ビットコインの採掘はどのように行われるのでしょうか？
ビットコインのマイニングは、新しいビットコインが流通するためのプロセスですが、ブロックチェーンの台帳を維持・発展させるための重要な要素でもあります。マイニングは、非常に複雑な計算問題を解く、非常に高度なコンピュータを使って行われます。
暗号通貨のマイニングは、手間とコストがかかり、報酬も散発的にしか得られません。それにもかかわらず、マイニングは暗号通貨に興味を持つ多くの投資家にとって魅力的なものです。それは、採掘者がその作業に対して暗号トークンで報酬を得ているからです。これは、起業家タイプの人が、1849年のカリフォルニアの金鉱探しのように、マイニングを天からの小銭と見なしているからかもしれません。また、技術的に優れている人は、やってみてはいかがでしょうか。
しかし、時間と設備を投資する前に、このガイドを読んで、マイニングが本当に自分に向いているかどうかを確認してください。ここでは主にビットコインに焦点を当てて説明します。
主要な記述
- マイニングをすることで、お金をかけずに暗号通貨を得ることができる。
- ビットコインの採掘者は、ブロックチェーンに追加される検証済みの取引の「ブロック」を完成させることで、報酬としてビットコインを受け取ります。
- マイニング報酬は、複雑なハッシュパズルの解を最初に発見したマイナーに支払われ、参加者が解を発見する確率は、ネットワーク上の総マイニングパワーの一部に関連しています。
- マイニングリグを設置するためには、GPU（Graphics Processing Unit）またはASIC（Application Specific Integrated Circuit）が必要です。
新たなゴールドラッシュ
多くの人がマイニングをする最大の魅力は、ビットコインの報酬を得られることです。とはいえ、暗号通貨トークンを所有するのに、採掘者である必要はありません。不換紙幣を使って暗号通貨を購入したり、Bitstampのような取引所で別の暗号を使って暗号通貨を取引したり、さらにはショッピングや、暗号通貨でユーザーに報酬を支払うプラットフォームにブログ記事を掲載したり、利子付きの暗号口座を開設したりすることでも、暗号通貨を得ることができます。SteemitはMediumに似ていますが、ユーザーがブロガーにSTEEMという独自の暗号通貨で報酬を支払うことができます。STEEMは、他の場所でビットコインと交換することができます。
マイナーが受け取るビットコインの報酬は、マイニングの主な目的である、ビットコインの取引を正当化して監視し、その妥当性を確保することを支援する人々の動機付けとなります。これらの責任が世界中の多くのユーザーに分散されているため、ビットコインは非中央集権的な暗号通貨であり、中央銀行や政府のような中央機関に依存せずに規制を行うことができます。
ビットコインを採掘するには？
マイナーは、監査役としての仕事で報酬を得ています。彼らは、ビットコイン取引の正当性を検証する仕事をしています。この慣例は、ビットコインのユーザーを誠実に保つためのもので、ビットコインの創始者であるサトシ・ナカモトによって考案されました。マイナーは取引を検証することで、二重支出問題の防止に貢献しています。
二重支出とは、ビットコインの所有者が、同じビットコインを不正に2回使用することをいいます。50ドル札を誰かに渡してウイスキーのボトルを買った時点で、その人はもうその紙幣を持っていないので、同じ50ドル札を使って隣の家でロトのチケットを買っても危険はありません。偽造現金が作られる可能性はありますが、文字通り同じドルを2回使うこととは全く違います。
例えば、正規の50ドル札が1枚と、同じ50ドルの偽札が1枚あったとします。もしあなたが本物のお札と偽物のお札の両方を使おうとした場合、わざわざ両方のお札の通し番号を見た人は、それらが同じ番号であることに気づくでしょうから、どちらかが偽物であるはずです。ビットコインマイナーの仕事もそれに似ていて、ユーザーが同じビットコインを不正に2回使用しようとしていないかどうか、トランザクションをチェックします。これは完璧な例えではありませんが、詳しくは後述します。
マイナーが1MB（メガバイト）分のビットコイン取引を検証すると、「ブロック」と呼ばれ、そのマイナーにはビットコインの報酬が与えられます。この1MBという制限は、サトシ・ナカモトによって設定されたものですが、一部のマイナーは、より多くのデータを収容するためにブロックサイズを大きくするべきであり、そうすればビットコインネットワークがより迅速に取引を処理・検証できるようになると考えているため、論争の的となっています。
1MBのトランザクションは、理論的には、1つのトランザクション（ただし、これはまったく一般的ではありません）から数千のトランザクションまであります。それは、トランザクションがどれだけのデータを占めるかによる。
ビットコインを稼ぐには、2つの条件を満たす必要があります。1つは努力の問題で、もう1つは運の問題です。
- 1MB相当の取引を確認する必要があります。これは簡単なことです。
- 数字の問題に対して、正しい答え、または最も近い答えを最初に出したマイナーでなければなりません。このプロセスはProof-of-Workとも呼ばれています。
いいこともあります。 高度な数学や計算は必要ありません。鉱山労働者は難しい数学の問題を解いていると聞いたことがあるかもしれませんが、それは正確には違います。実際に行っているのは、目標とするハッシュ以下の64桁の16進数（「ハッシュ」）を最初に出した採掘者になることです。基本的には当てずっぽうです。
推測といっても、それぞれの問題で考えられる推測の総数は何兆通りもあるので、非常に骨の折れる作業です。問題を最初に解決するためには、マイナーは大量の計算能力を必要とします。採掘を成功させるには、「ハッシュレート」が高くなければなりません。ハッシュレートは、1秒あたりのメガハッシュ（MH/s）、1秒あたりのギガハッシュ（GH/s）、1秒あたりのテラハッシュ（TH/s）という単位で表されます。
お使いのマイニングリグのハッシュレートでどれくらいのビットコインを採掘できるかを試算したい場合は、ウェブサイトに便利な計算機があります。
マイニングとビットコインの流通
マイニングは、採掘者の懐を潤し、ビットコインのエコシステムを支えるだけでなく、もう1つの重要な目的があります。つまり、マイナーは基本的に通貨を鋳造（engl.minting ）しているのです。例えば、2020年11月現在、約1,850万ビットコインが流通しています。創業者の中本哲史が作った最初のブロックである「ジェネシスブロック」で鋳造されたコインを除けば、それらのビットコインはすべて、マイナーがいるからこそ生まれたものだ。マイナーがいなければ、ネットワークとしてのビットコインは存在し、使用することができますが、ビットコインが増えることはありません。いずれ、ビットコインの採掘が終了する時が来ます。ビットコインプロトコルでは、ビットコインの総数は2100万枚が上限とされています。しかし、ビットコインの採掘率は時間の経過とともに低下するため、最終的にビットコインが流通するのは2140年頃になります。ただし、取引の検証が行われなくなるわけではありません。マイナーは、ビットコインのネットワークの整合性を保つために、取引の検証を続け、その対価として手数料が支払われます。
短期的なビットコインの報酬以外にも、マイナーになると、ビットコインのネットワークプロトコルに変更が提案されたときに、投票権を得ることができます。言い換えれば、マイナーはフォークなどの意思決定プロセスにある程度の影響力を持ちます。
マイナーの収入はどのくらいですか？
ビットコインのマイニングの報酬は、4年ごとに半減します。2009年にビットコインが初めて採掘されたときは、1ブロックを採掘すると50BTCを得ることができました。2012年には、これが半分の25BTCになりました。2016年には12.5BTCへと再び半減しました。2020年5月11日、報酬は再び半減して6.25BTCになりました。2021年4月、ビットコインの価格は1ビットコインあたり約63,000ドルだったので、1ブロックを完成させると393,750ドル（6.25×60,000）が得られることになる。先に述べた複雑なハッシュ問題を解くためのインセンティブとしては悪くないと思われるかもしれません。
このハーフビングがいつ起こるかを正確に把握したい場合は、リアルタイムで情報を更新するBitcoin Clockを参照することができます。興味深いことに、ビットコインの市場価格は、その歴史を通じて、流通する新しいコインの減少に密接に対応する傾向がありました。インフレ率が下がることで希少性が高まり、歴史的に価格が上昇してきたのです。
これまでに採掘されたブロックの数を知りたい場合は、Blockchain.infoをはじめとするいくつかのサイトで、リアルタイムに情報を得ることができます。
ビットコインを採掘するには何が必要ですか？
ビットコインの歴史の初期には、個人が自宅の普通のコンピュータでブロックを競うことができたかもしれませんが、現在はそうではありません。その理由は、ビットコインの採掘の難易度が時間とともに変化するからです。ブロックチェーンが円滑に機能し、取引を処理・検証する能力を確保するために、ビットコインネットワークは約10分に1つのブロックを生成することを目指しています。しかし、100万台のマイニングリグがハッシュ問題の解決を競っている場合、10台のマイニングリグが同じ問題に取り組んでいるシナリオよりも早く解決策に到達する可能性があります。そのため、ビットコインは2,016ブロックごと、つまり約2週間ごとに採掘の難易度を評価・調整する仕組みになっています。ビットコインを採掘するために必要なコンピューティングパワーが多ければ、ブロック生産量を安定させるために採掘の難易度が上がります。一方、計算機の能力が低いと、採掘の難易度は下がります。2009年にビットコインが登場したときの難易度は1でしたが、これはどれくらいの計算能力が必要かを示しています。
つまり、競争力のある採掘を行うためには、GPU（Graphics Processing Unit）やASIC（Application Specific Integrated Circuit）などの強力なコンピューター機器に投資する必要があるということです。これらの機器は、500ドルから数万ドルの価格で販売されています。一部のマイナー、特にイーサリアムのマイナーは、低コストでマイニング作業を行うために、グラフィックカード（GPU）を個別に購入しています。グラフィックスカードとは、ファンが回転している四角いブロックのことです。グラフィックスカードを金属製のポールに固定しているサンドウィッチ・ツイスト・タイに注目。これは、おそらく最も効率的な採掘方法ではなく、多くの採掘者は、お金のためだけでなく、楽しみや挑戦のために採掘していると思われます。
簡単な説明
ビットコインの採掘の裏と表は、そのままでは理解しにくいものです。ハッシュ問題の仕組みを説明する例を考えてみましょう。私は3人の友人に「1から100までの数字を考えている」と言い、その数字を紙に書いて封筒に入れて封印します。友人たちは正確な数字を当てる必要はなく、私が考えている数字以下の数字を最初に当てればいいのです。推測する数に制限はありません。
例えば、私が19という数字を考えていたとします。友達Aが21を当てた場合、21が19より大きいので負けとなります。友人Bが16を、友人Cが12を当てた場合、16は19より小さく、12は19より小さいので、理論的には二人とも有効な答えにたどり着いたことになります。友人Bの答えが目標の答えである19に近かったとしても、友人Bには「追加クレジット」はありません。ここで、私が「私が考えている数字を当ててください」という質問をしたとします。しかし、3人の友人に聞いているわけではなく、1から100までの数字を考えているわけでもありません。そうではなく、何百万人ものビットコイン・マイナーに質問し、64桁の16進法の数字を考えているのです。これで、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した。
ビットコインの世界では、同時多発的に答えが出てきますが、最終的には1つの答えしか出てきません。目標数と同じかそれ以下の複数の同時回答が提示された場合、ビットコインネットワークは単純な多数決（51％）によって、どのマイナーを尊重するかを決定します。一般的には、最も多くの作業を行ったマイナー、言い換えれば、最も多くの取引を検証したマイナーが選ばれます。そして、負けたブロックは「オーファン・ブロック」となります。オーファンブロックとは、ブロックチェーンに追加されないブロックのことです。ハッシュ問題の解決に成功しても、最も多くの取引を検証していないマイナーには、ビットコインの報酬が与えられません。
64桁の16進法の数字とは？
さて、そんな数字の例を挙げてみましょう。
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上の数字は64桁です。ここまでは簡単に理解できたと思います。気づいたと思いますが、この数字は数字だけではなく、アルファベットの文字で構成されています。それはなぜでしょうか？
数字の中にある文字が何をしているのかを理解するために、16進法という言葉を紐解いてみましょう。
ご存知のように、私たちは10進法を採用しています。つまり、10進法はベース10です。つまり、複数桁の数字の各桁には、0から9までの10個の可能性があるということになります。
一方、16進法は、ギリシャ語で6を意味する “hex “と10を意味する “deca “を組み合わせた16進法です。16進法では、各桁に16の可能性があります。しかし、私たちが使っている数字は、0から9までの10通りの表現方法しかありません。そのため、a、b、c、d、e、fなどの文字を入れることになります。
ビットコインを採掘する場合、その64桁の数字の合計値（ハッシュ）を計算する必要はありません。繰り返しになりますが、ハッシュの合計値を計算する必要はありません。
64桁の16進数とビットコインのマイニングに何の関係があるのか？
マイナーが巨大なコンピューターと何十台もの冷却ファンを使ってやっているのは、目標となるハッシュを推測することだ。マイナーは、できるだけ多くのnonceを、できるだけ速くランダムに生成することで、この推測を行います。ノンセとは、「一度しか使われない番号」の略で、私が何度も言っている64ビットの16進数を生成するための鍵がノンセです。ビットコインのマイニングでは、ノンセのサイズは32ビットで、256ビットのハッシュよりもはるかに小さい。nonceが目標とするハッシュ以下のハッシュを生成した最初のマイナーは、そのブロックの完了を認められ、6.25BTCの戦利品を得ることができる。
理論的には、16面体のダイスを64回振って乱数を得ることでも同じ目的を達成できますが、いったいなぜそんなことをしたいのでしょうか？
Blockchain.infoというサイトのスクリーンショットを見ると、これらの情報が一目瞭然になるかもしれません。これは、ブロック#490163が採掘されたときに起こったことをまとめたものです。獲得したハッシュを生成したnonceは731511405。対象となったハッシュが上に表示されています。ここにあるように、彼らがビットコインコミュニティに貢献したのは、このブロックで1768件の取引を確認したことです。このブロックの1768件の取引をすべて見たい場合は、このページにアクセスして、Transactions という見出しまでスクロールしてください。
ターゲットハッシュを推測するにはどうすればいいですか？
すべてのターゲットハッシュはゼロで始まります。少なくとも8個のゼロ、最大で63個のゼロです。
最小ターゲットはありませんが、ビットコインプロトコルで設定された最大ターゲットがあります。ターゲットはこの数より大きくすることはできません。
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誰よりも早くターゲットハッシュを当てるチャンスを最大化するには？
現実的には、高速のマイニングリグを手に入れるか、マイニングプールに参加する必要があります。マイニングプールとは、コインを採掘する人たちのグループで、彼らのコンピューティングパワーを組み合わせ、採掘されたビットコインを分割するものです。マイニングプールは、メンバーが一斉に宝くじを購入し、賞金を分配することに同意するクラブに匹敵します。マイニングプールでは、個々のマイナーではなく、プールで採掘されたブロックの数が圧倒的に多い。
つまり、文字通り数字のゲームなのです。過去のターゲットハッシュからパターンを推測したり、予測を立てたりすることはできません。本稿執筆時点での最新ブロックの難易度は約25兆4600億であり、任意のノンスが目標値を下回るハッシュを生成する確率は25兆4600億分の1ということになる。自分で作業している場合は、非常に強力なマイニングリグであっても、素晴らしい確率ではありません。
自分にとってビットコインが有益かどうかを判断するには？
採掘者は、ハッシュ問題を解決するチャンスを得るために必要な高価な機器に関連するコストを考慮しなければならないだけではありません。また、解決策を求めて膨大な量のnonceを生成するために、マイニングリグが使用する膨大な電力も考慮しなければなりません。つまり、ビットコインの採掘は、この記事を書いている時点では、ほとんどの個人の採掘者にとっては利益にならないということです。 ウェブサイトでは、ハッシュスピードや電気代などの数値を入力して、コストと利益を見積もることができる便利な計算機が提供されています。
マイニングプールとは何ですか？
マイニングの報酬は、パズルの解を最初に発見したマイナーに支払われますが、ある参加者が解を発見する確率は、ネットワーク上の全マイニングパワーに占める割合に等しくなります。マイニングパワーの割合が小さい参加者は、自力で次のブロックを発見できる可能性が非常に小さくなります。例えば、数千ドルで購入できるマイニングカードは、ネットワークのマイニングパワーの0.001％以下にしかなりません。このように次のブロックを発見する確率が低いと、マイナーがブロックを発見するまでに長い時間がかかる可能性があり、難易度が上がるとさらに状況は悪化します。マイナーは投資を回収できないかもしれません。この問題を解決するのが「マイニングプール」です。マイニングプールは、第三者によって運営され、マイナーのグループを調整します。マイニングプールは、第三者によって運営されており、採掘者のグループを調整し、参加者全員で分配することで、採掘者は採掘機を起動したその日から安定したビットコインを得ることができます。Blockchain.infoでは、いくつかのマイニングプールの統計を見ることができます。
暗号通貨から利益を得るための、より負担の少ない方法はありますか？
前述の通り、ビットコインを入手する最も簡単な方法は、多くの取引所のいずれかで購入することです。代わりに、マップ戦略を活用することもできます。これは、1849年のカリフォルニアのゴールドラッシュの際に、賢い投資は金を探すことではなく、地図を売ることだったという古い見聞に基づいています。現代の言葉で言えば、つるはしを製造する会社に投資することです。暗号通貨の文脈では、地図に相当するのは、ビットコインの採掘に使われる機器を製造する会社です。例えば、代わりにASIC装置やGPUを製造している会社を検討してもいいでしょう。
ビットコインのマイニングは合法ですか？
ビットコインマイニングの合法性は、地理的な場所に完全に依存します。ビットコインのコンセプトは、不換紙幣の支配と金融市場に対する政府の支配を脅かすことができます。このような理由から、ビットコインは特定の場所では完全に違法です。
ビットコインの所有と採掘は、そうでない国よりも多くの国で合法です。違法となっている場所の例としては、アルジェリア、エジプト、モロッコ、ボリビア、エクアドル、ネパール、パキスタンなどがあります。全体として、ビットコインの使用とマイニングは、世界中の多くの地域で合法です。
マイニングのリスク
マイニングのリスクとしては、金銭的なリスクと規制的なリスクがあります。前述のように、ビットコインのマイニングや一般的なマイニングは、金銭的なリスクを伴います。せっかく数百ドル、数千ドルのマイニング機器を購入しても、投資効果が得られない可能性があります。とはいえ、このリスクはマイニングプールに参加することで軽減することができます。マイニングを検討している方で、マイニングが禁止されている地域に住んでいる方は考え直した方がいいでしょう。また、マイニング機器に投資する前に、その国の規制や暗号通貨に対する全体的な考え方を調べておくとよいでしょう。
ビットコインのマイニング（およびその他のプルーフ・オブ・ワークシステム）の成長に伴う潜在的なリスクとして、マイニングアルゴリズムを実行するコンピュータシステムが必要とするエネルギー使用量の増加が挙げられます。ASICチップではマイクロチップの効率が飛躍的に向上していますが、ネットワーク自体の成長は技術の進歩を上回っています。そのため、ビットコインの採掘による環境への影響や二酸化炭素排出量が懸念されています。しかし、この負の外部性を軽減するために、マイニングに使用するエネルギー源をよりクリーンでグリーンなものに変更したり（地熱発電や太陽光発電など）、カーボンオフセットクレジットを活用したりする取り組みが行われています。また、イーサリアムが計画しているPoS（Proof-of-Stake）のように、エネルギー消費の少ないコンセンサスメカニズムに切り替えることも戦略の一つです。しかし、PoSにはそれなりの欠点や非効率性があります。