ビットコインの大規模な「電力の無駄遣い」の謎に迫る！
やっほー！サイエンスライターのTKちゃんだよ！みんな、ビットコインって知ってるよね？
デジタルな世界のお金なんだけど、実はそのシステムを維持するために、ものすごい量の電力が使われているんだ。
今回紹介するのは、その電力の中でも「完全に無駄になってしまっているエネルギー」のメカニズムを解き明かした、ロンドン大学のPaolo Barucca先生たちの最新研究だよ！
複雑なネットワークの仕組みがどうやって地球規模のエネルギー問題に繋がっているのか、一緒に深掘りしていこう！
研究の背景：ブロックチェーンに潜む「捨てられるブロック」問題
ビットコインの基盤技術である「ブロックチェーン」は、世界中のコンピューターが暗号パズルの計算競争をして、取引の記録（ブロック）を鎖のように繋げていく「プルーフ・オブ・ワーク（PoW）」という仕組みを採用しているんだ。
この計算競争に一番早く勝った人にはビットコインが報酬としてもらえるから、みんな高性能なコンピューターを使って必死に計算（マイニング）をしているんだよ。
でも、世界中の人が一斉に計算していると、たまに「複数の人がほぼ同時」にパズルの正解を出してしまうことがあるんだよね。
そうすると、1本の鎖だったはずのブロックチェーンが2つに枝分かれしてしまう「フォーク（分岐）」という現象が起きちゃうんだ。
システムのルール上、最終的には長く伸びた方のチェーンだけが「本物」として承認されるんだけど、負けた方のチェーン（孤立ブロック）はゴミとして捨てられてしまうの。
つまり、その負けたブロックを見つけるために消費された膨大な計算力と電気代は、完全に水の泡になっちゃうってわけ！
実験内容・調査方法：数理モデルで「フォーク」の発生率を計算する！
そこで研究チームは、「どんな条件の時に、この無駄なフォークが起きやすくなるのか？」を突き止めるために、物理学のアプローチを取り入れた特別な数理モデルを作ったんだ。
注目したのは「マイナー（計算する人）の人数」、「計算力（ハッシュレート）の偏り」、そして「データがネットワークを伝わる時間（伝播時間）」の3つの要素だよ。
現実のビットコインのネットワークでは、誰がどれだけの計算力を持っているかや、世界中の通信の遅れを外から正確に測るのはすごく難しいんだ。
だから研究者たちは、システムの動きをシミュレーションできる確率的で高度な方程式（マルコフ過程など）を導き出し、過去のビットコインの実際のブロックデータと照らし合わせて検証を行ったんだよ。
これによって、現実のデータからは直接見えにくい「通信のラグ」や「マイナー同士の競争の激しさ」が、無駄なフォークにどう影響するかを理論的に計算できるようになったんだ。まさに科学の力だね！
驚きの結果：スイスの水力発電すべてに匹敵するエネルギーが消えていた！
このモデルを使って過去のデータを分析した結果、とんでもない事実が発覚したんだ！
捨てられた孤立ブロックのために無駄に使われた電力は年々増加していて、近年ではなんと約16,000メガワットもの電力が無駄になっていると推測されたんだよ。
これ、イギリスの国全体の総発電量の半分とか、スイスのすべての水力発電量に匹敵する信じられない規模のエネルギーなんだって！
さらに、マイナーたちの状況を分析すると、計算力を一点に集結させた一部の巨大な「マイニングプール（採掘者のグループ）」への権力集中が進んでいることも分かったんだ。
現在では、たった3つの巨大グループが、新しく作られるブロックの50%以上を作り出している状態なんだって。
膨大なエネルギーが無駄に消費されている裏で、「富める者がさらに富む」という、特定の権力者だけが強くなる格差社会みたいな状態が起きているんだね。
なぜそうなったの？：「通信のラグ」と「競争」が生み出すジレンマ
なぜこんなに無駄なフォークが起きてしまうのか？その最大の原因は「通信の遅延（ネットワークのラグ）」にあるんだ。
誰かがパズルの正解を見つけても、その情報が地球の裏側にいる別のコンピューターに届くまでには、ほんのわずかに時間がかかるよね。
そのコンマ数秒の間に、まだ「誰かがクリアした」という情報を受け取っていない別のマイナーが「僕も正解を見つけた！」と発表しちゃうから、そこでチェーンが枝分かれして無駄な争いが起きてしまうんだ。
研究チームのモデルでは、フォークの発生率が「データの伝播時間」と「新しいブロックを見つけるまでにかかる時間」の比率に強く依存していることが数学的に証明されたんだよ。
面白いことに、少数の巨大なマイニングプールに権力が集中すると、身内同士での通信ラグがなくなるから、結果的にフォーク（無駄なエネルギー）は減る傾向にあるんだ。
でも、それだとブロックチェーンの最大の魅力である「中央管理者がいない分散型システム」という理念が崩壊して、一部の悪い人たちにネットワークを乗っ取られるリスク（51%攻撃）が高まっちゃう。
エネルギーの効率（エコ）をとるか、権力の分散（安全性）をとるか、究極のジレンマが発生しているんだね。
研究の限界とこれからの未来：持続可能なシステムへの第一歩
今回の研究モデルは、「マイニングプール内では通信ラグが全くない」といった、いくつかシンプルな前提を置いているから、現実の複雑なネットワーク環境を100%完璧に再現できているわけではないんだ。
また、マイナーたちがわざと自分の情報を隠したり遅らせたりして自分を有利にする「利己的なマイニング」といった悪意のある戦術については、まだ完全に組み込みきれていない部分もあるみたい。
それでも、この数理モデルが完成したことで、「どうすればセキュリティを保ちつつ、地球環境への負担を減らせるか」を設計する強力なツールが誕生したことは間違いないよ！
これからの暗号資産のルール作りや、新しいネットワークインフラの開発において、この研究成果が大きなヒントになっていくはずだね。
TKちゃんのまとめ！：おつかいのバッティングに見る情報伝達の大切さ
今回の「通信の遅れがせっかくの努力を無駄にする」って話、サイエンスの世界だけじゃなくて僕たちの日常でもよくあることだなって思ったんだ。
こないだ、お母さんが夕飯にハンバーグを作ってて、僕が「あ、ケチャップ足りないからコンビニで買ってくるね！」ってダッシュで買いに走ったんだ。
で、息を切らして帰ってきたら、なんと仕事から帰ってきたお父さんも「そういえばケチャップ切れそうだったよな」って、全く同じ特大ケチャップを買って帰宅してて鉢合わせしちゃったの！
お互いに「自分が買ってくる」って連絡（通信）するラグがあったせいで、僕の走った労力とお小遣いが完全に無駄になっちゃったんだよね。冷蔵庫に特大ケチャップが2本も並んでるのを見て、まさにこれ『孤立ブロック（捨てられた努力）』じゃん！って泣きそうになっちゃった。
巨大なネットワークも家族の連携も、情報が瞬時に行き渡らないと、せっかくの頑張りが水の泡になっちゃうんだなーって、ちょっと痛感した出来事だったよ。
身近な日常の「あるある」と最先端のテクノロジーの悩みって、意外と根っこは同じなのかもしれないね。これからも、こんな風に世界のちょっとした「バグ」や「無駄」を科学の力で解き明かしていくニュースをたくさん紹介していくね！それじゃあ、また次回！
ソース：PNAS Nexus
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