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ページの最終更新日時: 2022年11月29日

イーサリアムのエネルギー消費

イーサリアムは、環境に優しいブロックチェーンです。 低電力デバイスで実行でき、参加に重い計算を必要としないプルーフ・オブ・ステーク 合意メカニズムを使用します。 イーサリアムのプルーフ・オブ・ステークのメカニズムは、プルーフ・オブ・ワークのようにエネルギー消費ではなく、ステーキングされた ETH により、ネットワークの安全性を保ちます。 プルーフ・オブ・ステークへの移行により、イーサリアムネットワークで消費されるエネルギーは比較的小さくなり、年間約 0.01 TWh です。

プルーフ・オブ・ステークの消費電力

イーサリアムのエネルギー消費量は、ネットワークの 1 つのノードにつき、基本的な性能のラップトップの稼働コストとほぼ同じです。

ブロックチェーンを他の産業と比較するために「トランザクション単位」でエネルギー消費量を試算している記事が多くあります。 この試算方法は分かりやすいですが、 ブロックの提案と検証に必要なエネルギーは、ブロックのトランザクション数には影響を受けないため、トランザクションベースの見積もりは誤解を招く可能性があります。 トランザクション単位でエネルギー消費量を試算すると、トランザクション数が少なければエネルギー消費量も少なくなり、その逆もしかりということになりますが、実際はそうではありません。 トランザクション単位の試算は、ブロックチェーンのトランザクションのスループットの定義に大きく依存しているため、この定義を変更することで、値を大きく見せたり小さく見せたりすることができます。

例えば、イーサリアムでは、トランザクションのスループットはベースレイヤーのものだけでなく、「レイヤー 2」のロールアップで行われたトランザクションのスループットも含めた合計です。ロールアップのトランザクションは一般的には計算に含まれず、そうするとスループットは劇的に少なくなります。 これが、プラットフォームごとのトランザクションあたりのエネルギー消費量を比較すると誤解を招く理由の一つです。

より重要なのはネットワーク全体のエネルギー消費量と二酸化炭素排出量です。 これらの値から、ネットワークが利用者や社会全般に何をもたらすかを分析し、エネルギー消費が正当かどうかをより総合的に評価することができます。 一方、トランザクション単位で評価すると、ネットワークの価値がアカウント間の暗号通貨を送金だけになってしまい、正当な費用対効果の分析にはなりません。

CCRI (暗号資産炭素排出量格付機関) は、イーサリアムの二酸化炭素排出量と電気消費量に関して、広範囲にわたる分析を行いました( マージ - イーサリアムネットワークの電力消費量と二酸化炭素排出量への影響をご覧ください) 。 CCRI がさまざまなハードウェアとクライアントソフトウェア構成の異なるノードでの電力消費量を測定したところ、 分析時(2022 年 9 月)のネットワークの年間電力消費量は、 2.601 MWh (0.0026 TWh)と見積もられました。地域別の炭素集約度係数を適用すると、年間の炭素排出量は870 トン CO2eに相当するという結果になりました。

Digiconomist がビットコインとイーサリアムのネットワーク全体のエネルギー消費量と二酸化炭素排出量のデータを提供しています。 この記事の執筆時点では、ビットコインは年間約 200 TWh のエネルギーを消費し、年間約 100 MT (メガトン)の二酸化炭素を排出しています。また、ハードウェアの買い替えに伴い、年間約 32,000 トンもの廃棄物が発生しています。 これに対しイーサリアムの総エネルギー消費量は、およそ年間 0.01 TWhです。

上の図は、各産業の推定年間エネルギー消費量(2022 年 6 月取得) を示しています。 なお、図で示された推定値は、以下のテキストでリンクされている一般に公開されているソースからのものです。 これらは例示であり、公式な見積もり、約束、予測を表すものではありません。

イーサリアムのエネルギー消費量を分かりやすくするため、他の産業の年換算推定値と比較します。 イーサリアムを投資としてデジタル資産を安全に保有するためのプラットフォームとすると、年間約 240 TWhを消費すると言われている金の採掘と比較できるでしょう。 デジタル決済のプラットフォームとイーサリアムを考えるならば、PayPal (年間約 0.26 TWh)と比較できます。 エンターテイメント系のプラットフォームとしては、 年間 34 TWアメリカだけで消費されていると言われているゲーム業界と比較することができます。 Netflix のエネルギー消費量は、年間約 0.45 TWhr(2019 年の Netflix の報告)から年間約 94T Wh (Shift Projectによる推定)と幅広く、これら推定値の前提条件はCarbon Briefにて議論されています。 あるいは、年間約 244 TWhを費やすと推定される Youtube とも比較することができます。これらの値はストリーミングされるデバイスとデータセンターなどの基盤となるインフラストラクチャのエネルギー効率により大きく異なります。 Youtube のエネルギー消費量はチャンネルと個々のビデオに分けて試算されています。 こちらの推定値から、2019 年に Youtube でカンナム・スタイルを観るために消費したエネルギーが、プルーフ・オブ・ステークのイーサリアムが 1 年間に使用するエネルギーの 45 倍であったことが分かります。

環境にやさしいアプリケーションレイヤー

イーサリアムのエネルギー消費量が非常に少ない一方で、イーサリアム上で再生金融(ReFi)コミュニティも構築され、大きく成長し、非常に活況を呈しています。 再生金融(ReFi)アプリケーションは、分散型金融(DeFi)コンポーネントを使って、環境にプラスとなるような外部性をもたらす金融アプリケーションを構築します。 再生金融(ReFi)は、イーサリアムと密接に連携し、技術の進歩と環境保全の両立を目指す「Solarpunk」運動の一翼を担っています。 イーサリアムが分散型、パーミッションレス型、構成可能であるため、再生金融(ReFi)や Solarpunk コミュニティの理想的なベースレイヤーとなっています。 これらの開発(例: 分散型サイエンス(DeSci)など)を通じて、イーサリアムは環境に優しく社会的にポジティブな技術になりつつあります。

イーサリアムの炭素負債

現在はイーサリアムのエネルギー消費量は非常に少ないですが、以前からそうだったわけではありません。 イーサリアムは、2022 年第 3 四半期にプルーフ・オブ・ステーク合意メカニズムに移行しました。 2014 年から 2022 年までは、プルーフ・オブ・ワークのメカニズムがイーサリアムで採用されていなかったため、環境コストははるかに高かったです。

イーサリアムの発端以来、プルーフ・オブ・ステークという合意メカニズムの実装を目指してきましたが、セキュリティと分散性を犠牲にすることなく、これを実現するためには何年にもわたる重点的な研究開発が必要でした。 それゆえ、まずはネットワークを始めるため、プルーフ・オブ・ワーク・メカニズムが採用されました。 プルーフ・オブ・ワークのコンセンサスでは、マイナーが自分自身のハードウェアを使用して、パズルを解く必要があります。その過程でエネルギーを消費します。 パズルの解答は、マイナーがエネルギーを消費し、ブロックチェーンに追加する権利を得るために、現実世界で価値のあるものを投資したことを意味します。 イーサリアムの総エネルギー消費量は、暗号通貨市場の上げ相場のピークであった 2022 年 2 月に、年間 94 TWh 弱となりピークを迎えました。 プルーフ・オブ・ステークへの移行前の夏には、エネルギー消費量は年間 60 TWh に近づき、ウズベキスタン 1 国のエネルギー消費量に匹敵し、アゼルバイジャン(年間 33 MT)と同等の炭素排出量でした。

CCRIがプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへ移行したイーサリアムのマージの影響を調査したところ、コンセンサスプロトコルの変更がもたらした顕著な変化が浮き彫りになりました。年間消費電力量は 22,900,320 MWh から 2,601 MWh へと、99.988%超の削減となりました。 同様に、イーサリアムの二酸化炭素排出量も約99.992%削減しました (11,016,000 トン CO2e から 870 トン CO2e へ削減) 。 比喩的に描くと、以下の図のようにエッフェル塔の高さから小さなプラスチック製のおもちゃのフィギュアの高さにまで排出量を削減したことに相当します。

マージ前後のイーサリアムのエネルギー消費量比較 左側には高さ330メートルのエッフェル塔が、右側には虫眼鏡の中に高さ4センチのプラスチック製のフィギュアが表示

プルーフ・オブ・ワークもプルーフ・オブ・ステークも、誰が次のブロックを追加するのかを決めるメカニズムに過ぎません。 プルーフ・オブ・ワークをプルーフ・オブ・ステークに変更することで、スマートコントラクトに直接ステーキングされた ETH から現実世界での投資を得られるようになり、マイナーによりブロックチェーンにブロックを追加するためにエネルギーを消費する必要がなくなります。 そのため、ネットワークの安全性を確保するための環境負荷は大幅に軽減されました。

プルーフ・オブ・ワークよりも環境に優しいプルーフ・オブ・ステーク

プルーフ・オブ・ワークは、安全なネットワークを確保する上で堅牢な方法です。 以前のプルーフ・オブ・ワークのイーサリアムでは、ブロックチェーンのトランザクションは、マイナーによって検証されていました。 マイナーは複数のトランザクションをブロックにまとめ、イーサリアムのブロックチェーンに追加します。 新しいブロックは、独立してトランザクションを実行する他のすべてのノードオペレーターに伝播され、ブロックの有効性が確認されます。 不正は、ノード間の不一致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。 マイニングに伴うコストが発生し、どのノードが次のブロックを送信することが予測できない場合にのみ、マイナーは新しいブロックを追加できます。 プルーフ・オブ・ワークを採用することで、これらの条件は満たされ、 トランザクションのブロックを生成するためには、マイナーは莫大な計算コストのかかる数理パズルに誰よりも早く解答しなければなりません。 不正を行おうとするマイナーがブロックチェーンを制御しようとすると、高価なハードウェアに投資し多くのエネルギーを消費して、プルーフ・オブ・ワークの競争で他の大多数のマイナーに勝ち続けなければならないということになります。

ネットワークの安全を確保するこのメカニズムには、いくつかの問題点があります。 まず、マイナーはより強力なハードウェアに投資することで成功確率を高められるため、大量の電力を消費するマイニング機器を買い求める競争が激化しました。 これにより、ネットワーク維持のための消費電力が増え、ハードウェアの廃棄につながりました。 次に、イーサリアムのプルーフ・オブ・ワーク・プロトコル(プルーフ・オブ・ステークへの移行前)は、フィンランド1とほぼ同等の年間電力を消費し、スイス1と並ぶ二酸化炭素を排出していました。

プルーフ・オブ・ステークは、マイナーではなく、バリデータが検証を行います。 バリデータはマイナーと同じ役割を果たしますが、電力を消費するのではなく、不正行為を行わないよう担保として ETH をステーキングします。 バリデータが不適切な行為を行なった場合は、ステーキングされた ETH を失うことがあり、より悪質な行為にはより厳しいペナルティが課されます。 これにより、大量のエネルギーを消費せずに、ネットワークの安全確保に積極的かつ誠実に参加することへのインセンティブが強く働きます。 プルーフ・オブ・ワークのネットワークに費やされるエネルギーのほとんどはマイニングによるものでした。プルーフ・オブ・ステークへ切り替えることで、消費されるエネルギーは劇的に削減されました。 また、プルーフ・オブ・ステークでは、より高性能なハードウェアに投資するメリットがないため、激しい設備投資競争はなくなり、ハードウェアの廃棄も減少します。 イーサリアムのバリデータは、一般的なノートバソコンやRaspberry Piなどの低電力デバイスでも実行できます。

イーサリアムのプルーフ・オブ・ステークの実装方法、およびプルーフ・オブ・ワークとの比較をご覧ください。

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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・ファウンデーションの公約を示すものではありません。

参考文献

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