PoW出典に基づく回答
BitcoinのProof of Workはどう動くのか？
マイナーが電力を使う理由、その仕事の確かめ方、そして計算能力だけでは Bitcoin のルールを変えられない理由を説明します。
Proof of Work は、有効な取引の順序をネットワークで決めるための仕組みです。マイナーは取引をまとめた新しいブロックについて、条件を満たす計算結果を競って探します。探索には電力と時間がかかりますが、検証は簡単です。過去を書き換えるには作業をやり直し、その間も伸び続けるチェーンに追いつく必要があります。
採掘は探索であり、有用な方程式を解く作業ではない
一回試すたびに少し電力を使う抽選を想像してください。マイナーはブロックの情報を簡潔にまとめたブロックヘッダーに SHA-256 を二度適用し、数値の指紋に当たる hash を計算します。結果を確実に予測することはできません。ヘッダー内の補助的な数値 Nonce やほかのデータを変えて繰り返します。Hash が目標値以下なら成功です。ほかの参加者は同じ計算を一度行って結果を確かめます。
難易度がおおよそのペースを保つ
マイニングの計算能力が増えると、しばらくブロックが速く見つかる場合があります。そのため 2,016 ブロックごとに、直前の期間にかかった時間から目標値を調整します。目指すのは平均約十分に一ブロックであり、正確な時刻表ではありません。個々のブロックはもっと早い場合も、ずっと遅い場合もあります。目標値が低いほど条件を満たす結果は少なく、難易度は高くなります。
仕事が有効な履歴を順序付け、ノードが有効性を確認する
直近のブロックに競合する枝が生じることがあります。Bitcoin のルールを独立して検証するソフトウェアである Full Node は、有効な枝のうち累積作業量が最大のものを選びます。ブロック数だけでは決まりません。無効な枝は膨大な計算能力に支えられていても拒否します。マイナーが余分なコインを作ったり、必要な署名なしに他人のビットコインを使ったりする権利は得られません。
ハッシュは既知の近道がない抽選券
80バイトのヘッダーは、前のブロック、取引のマークルルート、時刻、ターゲット、Nonceに結び付いています。二重のSHA-256は各候補を予測できない256ビットの数値に変換します。マイナーはNonce、coinbaseのextra Nonce、または取引の順序を変えて再試行します。実用的な戦略は膨大な回数を試すことです。
難易度調整が発行と機械の数を切り離す
ノードは2,016ブロックごとに、前の期間のタイムスタンプからターゲットを再計算します。変更幅には決められた限界があります。マイナーが増えると一時的にブロックが速く出ますが、次の調整で難易度が上がります。10分は長期的な目標であり、個々のブロックの時刻表ではありません。
累積仕事量が競合する有効な履歴を選別する
ノードは短時間、二つの有効なチェーン先端を見る場合があります。従うのは累積仕事量が最大の有効なチェーンであり、単にブロック数の多いものではありません。古い履歴を書き換えるには、その仕事をやり直し、さらに成長を続けるネットワークを追い越す必要があるため、深い承認を覆す費用は次第に高くなります。
エネルギーは安全性の代価であり、現実のトレードオフ
Proof of Workは電力、ハードウェア、稼働時間を、システムの外でも費用のかかるシグナルに変えます。履歴の書き換えを高くつかせる一方で、エネルギー消費と地域への影響は実際の費用です。意味のある評価では総消費量、電源、電力網への影響、得られた安全性を区別します。総消費量を一日の取引数で割ると、台帳の履歴全体を継続的に保護するシステムの実態を歪めます。
Proof of Workは、すべての取引が誠実または合法であることを証明しません。候補となる履歴に計算が費やされた証拠であり、その履歴がプロトコルに従うかは完全な検証によって初めて判断されます。
01採掘は有用な科学的問題を解くのか？+
直接の成果は、特定のブロックヘッダーに結び付いた、容易に検証できる証拠です。その仕事を別の課題に自由に再利用できると、この結び付きが弱まったり、近道が生じたりする可能性があります。
02Hashrateが増えるとbitcoinも増えるのか？+
難易度調整の間に、一時的にブロックが速く到着することはあります。難易度の再計算によって、長期的な発行ペースは予定へ戻ります。
03最も長いチェーンは常に正しいのか？+
ノードはまず各ブロックの有効性を要求し、その後で累積仕事量を比較します。無効なチェーンは、主張する長さに関係なく拒否します。
04Hashrateの51%で全コインを盗めるのか？+
いいえ。順序や最近の決済を攻撃することはできますが、支配していない鍵による有効な署名は作れません。