mPoW: 意味のある計算によるProof of Work

情報処理学会

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タイトル別名
  • mPoW: How to Make Proof of Work Meaningful

説明

ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムである Proof of Work (PoW) では，意味のない大量のハッシュ演算計算をベースにしており，電力や計算資源を無駄遣いしている．2020 年において，ビットコインの PoW に費やす電力はベルギーの年間消費電力（82TWh）に及び，持続可能な開発目標（Sustainable Development Goals; SDGs）に反する重大な問題である．この問題を解決するために本稿では，遺伝的アルゴリズム (Genetic Algorithm; GA) を PoW に組み込むことで PoW を意味のある演算にする Meaningfull PoW (mPoW) を提案する．具体的には，GA の最適化計算により周期的に生成される中間値をビットコインに用いられている Hashcash の入力として利用することにより，PoW に求められる特性を保ったまま意味のある演算（GAの最適化問題）が可能である．さらに，Device binding 技術と組み合わせることで，大量のメモリの利用を求めることなく ASIC 耐性を持たせることも可能であり，mPoW は消費電力と計算資源両方の無駄を削減できることを示す．

Proof of Work (PoW), the consensus algorithm for blockchain, is based on a large number of meaningless hash calculation, wasting electric power and computational resources. In 2020, Bitcoin's PoW consumed as much electricity as the annual power consumption of Belgium (82TWh). This is a serious problem against the Sustainable Development Goals (SDGs). To solve this problem, this paper proposes Meaningful PoW (mPoW), which makes PoW a meaningful calculation by applying Genetic Algorithm (GA) to PoW. Specifically, by using the intermediate values that are periodically generated through GA calculations as input to the Hashcash used in Bitcoin, it is possible to make this scheme a meaningful calculation (GA optimization problem) while maintaining the properties required for PoW. Furthermore, by applying device-binding technology, mPoW can be ASIC resistant without requiring the large amounts of memory. Thus, we show that mPoW can reduce the waste of both power consumption and computational resources.

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