ビットコインのマイニングとは?

ビットコインや仮想通貨に関心を持っている人が必ず聞く言葉の一つ “マイニング(採掘)” です。マイニングは仮想通貨がインターネット上に成り立つ為の不可欠な作業で、これを理解できたら、ビットコインや仮想通貨に対する見方も変わるし、自分の投資判断にも役立つでしょう。これからマイニングについて分かりやすく説明していきます。


ブロックチェーン


ビットコインや仮想通貨に関連して、ブロックチェーンという言葉をよく耳にするでしょうか?簡単に言うと、ブロックチェーンは仮想通貨の取引台帳で、1ブロックはその取引台帳の1ページのようなものです。


採掘(マイニング)


コンピューターによる大量の計算で仮想通貨の取引データを暗号化して、その取引台帳の1ブロックを生成する度に、報酬として仮想通貨がもらえて、この過程を採掘(マイニング)と言います。ビットコインの発明者であるSatoshi Nakamoto氏がこの採掘(マイニング)という言葉を使ったのは、彼はビットコインがデジタルゴールドのような存在になるのを予想していたかもしれません。

世の中によくビットコインは実在するものではなく、その価値について不信を持っている人は多くいますが、マイニング作業で安全かつ改ざんできない取引台帳が作られ、人々が安全にビットコインを所有・売買・送金できるようになり、このマイニング作業がビットコインの価値を創出したと言えます。


ハッシュ関数


ハッシュ関数はブロックチェーンを支える暗号技術です。ハッシュ関数によって求められる値は「ハッシュ値」と呼ばれ、入力データが同じであれば常に同じハッシュ値が出力されますが、少しでも異なるデータを入れるとまったく違う値が得られます。ハッシュ値からは入力データの逆算が現実的にできないという一方向性の特性を持ち、データ改ざんの検出に使われています。

ビットコインはSHA-256とRIPEMD-160二つの暗号化ハッシュ関数を使い、ハッシュ値を必要なところで計算しています。ビットコインの取引台帳となるブロックチェーンは各ブロックがハッシュ値を持ち、データの改ざんを防ぎ、データの正確性が保証されています。


ナンス探し


マイニング作業は実際に上記のハッシュ関数でブロックチェーン上にこれから生成されるブロックのハッシュ値をある条件を満たすように見つける過程です。ハッシュ値を求めるためにハッシュ関数に次の三つのデータを入力します。

  • ブロックチェーン上最後のブロックのハッシュ値
  • これから生成するブロックに入る送金額や送金者等の取引情報
  • ランダムにに選ぶナンス(nonce)と呼ばれる数値(約43億通りある)

有効なブロックを判定するために、ハッシュ値の閾(いき)値(difficulty target)と呼ばれるものが設定されています。ブロックの生成を成功させるために、マイナーは閾値以下のハッシュ値を見つけ出す必要があります。その閾値以下のハッシュ値を見つけ出すために、いろんなナンス値を選んで総当たりで大量の計算を行い、正しいナンス値を探します。目的のハッシュ値が出てきたらそのブロックは有効とみなされ、報酬として仮想通貨が貰えます。

こうした報酬の存在によるインセンティブ制度で、中央集中管理機構がなくても、世界中にいるマイナー達の参加によりビットコインネットワークの運営が成り立っています。

正しいナンス値を見つけ出すには、マイナー達はランダムにナンス値を試し続けて、実際に誰が最初にそれを発見するのもランダムになり、これによって、ビットコインのマイニング報酬が特定のマイナー或いは高性能のマイニング設備(コンピューター)を持つマイナーによる独占が防げられます。


Proof of Work(プルーフオブワーク)


マイニング作業で生成されたブロックはネットワーク全体にブロードキャスト(通知)され、ネットワーク上の他のマイニング参加者によって検証作業が行われます。検証作業では、ブロードキャストされたブロックの情報(見つけたナンス値を含め)を元に、ハッシュ値の確認とビットコイン送金者の署名全てをマイニング参加者が各自で保持しているブロックチェーンと照合します。その照合の結果が正しい場合は、検証終了後にマイニング参加者はそれぞれ自分のブロックチェーンの末尾に新しいブロックを加えます。

ブロックのハッシュ値の計算にブロックチェーン上に前のブロックのハッシュ値を使うことによって、ブロックの順序が保証されます。もしあるマイナーがブロックを抜いたり、順序を変えたりすると、他のマイナーはハッシュ値の照合ですぐ異常を検出でき、その改ざんされたブロックチェーンを拒否します。これによって、ネットワーク上に分散するブロックチェーンのデータの正確性が保証されます。


ハッシュレート(採掘速度)


ハッシュレート(採掘速度)はマイニングにおける一秒あたりの計算能力を示す指標で、それと合わせてブロックの生成量目安の計算に使用されます。ハッシュレートは突然大きな上昇が見られる場合は、世界のどこかに大規模なマイニング施設が新しく稼働したと推測できます。


マイニング(採掘)難易度


ビットコインのマイニング(採掘)難易度とは、採掘(マイニング)によりビットコイン取引記帳用のブロックを生成する難易度のことです。

マイニング難易度は新しいビットコインをマイニングするために必要なリソースを測るための相対的な指標で、ビットコイン誕生時に一番最初のブロックと比較して現在のブロックを生成するのにどれくらい難しいかを表します。例えば難易度10000の場合、現在のブロックを生成するのに、Satoshi Nakamoto氏が最初のブロック生成に要した計算量の10000倍かかるという意味になります。

ブロックの生成する間隔は平均して 10 分で 1 回になるよう 2016個の ブロックが生成される度に自動調整されます。厳密に 10 分ではなく、なるべく 10 分になるように調整されています。10分に一回のスピードが維持できれば、2016ブロックを生成するにはおおよそ14日かかります(1時間6個x24時間x14日=2016)。過去 2 週間の平均が 10 分より短ければ難易度を上げ、逆に長ければ難易度を下げます。実際に難易度の調整は前述のハッシュ値の閾値(difficulty target)によって自動で行われます。この閾値を小さくすればするほど、正しいナンス値を見つけ出すのはもっと困難になります。

ビットコインの歴史を見ると、マイニングに参加するコンピューターの数と性能が急速に上がることによって、マイニング難易度は2週間ごとに調整され、基本的に上がり続けますが、過去に下がった時もありました。下図はビットコイン過去のマイニング難易度の遷移を示しています。

マイニング難易度の遷移図

下図はビットコイン誕生以来の価格遷移図です。この二つの図を比較すると、マイニング難易度とビットコイン価格はある程度相関性を持っているのは分かります。

ビットコイン価格の推移

マイニング報酬


現在ブロックチェーン上の1ブロックを生成する度にマイナーは6.25ビットコインを報酬としてもらえます。1ブロックの生成は平均所要時間が約10分間で、1日で約900枚のビットコインは新規にマイニングによって発行されます。例えば、ビットコインの価格が4万米ドルなら、それは1日3600万ドルで、年間131.4億ドルになります。

マイニング報酬の大金を目当てに、企業と個人はマイニングに続々参入し、マイニングの競争はますます激しくなります。マイニングに参入する企業と個人が多くなると、全体のハッシュレートが上昇し、 マイニング 難易度もどんどん上がって行きます。


半減期


半減期とは、マイニング報酬が21万ブロック生成する度に半減することです。おおよそ10分間に1ブロックを生成する速度を保つことによって、ビットコイン半減期を予測できます。ビットコイン過去の歴史で半減期が来るたびに、価格が大きく変動してました。ビットコインを投資するには、半減期のことを意識することが重要です。半減期について、この二つの記事をぜひ一読ください。

ビットコインBTCの価格はどこまで上昇するのか?半減期との関係性は?

仮想通貨半減期カウントダウン

半減期が訪れる度、マイニングによって報酬として新たに発行されるビットコインが徐々に少なくなり、マイナーのインセンティブをどう維持するかという心配もあると思うが、実はマイニング報酬はそれだけではないです。マイナーはビットコインの取引や送金をするユーザが支払う手数料の一部も受け取れます。

将来的には、新しいブロックを生成する度に報酬として新たに発行されるビットコインの数が減少するにつれて、この取引手数料は採掘収益の重要な割合を占めることになります。遠い将来の2140年にマイニングによる新規ビットコインの発行が終了し、マイニング報酬源が完全に送金や取引の手数料のみになります。


ビットコインの安全性、51%攻撃とは


ビットコインがインターネット上に自立で成り立っているのは世界中からマイナー達の参加で支えられています。マイニング報酬がインセンティブで、世界中からマイニングに参加する企業と個人が絶えずに現れます。そのため、発掘難易度がどんどん高くなります。難易度が高くなることは、1グループや個人がマイニングを支配し、取引や残高記録となるブロックチェーンを自分に有利に改竄(ざん)することが困難になります。

今仮想通貨の中にマイニングパワー(ハッシュレート)が断トツ高いのはビットコインで、ビットコインが仮想通貨の中に一番安全だと言えます。

理論上は、もしある悪意のマイナーが大量なマイニング設備を用意して、ネットワーク上に51%(50%以上)のマイニングパワーを持っていれば、 ブロックチェーンを改竄して、ビットコインを盗むことができてしまいます。これが51%攻撃と言います。

現実には、現在のビットコインのマイニングパワーの規模で51%を握るのは1グループや個人ではほとんど不可能で、またこのぐらいのマイニングパワーを持っているなら、 51%攻撃するより、合法的にマイニング報酬を稼げばいいです。51%攻撃事件がニュースになり、ビットコインの価格が大きく下落するから、結局攻撃者が期待した利益にならないです。

仮想通貨を安全にするには、世界中に分散している大量のマイニングパワーが必要で、その分電力も大量に消費します。

今仮想通貨の種類はたくさんあり、8000種以上にものぼります。51%攻撃にされやすい規模の小さい仮想通貨は多くあります。しかし、前述のように攻撃者が期待した利益になれないため、実際には51%攻撃事件はそう多くありません。しかし、 51%攻撃の可能性としてあるから、新種の小さい仮想通貨に投資する時に、このようなリスクを十分理解した上で行うことです。


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