「ビットコインマイニング」というフレーズを耳にし、あなたの心はツルハシ、土、そしてそれを豊かに打つという西洋のファンタジーにさまよい始めます。 結局のところ、そのアナロジーはそれほど遠くない。
はるかに魅力的ではありませんが、同様に不確実なビットコインマイニングは、複雑な計算数学の問題を解決する高性能なコンピューターによって実行されます（つまり、手で解決できないほど複雑で、信じられないほど強力なコンピューターでも負担をかけるほど複雑です）。 これらの問題の1つを解決するためにコンピューターが必要とする運と仕事は、砂場で掘りながら地雷を掘る鉱山労働者に相当します。 執筆時点では、これらの問題の1つをコンピューターが解決する可能性は13兆分の1ですが、それについては後で詳しく説明します。
「ビットコインマイニング」の結果は2つあります。 まず、コンピューターはビットコインネットワーク上のこれらの複雑な数学の問題を解決するときに、マイニング操作が地面から金を抽出するときとは異なり、新しいビットコインを生成します（個々のコイン自体を指す場合、通常「ビットコイン」は大文字で表示されます）。 そして、第二に、ビットコインマイナーは、計算数学の問題を解決することにより、トランザクション情報を検証することにより、ビットコイン支払いネットワークを信頼できる安全なものにします。
そのすべてが非常に理にかなっている可能性が十分にあります。 ビットコインマイニングの仕組みをより詳細に説明するために、もう少し家に近いプロセスから始めましょう。印刷通貨の規制です。
ビットコインの基本：ビットコインと従来の通貨との違い
少なくとも米国では、消費者は印刷された通貨を信頼する傾向があります。 それは、米ドルが連邦準備制度と呼ばれる中央銀行によって支えられているからです。 他の多くの責任に加えて、連邦準備制度は新しいお金の生産を規制し、連邦政府は偽造通貨の使用を訴追します。
米ドルを使用したデジタル支払いでさえ、中央当局によって支援されています。 たとえば、デビットカードまたはクレジットカードを使用してオンラインで購入すると、その取引はMastercardやVisaなどの支払い処理会社によって処理されます。 取引履歴の記録に加えて、これらの会社は取引が不正ではないことを確認します。これは、旅行中にデビットカードまたはクレジットカードが停止される理由の1つです。
一方、ビットコインは中央当局によって規制されていません。 代わりに、ビットコインは「ノード」と呼ばれる世界中の数百万台のコンピューターに支えられています。このコンピューターのネットワークは、連邦準備制度、ビザ、マスターカードと同じ機能を実行しますが、いくつか重要な違いがあります。 ノードは、以前のトランザクションに関する情報を保存し、信頼性の検証に役立ちます。 ただし、これらの中央当局とは異なり、ビットコインノードは世界中に分散しており、誰でもアクセスできる公開リストにトランザクションデータを記録します。
ビットコインの基本：暗号通貨マイニングとは？
誰かがビットコインを使用して購入または販売するとき、「トランザクション」と呼びます。店内およびオンラインで行われたトランザクションは、銀行、POSシステム、および物理的な領収書によって文書化されます。 ビットコインマイナーは、これらの機関がなくてもトランザクションを「ブロック」にまとめ、「ブロックチェーン」と呼ばれるパブリックレコードに追加することで、同じ効果を実現します。ノードは、それらのブロックの記録を保持して、将来検証できるようにします。
ビットコインマイナーがトランザクションの新しいブロックをブロックチェーンに追加するとき、彼らの仕事の一部は、それらのトランザクションが正確であることを確認することです。 （これがどのように発生するかについての魔法の詳細。）特に、ビットコイン採掘者はビットコインが複製されないことを確認します。これは「二重支出」と呼ばれるデジタル通貨のユニークな癖です。問題。 あなたが店で20ドルを使うと、その請求書は店員の手にあります。 ただし、デジタル通貨では、これは別の話です。
デジタル情報は比較的簡単に複製できるため、ビットコインや他のデジタル通貨では、消費者がビットコインのコピーを作成して、元のファイルを保持したまま別の当事者に送信するリスクがあります。 ちょっと印刷通貨に戻り、誰かが食料品店でオリジナルと偽造品の両方を使うために20ドルの請求書を複製しようとしたとしましょう。 店員が顧客がお金を複製していることを知っていた場合、彼らがしなければならないのは、請求書のシリアル番号を見ることだけです。 番号が同一であれば、店員はお金が重複していたことを知っているでしょう。 このアナロジーは、ビットコインマイナーが新しいトランザクションを検証するときに行うことと似ています。
やりがいのあるマイナー
ただし、1日で最大50万件の購入と販売が発生するため、これらのトランザクションのそれぞれを検証することは鉱夫にとって多くの作業になる可能性があります。 彼らの努力に対する報酬として、鉱夫は新しいブロックのトランザクションをブロックチェーンに追加するたびにビットコインを授与されます。 マイニングされたブロックごとにリリースされる新しいビットコインの量は、「ブロック報酬」と呼ばれます。 ブロック報酬は、210, 000ブロックごと、または約4年ごとに半分になります。 2009年には50でした。2013年には25でしたが、2018年には12.5でしたが、2020年半ばには6.25に半減します。
この半分の割合で、流通しているビットコインの総数は2, 100万の制限に近づき、通貨は時間とともにより希少で価値のあるものになりますが、鉱夫が生産するためのコストも高くなります。
ビットコインマイニングの仕組み
これがキャッチです。 ビットコイン採掘者がトランザクションの検証からビットコインを実際に獲得するには、2つのことが発生する必要があります。 まず、1メガバイト（MB）相当のトランザクションを検証する必要があります。理論的には1トランザクションと同じくらい小さい場合もありますが、各トランザクションが格納するデータ量に応じて数千の頻度があります。 これは簡単な部分です。
第二に、ブロックチェーンにトランザクションのブロックを追加するために、マイナーは「作業の証明」とも呼ばれる複雑な計算数学の問題を解決する必要があります。 彼らが実際にやっているのは、ターゲットハッシュ以下の「ハッシュ」と呼ばれる64桁の16進数を考え出すことです。 基本的に、採掘者のコンピューターは、単位に応じて毎秒メガハッシュ（MH / s）、毎秒ギガハッシュ（GH / s）、さらには毎秒テラハッシュ（TH / s）の速度でハッシュを吐き出します。ソリューションに到達するまでの数字。 言い換えれば、それはギャンブルです。
執筆時点での最新のブロックの難易度は13兆を超えています。 つまり、コンピューターがターゲットを下回るハッシュを生成する可能性は13兆分の1です。 それを見ると、1回の試行で正しいハッシュを選択するよりも、1回の宝くじでPowerballジャックポットを獲得する可能性が約44, 500倍になります。 幸いなことに、マイニングコンピュータシステムは、それよりもはるかに多くのハッシュの可能性を吐き出します。 それにもかかわらず、ビットコインのマイニングには大量のエネルギーと高度なコンピューティングリグが必要ですが、それについては後で詳しく説明します。
難易度は、マイニングのレートを一定に保つことを目的に、2016ブロックごと、またはおおよそ2週間ごとに調整されます。 つまり、解決策を求めて競合する鉱夫が多いほど、問題はより困難になります。 逆もまた真です。 ネットワークの計算能力が失われると、難易度は下方に調整され、マイニングが容易になります。
I'm Five（ELI5）のように説明する
考慮すべき有用な例えを次に示します。
「3人の友人に1〜100の数字を考えていることを伝え、その数字を紙に書いて封筒に封印するとします。友達は正確な数字を推測する必要はありません。私が考えている数以下の数字を最初に推測する必要があります。また、推測の数に制限はありません。
「私は19番だと考えてみましょう。友人Aが21を推測した場合、21> 19のために負けます。友人Bが16を推測し、友人Cが12を推測した場合、理論的には両方とも16 < 19と12 <19。Bの回答がターゲットの回答19に近かったとしても、フレンドBには「追加のクレジット」はありません。
「今、私が考えている数字を推測する」という質問を投げかけていると想像してください。しかし、私は3人の友人だけに尋ねているのではなく、1から100の間の数字を考えているわけではありません。 64桁の16進数を考えています。正しい答えを推測するのは非常に難しいことがわかります。」
どうすれば何百万人もの鉱夫と競争できますか？
13兆分の1が現状のままでは難しそうに聞こえない場合は、ここでキャッチします。 ビットコイン採掘者は正しいハッシュを考え出す必要があるだけでなく、最初にそれを行う必要もあります。
ビットコインマイニングは本質的に当て推量であるため、別のマイナーがコンピュータのハッシュ生成速度とほとんど関係がある前に、正しい答えにたどり着くことができます。 ほんの10年前、ビットコインマイニングは通常のデスクトップコンピューターで競争力のある方法で実行できました。 しかし、時間の経過とともに、マイナーは、ビデオゲームに一般的に使用されるグラフィックカードは、デスクトップやグラフィック処理ユニット（GPU）がゲームを支配するようになるよりもマイニングに効果的であることに気付きました。 2013年、ビットコインマイナーは、特定用途向け集積回路（ASIC）と呼ばれる、暗号通貨を可能な限り効率的にマイニングするために特別に設計されたコンピューターの使用を開始しました。 これらは数百ドルから数万ドルで実行できます。 一方、この記事の執筆時点でのビットコインの現在の価格は約9, 330ドルであり、ブロックを完了することに対する報酬は12.5コイン、または$ 117, 000に近いことを考えると、高価なASICへの先行投資は最終的に価値があります。
現在、ビットコインマイニングは非常に競争力があるため、最新のASICでのみ利益を上げることができます。 デスクトップコンピューター、GPU、またはASICの古いモデルを使用する場合、エネルギー消費のコストは実際に生成される収益を上回ります。 最新のユニットを自由に使用できたとしても、1台のコンピューターでマイナーが「マイニングプール」と呼ぶものと競合することはほとんどありません。
マイニングプールは、コンピューティングパワーを組み合わせ、マイニングされたビットコインを参加者間で分割するマイナーのグループです。 不均衡に多数のブロックは、個々の鉱夫ではなくプールによって採掘されます。 ビットコインの歴史のある時点で、マイニングプールと企業はビットコインコンピューティング能力のおよそ80％から90％を占めてきました。
ビットコインマイニングは持続可能ですか？
13兆分の1の確率、スケーリングの難易度、およびトランザクションを検証するユーザーの大規模なネットワークの間で、トランザクションの1ブロックが約10分ごとに検証されます。 ただし、10分が目標であり、ルールではないことを覚えておくことが重要です。
ビットコインネットワークは1秒あたり約7つのトランザクションを処理でき、トランザクションは10分ごとにブロックチェーンに記録されます。 比較のために、Visaは1秒あたり約24, 000のトランザクションを処理できます。 ただし、ビットコインユーザーのネットワークが拡大し続けると、10分間で行われるトランザクションの数は、最終的に10分間で処理できるトランザクションの数を超えます。 その時点で、トランザクションの待機時間が始まり、ビットコインプロトコルに変更が加えられない限り、長くなり続けます。
ビットコインプロトコルの中心にあるこの問題は、「スケーリング」として知られています。ビットコインマイナーは一般に、スケーリングに対処するために何かを行う必要があることに同意しますが、その方法についてのコンセンサスはあまりありません。 スケーリングの問題に対処するために、2つの主要なソリューションが提案されています。 開発者は、（1）各ブロックの検証に必要なデータ量を減らすか、（2）各ブロックが保存できるトランザクションの数を増やすことを提案しています。 ブロックごとに検証するデータが少ないため、ソリューション1は鉱夫にとってトランザクションをより速く、より安価にします。 ソリューション2は、ブロックサイズを増やして10分ごとに処理できる情報を増やすことでスケーリングを処理します。
2017年7月、ネットワークのコンピューティング能力の約80％から90％を占めるビットコインマイナーおよびマイニング企業が、各ブロックの検証に必要なデータ量を削減するプログラムの組み込みに投票しました。 つまり、ソリューション1を採用しました。
マイナーがビットコインプロトコルに追加することを投票したプログラムは、分離ウィットネス、またはSegWitと呼ばれます。 この用語は、「分離する」ことを意味する「分離」と「ビットコイントランザクションの署名」を意味する「目撃者」の合併です。 単一のプログラムをビットコインプロトコルに追加することは、ソリューションの面ではあまりないように思えるかもしれませんが、署名データは、トランザクションの各ブロックで処理されるデータの最大65％を占めると推定されています。
2017年8月の1か月もたたないうちに、鉱夫と開発者のグループがハードフォークを開始し、ビットコインネットワークはビットコインと同じコードベースを使用して新しい通貨を作成しました。 このグループはスケーリングのソリューションの必要性に同意しましたが、分離されたミラーリング監視技術を採用してもスケーリングの問題に完全に対処できないことを心配しました。
代わりに、ソリューション2を採用しました。結果の通貨である「ビットコインキャッシュ」は、検証プロセスを加速して1日あたり約200万トランザクションのパフォーマンスを可能にするために、ブロックサイズを8 MBに増やしました。 2019年11月6日、ビットコインキャッシュは約302ドルからビットコインの約9, 330ドルに評価されました。
