最近話題にすることも多いですが、ビットコインマイニングのエネルギー消費量が環境に悪いという主張が引き続き目立ちます。ビットコインに限らず、SEGAがNFTを発行するというツイートなどにも多数の批判的なリプライが集まるなど、環境保護活動家の関心を集めているようです。ただ今回は環境問題やエネルギーの質についてではなく、マイニングによって投入されるエネルギーのコストに注目した「ビットコインマイニングのコストは実質的に増えていない」という、一見突飛なタイトルの論文を紹介します。(このタイトルには「送金額の割合として」というオチがあります)シンプルながら、ビットコインのセキュリティを考えたり、数十年後の姿を考える上で大事な視点だったので、その意外な結果を含めてご説明します。論文：The Cost of Bitcoin Mining Has Never Really Increasedhttps://www.frontiersin.org/.../fbloc.2020.565497/full

論文の概要

ブロックチェーンにおいてマイニングは二重支払い(51%攻撃)を防ぐために存在する仕組みなので、マイニングにかかるコストは送金額に対する割合で表現できるはず、という前提から始まります。これが発想ですね。この手の分析はハッシュレートの推定分布と、各国・地域の産業用電力料金からマイニング費用を試算する場合が多いですが、この論文では消費電力量を原油相当量に換算し、そのときのブレント原油価格を用いてマイニング費用を算出しています。理由としては、地域や時期、供給者によって大きく異なる電気料金と違い、ブレント原油価格は世界標準のエネルギー価格の１つだからとしています。電気料金・原油価格どちらの場合も人件費など様々な副次的コストを無視するため、マイニング費用の下限値を求めることになります。消費電力量はハッシュレートと当時最も効率の高いマイニング機器の電気効率から求め、1バレルあたり55.5億ジュールとして原油相当量に変換し、当時のブレント原油価格でマイニング費用に換算しています。データの整理と分析の結果、以下のことがわかりました：・マイニング機器の電気効率は平均で10ヶ月ごとに2倍向上している・1日のハッシュ数は2010年9月の10^15ハッシュから2020年5月には10^25ハッシュへと10桁増(100億倍)もの成長をしている。ブレント原油価格を経由してマイニング費用に換算すると、1日3ドルから1日4百万ドルまで約100万倍の成長。

ちなみに10桁違うものの例として、1円玉と太陽の直径が挙げられます。

・ネットワークの送金額は2010年の1日1000ドルから2020年には1日10億ドルへと100万倍の成長が見られた。・試算したマイニング費用の送金額に対する比率は2010年から2020年までの期間を通して、0.02%～0.4% (平均で0.15%)という比較的狭い範囲で推移している。期間を2018年以降に限定すると平均0.3%である。いずれの数値も地域別の電気料金からマイニング費用を試算した場合の0.21%と近い値。以上のことから、マイニングによる消費金額はネットワークの送金額の0.5%前後であると推定され、また2010年から2020年に至るまで概ね安定していることがわかりました。また、冒頭で述べた「二重支払い攻撃の防止」という観点からマイニングの理論費用を求める数式に上記の結果を代入すると、送金額の1.5%が二重支払い攻撃の期待値がプラスとなる、マイニング費用から求めた下限値となります。(これはエネルギーだけの費用で、機材の調達なども含めるとはるかに高い数値になる可能性が高いですが)これらのことから、ビットコインの送金額に対してマイニング費用は意外と小さく、むしろ確実に二重支払い攻撃を防ぐのには小さすぎる可能性すらある、と著者は結論づけています。

原油価格を経由させる意味はあったのか？

この論文を読んでいくつか気になった点がありました。まず、原油価格を利用して世界共通の「エネルギー価格」を設定し、ビットコインの推定消費電力量をそのエネルギー価格に換算する方法は目新しいです。これはマイニングへの費用投下 (投資)を標準化するのにはある程度使える手法かもしれませんが、やはり個別の電力源の特徴によって費用事態が実態と大きく乖離してしまう可能性は否めません。次に、わざわざ原油価格を経由させる意味があったのか気になりました。ただし、著者の言い分としてハッシュレートの分布や地域別の電気料金などに関して過去のデータの入手可能性が高くないことから、それらからマイニング費用を求めることは長期間の分析には適さないという指摘がありました。結果的には電気料金から求めた割合と近い数値だったので、データが取得しやすい近似値の１つとして使えるのかなとは思います。また、セキュリティの側面からマイニングにかける費用に主眼を置いた研究であり、話題の環境問題とは異なる切り口なため、理解されにくそうです。(ビットコインはこれだけ原油を消費している！というような誤解が広がりそうですが…)この研究内容に似たグラフとして、送金額に対するマイナー売上というものがBlockchain.infoで見れるので、URLを添付します。マイニング費用はこれよりは低いという目安になるのでないでしょうか。https://www.blockchain.com/.../cost-per-transaction-percent

未来予測に使える？

さて、もしマイニングにかかるコストが送金額の0.5%前後という関係が将来的にも続いた場合、どのようなことが予測できるでしょうか？まず、現在このコストがどう支払われているかというと、新規発行分のビットコインと送金手数料がマイナーに支払われているわけですが、20年ほど後に新規発行が非常に少なくなった際に、ビットコインがどれくらいの手数料水準で安定するかを測ることができるかもしれません。例えば今日から新規発行がゼロになったとすると、今日の送金額である10万BTCの0.5%を手数料として捻出する必要があります。144ブロックで500BTCの手数料となると、平均して347sats/vbyteとなります。今日なら実際は20～30で送ることが多いので、およそ10倍ですね。また、

二重支払い攻撃対策という観点からは慣習として決済まで待つブロック数を伸ばせばなんとかなるというのは(厳密にはこの論文の成果ではありませんが)フォークなどを伴わない簡単な解決策なので、数式化されているのは素晴らしいなと感じました。例えばマイニングの安定性が下がって二重支払い攻撃のコストが下がっていると感じる人が増えたら、着金の確認に12承認、18承認待つようになるかもしれません。決済までの速度は遅くなりますが、2-3時間待つことと安全性を天秤にかけた場合の優先順位は明らかです。

まとめ

・マイニングに投入される費用は送金額の0.5%前後で2010年から長きに渡って安定している・これを元に、新規発行が少なくなったビットコインの未来予測をするのは面白い。0.5%の関係が長期的に持続するかどうかは不明