ビットコインのマイニングとは何ですか？

新しいビットコインを鋳造するプロセスは、地球から貴金属を抽出するプロセスにいくつかの点で似ています。このため、これが「ビットコインマイニング」として知られるようになりました。

ビットコインのホワイトペーパーには次のように記載されています：

一定量の新しいコインを安定して追加することは、金鉱採掘者が金を流通に追加するために資源を費やすことに類似しています。私たちの場合、それはCPU時間と電力が費やされます。

ビットコインマイニングの簡単な概要は次のとおりです：

コンピュータの計算力を活用して「Proof-of-Work」（PoW）と呼ばれるプロセスでビットコインの報酬を得るために人々が競います。このプロセスは、十分なリソース（作業）を捧げたことを証明した参加者（マイナー）のみが報酬を獲得するチャンスを持つことからそのように名付けられました。
おおよそ10分ごとに、報酬が1人の「マイナー」に分配されます。
報酬は二重構造になっています -> (1)「ブロック報酬」で、新たに発行されるビットコインです。執筆時点では、ブロック報酬は6.25ビットコインに設定されていますが、2024年5月初旬から半分に減少し、その後も4年ごとに半分に減少します。(2) 現在のブロック内のすべてのトランザクションに関連する手数料。トランザクションを行うエンドユーザーは、次のブロックに含めてもらうためのインセンティブとして提案されたトランザクションに手数料を添付する必要があります。

ビットコインのマイニングはなぜ必要なのか？

ビットコインのマイニングは、元帳の現在の状態について合意に達するためのネットワークの方法の重要な要素です。また、攻撃に対してネットワークを強化するためにも重要です。つまり、ビットコインのマイニングは、人々がビットコインの取引を安全に行うことを可能にする中心的な要素です。その理由を理解するために、ビットコインがどのように機能するかを詳しく見てみましょう。

ビットコインネットワークは、巨大なタイムスタンプ付き取引のリストから成る、世界中に分散された公開元帳です。例えば、ある元帳エントリは、Aさんが月曜日の午前10時にBさんに1ビットコインを送ったことを示すかもしれません。元帳は約10分ごとに、新しい取引のリストを含む「ブロック」を追加することで更新されます。「ノード」として知られる何千もの参加者が自発的に保存する元帳の存在により、誰でもビットコインの所有権の現在の状態と完全な履歴を見ることができます。

設計上、新しいブロックに追加するべき取引を決定する集中した権限はありません。代わりに、元帳の状態（つまり「真実」）は、ビットコインプロトコルに従ってノードによって集合的に調整されます。この分散化がビットコインに検閲耐性と許可不要性などの最も興味深い属性を与えます。

ほとんどのノードは、単に元帳の履歴を保存し、プロトコルのルールに従って新しい取引の真正性を検証し、新しい取引のブロックを他のノードに渡します。この方法で、ネットワークの状態は世界中に伝播し、すべてのノードが同じ情報を持つまで続きます。その時点で、誰が何を所有しているかについての新しい「真実」が存在します。

ビットコインノードがブロックを伝播する方法

重要なことに、マイナーと呼ばれるノードの小さなグループが、実際に新しいブロックを作成する権利を競います。誰が何を所有しているかについての更新された真実は、新しいブロックを作成する権利を獲得した単一のマイナーから始まります。新しいブロックを作成する権利を獲得することは、「プルーフ・オブ・ワーク」として知られる競争を通じて決定されます。

プルーフ・オブ・ワークとは何で、なぜ必要なのか？

プルーフ・オブ・ワーク（PoW）マイニングは、ネットワーク参加者がゲームに参加していることを数学的に証明する方法です。それは、参加者にエネルギーを消費する任意の計算を完了したことを証明させることで機能します。エネルギーを消費する要件は、悪意のある行動をする者にとって非常にコストがかかるため重要です。つまり、ビットコインを攻撃することが金銭的に損失をもたらす（そして非常にコストがかかる）見込みを確保し、発生の可能性を極めて低くします。

ゲーム理論の観点から見ると、PoWマイニングはいくつかの利点を提供します：

正直な行動を促進：マイナーはルールに従い、取引を正確に検証するよう動機付けられます。システムを欺こうとすれば、潜在的なブロック報酬とマイニングプロセスに投資したエネルギー/リソースを失うリスクがあります。
コストによるセキュリティ：ブロックを追加するために必要な努力（計算作業）は、ブロックチェーンを攻撃から守ります。過去の取引を変更しようとする試み（すなわち51％攻撃を行うこと）は、膨大な計算能力を必要とし、そのような攻撃を高価で非現実的にします。
公平性：ブロックをマイニングして報酬を受け取る確率は、マイナーが投入する計算リソースの量に比例します。これにより、新しいコインの分配と新しいブロックの追加に対する意思決定力の割り当ての公平なメカニズムが提供されます。
シビル攻撃耐性：PoWマイニングは、シビル攻撃（ネットワークに影響を与えるために多くの偽のアイデンティティを作成すること）を、高コストが関連するために実行不可能にします。

ビットコインのマイニングはどのように機能するのか？

このプロセスは、**ビットコインのホワイトペーパー**で要約されています：

1. 新しい取引はすべてのノードに放送されます。

2. 各ノードは新しい取引をブロックに収集します。

3. 各ノードは自分のブロックに対する難しいプルーフ・オブ・ワークを見つけるために作業します。

4. ノードがプルーフ・オブ・ワークを見つけたとき、それはブロックをすべてのノードに放送します。

5. ノードは、ブロック内のすべての取引が有効であり、すでに消費されていない場合のみブロックを受け入れます。

6. ノードは、受け入れたブロックのハッシュを前のハッシュとして使用して、チェーンの次のブロックを作成する作業をすることによってブロックの受け入れを表現します。

これをもう少し詳しく説明しましょう。

まず、マイナーは元帳の更新を提案する人々であり、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）を成功裏に完了したマイナーだけが新しいブロックを追加することを許可されます。これはビットコインプロトコルに組み込まれています。

マイナーは、ノードによってネットワークに放送される潜在的な取引のプールから有効な取引を選択する自由があります。このような取引は「メンプール」に収集されます。合理的で正直なマイナーは、高額の手数料を最適化するためにメンプールから取引を選択します。これにより、限られたブロックスペースが公平かつ効率的に使用されることが保証されます。

最初にPoWを完了したマイナーは、提案された新しいブロックを広範なノードネットワークに放送し、次にノードがそのブロックがプロトコルのルールに従っていることを確認します。ここでの主要なルールは、（1）ブロック内のすべての取引が有効である（すなわち二重支出がない）、（2）新しいブロックが前のブロックを適切に参照し、チェーンの次として番号付けされている（すなわち新しいブロックが最長チェーンの最新のブロックを構成する）ことです。そうであれば、ノードはそれを他のノードに送信し、同じプロセスを完了します。このように、新しいブロックはネットワーク全体に広まり、「真実」として広く受け入れられるまで続きます。

しかし、（そして定期的に）複数のマイナーがほぼ同時にPoWを完了し、新しいブロックをネットワークに同時に放送することがあります。さらに、ネットワークの遅延や地理的な分離により、ノードはわずかに異なる時間に新しい提案されたブロックを受信することがあります。

重要なことに、一つのマイナーの新しく提案されたブロックは、他のマイナーのものとはわずかに異なる可能性があります！これは、前述のように、マイナーはブロックに含める取引を選択するのが彼ら自身であり、利益を最適化する傾向にあるとしても、位置や他の要因が変動をもたらすためです。2人のマイナーが異なる新しいブロックを送信すると、ネットワーク全体で「真実」の競合するバージョンが伝播し始めます。最終的にネットワークは、より速く成長するチェーンを選択することによって「正しい」バージョンの真実に収束します。

その最後の部分を詳しく見てみましょう。2つの競合するチェーンがあるとします。75％のマイナーがバージョンAを選択（それが最初に見たバージョンだったため）し、その上に次のブロックを構築するためのPoWを開始するとしましょう。他の25％のマイナーはバージョンBを選択し（これも最初に見たバージョンだったため）、そのバージョンの上に同じプロセスを開始します。統計的に言えば、バージョンAの上で作業しているマイナーの1人が最初にPoWを完了し、新しいバージョンをネットワークに放送する可能性が高いです。ノードは常に最長のチェーンを選択するため、バージョンAはすぐにネットワークを支配するようになります。実際、バージョンBがより速く成長する可能性は、追加のブロックが追加されるごとに指数的に消えていくため、6つのブロックが追加された時点で統計的に不可能になります。このため、6つのブロックで確認された取引は、ほとんどの参加者にとって確定したものと見なされます。ビットコインの取引の「最終性」は、6つのブロック、つまり約1時間です。

最長のチェーンの一部にならなかったブロック（上記の例ではバージョンB）は、孤立ブロックと呼ばれます。このようなブロックは、1日に1〜3回作成されると推定されています。孤立ブロックに含まれる取引は失われません。それらが最終的に最長のチェーンとして残るバージョンにすでに含まれていない場合、それらは最長のチェーンの次のブロックに追加されることになります。

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ビットコインのハッシュアルゴリズムは何ですか？

ビットコインは、安全なハッシュアルゴリズム2（SHA2）という軍事グレードの暗号化アルゴリズムを使用しています。ビットコインマイナーは、ハッシュアルゴリズムを何度も実行することによってのみ生成されるランダムな数値を見つけると、BTCを獲得します。このプロセスは、宝くじでチケットを多く買うと当選確率が上がるのに似ています。ハッシュアルゴリズムにコンピューティングパワーを捧げることによって、マイナーは実質的に多くの宝くじチケットを購入しているのです。

ビットコインマイニングにおける難易度調整とは何で、なぜ必要なのか？

プルーフ・オブ・ワークアルゴリズムの難易度レベルは、2,016ブロックごと、つまり約2週間ごとに自動的に調整されます。調整は、新しいブロックのマイニングを1ブロックあたり10分で一定に保つことを目的としています。

難易度調整は、ハッシュパワーと呼ばれるハッシュアルゴリズムに適用されるコンピューティングパワーの総量を考慮に入れます。コンピューティングパワーが追加されると、難易度が増加し、マイニングがすべての人にとって難しくなります。コンピューティングパワーが削減されると、難易度が下がり、マイニングが容易になります。

この難易度調整システムは、ビットコインマイニングを貴金属の採掘と大きく異なるものにしています。例えば、金の価格が上昇すると、市場に参加するマイナーが増えることが考えられます。金のマイナーが増えることで、金の生産量が増加し、供給と需要の力によって、最終的に金の市場価格が下がるでしょう。しかし、ビットコインの場合、ビットコインの生産量（発行量）はビットコインプロトコルによって事前に決定されています。したがって、マイナーの数や力によって影響を受けることはありません。したがって、アルゴリズムに向けられるマイニングパワーの量に関係なく、生成されるビットコインの量は影響を受けません。

ビットコインマイニングは合法ですか？

ビットコインマイニングは、米国やヨーロッパを含むほとんどの国で合法です。ほとんどの地域で、ビットコインマイナーは、電力とデータインフラの利用に関する法律に注意し、地元のルールや規制に従う必要があります。

一部の地域では、ビットコインマイニングに制限を課す、または課そうとする規制が導入されています。最も一般的に引用される理由は、ビットコインマイニングが地域の電力網に悪影響を及ぼす、または環境に悪影響を及ぼすことです。例えば、2021年11月に欧州証券市場監督局の副議長であるエリク・テデーン氏は、暗号通貨がパリ協定の気候変動目標を達成するためのリスクを構成すると述べました。中国は、2021年半ばにビットコインやその他の暗号通貨のマイニングを公式に禁止しましたが、依然としてかなりの割合のビットコインのハッシュレートは同国から発信されています。

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ビットコインマイニングは環境に悪いのか？

ビットコインの環境への影響は、注目を集めているテーマです。批評家はしばしば、ビットコインが多くの電力を消費し、これが環境的および倫理的に悪影響を及ぼすと主張します。しかし、これらの主張は分解して慎重に検討する必要があります。ビットコインが多くの電力を消費するのは事実ですが、その電力がどのように生成されるかを考慮し、他の産業との適切な比較を行うことが重要です。さらに、環境への影響は、エネルギー源によって大き