[論文レビュー] The cost of Bitcoin mining has never really increased

Yo-Der Song, Tomaso Aste|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 9被引用数 8

ひとこと要約

この論文は2010年から2020年の間におけるビットコインマイニングの長期的エネルギー費用を分析し、ハッシュ活動が100億倍に、エネルギー消費が1000万倍に増加したにもかかわらず、取引量に対するプルーフ・オブ・ワークのコストは約0.3%で安定していることを発見した。これは、二重支出攻撃に対する経済的障壁が一貫して維持されていることを示している。

ABSTRACT

The Bitcoin network is burning a large amount of energy for mining. In this paper we estimate the lower bound for the global energy cost for a period of ten years from 2010, taking into account changing oil costs, improvements in hashing technologies and hashing activity. Despite a ten-billion-fold increase in hashing activity and a ten-million-fold increase in total energy consumption, we find the cost relative to the volume of transactions has not increased nor decreased since 2010. This is consistent with the perspective that, in order to keep a the Blockchain system secure from double spending attacks, the proof or work must cost a sizable fraction of the value that can be transferred through the network. We estimate that in the Bitcoin network this fraction is of the order of 1%.

研究の動機と目的

• 2010年から2020年の間におけるビットコインマイニングの世界的なエネルギー費用の下限を定量する。
• 時間経過に伴うマイニングエネルギー費用とビットコイン取引の総価値との関係を検討する。
• ネットワーク活動に比してプルーフ・オブ・ワークのコストが増加したか、減少したかを評価する。
• 現在のコストが、二重支出攻撃に対する十分な経済的抑制要因を提供しているかどうかを評価する。
• プルーフ・オブ・ワークメカニズムが時間経過に伴い経済的に効率的かつ適正価格で維持されているかどうかを特定する。

提案手法

• 石油価格、ハッシュ技術の進歩、ネットワーク全体のハッシュ活動に関する歴史的データを用いて、エネルギー消費の下限を推定する。
• ASICマイニングハードウェアの効率（10億ハッシュあたり0.03ジュール）に基づき、日次および年次エネルギー費用を計算する。
• 日次マイニングコストと日次取引量の比を計算し、時間経過に伴うコスト効率を評価する。
• Aste（2016）のモデルを適用し、二重支出攻撃が利益をもたらすために必要な取引量の最小割合を推定する。
• 2009年から2020年までのデータを用いて、時間経過に伴う比 $ C_t / V_t $ の分析を行う。ここで $ C_t $ はマイニングコスト、$ V_t $ は取引量である。
• 2017年以降の期間に注目し、コスト対取引量比の最近のトレンドおよび安定性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過去10年間で、取引量に比してビットコインマイニングのコストは増加したか、減少したか？
• RQ2 技術的および市場の変化を考慮した場合、2010年から2020年の間におけるビットコインマイニングのエネルギー費用の下限は何か？
• RQ3 経済的インcentiveに基づくと、現在のプルーフ・オブ・ワークコストは二重支出攻撃を十分に抑止できるか？
• RQ4 マイニングコスト対取引量比は時間経過に伴いどのように変化するのか？この変化は、システムのセキュリティ経済学に何を示唆するか？
• RQ5 コスト対取引量比の安定性は、ビットコインネットワークにおける自己調整メカニズムをどの程度反映しているか？

主な発見

• ハッシュ活動が100億倍に、総エネルギー消費が1000万倍に増加したにもかかわらず、2010年以降、マイニングコスト対取引量比は約0.3%で安定している。
• コスト対取引量比 $ C_t / V_t $ の平均値は0.14%であり、四分位範囲は0.02%から0.4%までであり、取引量の変化が9桁にわたる中でも顕著な安定性を示している。
• 2017年以降、平均比はわずかに0.3%に上昇し、10百分位数が0.1%、90百分位数が0.4%である。これは、ネットワークの成長にもかかわらず継続的な安定性を示している。
• 6ブロックの確認深度と0.3%のコスト比に基づき、現在のプルーフ・オブ・ワークコストは、世界の取引量の少なくとも1.5%に対する二重支出攻撃を防いでいる。
• 本研究は、プルーフ・オブ・ワークコストは高すぎるのではなく、むしろ攻撃を完全に防ぐには低すぎる可能性があると結論づける。攻撃コストがさらに低下すれば、脆弱性が生じる可能性がある。
• 分析の結果、システムは理論的期待に一致する公平で自己調整的な経済的障壁を維持していることが示唆され、Aste（2016）の理論的予測と整合的である。ここで、コストはリスクを負う価値の大きめの割合でなければならない。