと同時に、エネルギー消費という形でコストが発生します。 不正行為を行うには、悪質なマイナーは常にこのプルーフ・オブ・ワークの競争に勝ち続けなければならず、これは非現実的であり、莫大な費用がかかります。

イーサリアムは、その誕生以来、プルーフ・オブ・ワークを使用してきました。 プルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行は、常にイーサリアムの基本的な目標の一つでした。 しかし、イーサリアムのセキュリティと分散化の原則に準拠するプルーフ・オブ・ステークの開発は容易なことではなく、 暗号学、暗号経済学、およびメカニズム設計における多くの研究と課題の解決が必要でした。

プルーフ・オブ・ワークのエネルギー消費

プルーフ・オブ・ワークは、ネットワークを安全にし、ブロックチェーンに正当な変更のみを強制する堅牢な方法ですが、いくつかの理由で問題があります。 ブロックをマイニングするには、任意の計算パズルを解く必要があり、マイナーはよりパワーのあるハードウェアに投資することで成功率を高めることができます。 これらのインセンティブは、マイナーたちが、ますます電力を必要とするハードウェアを獲得しようとする激しい競争を引き起こします。 イーサリアムのプルーフ・オブ・ワーク・プロトコルは現在、フィンランドとほぼ同等の電力を消費し1、スイスと同等の二酸化炭素量を排出します1

プルーフ・オブ・ステーク

より環境に優しいイーサリアムの未来は、すでに プルーフ・オブ・ステークチェーンにより構築されようとしています。 プルーフ・オブ・ステークでは、パズルを解く必要はなくなり、 ネットワーク保護に要するエネルギー消費が大幅に削減されます。 マイナーは、バリデータに置き換わります。バリデータはマイナーと同じ役割を果たしますが、計算するという形で先行投資をするのではなく、不正行為に対する担保として ETH をステークします。 バリデータが怠慢な場合(バリデータの義務を果たすことになっているときにオフラインになっている場合など)、バリデータがステークした ETH は徐々に消失することになります。 不正行為を行うと、ステークした資産は「スラッシングされる(切り捨てられる)」ことになるでしょう。 これは、ネットワークを保護するために、バリデータが能動的かつ誠実に参加する強い動機づけとなります。

プルーフ・オブ・ワーク同様、51%攻撃を実行するには、ネットワーク内の少なくとも 51%の ETH を保有する必要があります。 プルーフ・オブ・ワークでは攻撃が失敗した場合の潜在的な損失としては、マイニングに必要なハッシュ・パワーのコストのみですが、一方、プルーフ・オブ・ステークにおいては、担保として使った ETH の全額を失う可能性があります。 このプルーフ・オブ・ステークでの抑止構造により、ネットワークを保護しつつ、任意の計算にエネルギーを費やす必要性がなくなります。 プルーフ・オブ・ステーク下でのネットワーク保護の詳細な説明は、こちらこちらに記載しています。

マージ

ビーコンチェーンと呼ばれるプルーフ・オブ・ステークを実装したチェーンが 2020 年 12 月から実行されており、プルーフ・オブ・ステーク・プロトコルの実行可能性が実証されています。 マージとは、イーサリアムがプルーフ・オブ・ワークを過去のものにして、プルーフ・オブ・ステークを完全に採用した時点を指します。 マージは 2022 年第 2 四半期までに行われる予定です。 マージの詳細

プルーフ・オブ・ステークのエネルギー消費

ビーコンチェーンは、プルーフ・オブ・ステークメカニズムに対する信頼性を構築するだけでなく、マージ後のイーサリアムのエネルギー使用量の推測も可能にします。 最近の見積もりでは、プルーフ・オブ・ステークへの移行により、総エネルギー使用量を 99.95%削減する可能性があることが示唆されており、プルーフ・オブ・ステークはプルーフ・オブ・ワークと比較してエネルギー効率が最大 2000 倍まで向上します。 イーサリアムのエネルギー消費は、ネットワーク上の各ノードでは自宅のコンピューターを稼働するのとほぼ同じになるでしょう。

画像

図中のプルーフ・オブ・ワークの1トランザクション当たりのエネルギー消費量は、2021年5月のデータに基づいて算出されており、同ソースが記載された時点では最大175.56 kWhと推定されました。

これらの数字を Visa のようなサービスと比較してみましょう。 100,000 回の Visa トランザクションで 149kWh のエネルギーを使用2します。 シャーディングが実施されたと仮定すると、イーサリアムの現在のトランザクションレート(15 トランザクション/秒)は、ロールアップによる最適化を考慮しなくても、少なくとも(シャード数の)64 倍に増加します。 現実的に見積もると、マージ後のシャーディングされたイーサリアムは、ロールアップを考慮すると 25,000 ~ 100,000 トランザクション/秒です。 この数値を利用して、100,000 件のトランザクションにおける最大および最小のエネルギー消費を推定してみましょう。

  • 1 秒間に 25,000 件のトランザクションを処理
  • 100,000 / 25,000 = 4 秒で、100,000 件のトランザクションを処理

控え目に 10,000 人のアクティブなバリデータがネットワークを保護しているとすると、イーサリアムの 1 秒当たりのエネルギー消費も推定することができます。(ビーコンチェーンでは 250,000 のバリデータがいますが、複数のバリデータは単一ノードで稼働してます。 現在、3,000~4,000 のノードがあると推定されており、マージ後のノード数は控えめにいって 10,000 と推定されます。)

1.44kWh日々の使用量 x 10,000 ネットワーク ノード = 14,400kWh /日。 1 日は秒にすると 86,400 秒のため、1 秒当たり14,400 / 86,400 = 0.1666667kWhとなります。

これに 100,000 件のトランザクションを処理するために必要な時間をかけると 0.1667 x 4 = 0.667 kWhとなります。

これは、Visa が同じトランザクション数で使用するエネルギーの 0.4%以下です。また、イーサリアムの現在のプルーフ・オブ・ワーク・ネットワークと比較しても、エネルギー消費量を最大 225 倍削減することができます。

毎秒最大のトランザクションを処理する場合についても計算すると、1 秒当たり 0.1667kWh となり、Visa のエネルギー消費量の約 0.1%であり、約 894 倍の削減になります。

注: イーサリアムのエネルギー使用量は時間ベースであるため、トランザクション数に基づく比較は完全に正確とは言えません。 イーサリアムのエネルギー使用量は、1 分間に 1 トランザクションを処理しても、1,000 トランザクションを処理しても同じです。

また、イーサリアムは単純な金融取引に限らず、スマートコントラクトや分散型アプリケーションのために構築された汎用的なプラットフォームであることも考慮する必要があります。

より環境に優しいイーサリアム

イーサリアムのエネルギー消費量は、歴史的に見て非常に大きかった一方、 エネルギー消費が激しいブロック検証からエネルギー効率の高いブロック検証へ移行するために、開発者の時間と知性を大量に投資しています。 Banklessは、プルーフ・オブ・ワークによる消費エネルギーを減らす最善策は、単に「プルーフ・オブ・ワークを止めること」と言っており、その取り組みにコミットしています。

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これらの統計が間違っていると思われる場合や、より正確さを向上できると思われる場合は、問題やPRを上げてください。 これらは、一般に公開されている情報と現在のイーサリアムのロードマップを用いてethereum.orgチームが作成した推定値です。 これらの推定値は、イーサリアム財団の公約を示すものではありません。

参考文献

脚注およびソース

1. イーサリアムのプルーフ・オブ・ワークのエネルギー消費量

国別エネルギー消費量 イーサリアム(年間 TWh)を含む

2. Visa のエネルギー消費量

ビットコイン・ネットワークのトランザクション当たりの平均エネルギー消費量と 2020 年時点の VISA ネットワークとの比較、Statista

Visa 財務報告書 2020 年第 4 四半期

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