【ナレッジマイニングQ&A】3月12日、1時間ビットコインのブロックがありませんでした。マイナーがコンピューターをシャットダウンしたからでしょうか?

2020年3月12日の夕方、ブロック高621343のブロックが生成されるのに1時間かかりました。多くのネットユーザーは、これはコイン価格の急落、マイナーがパニックに陥ってマシンをシャットダウンしたことで計算能力が急激に低下したことが原因だと考えている。本当にそうなのでしょうか？

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事実の復元

当時の状況を復元してみましょう。

当時のブロック時間:

（図1）出典：https://btc.com

上図からわかるように、ブロック生成時間の最長時間は 1 時間 (ブロック 621343#)、最短は 1 分 (ブロック 621349#) でした。

当時のネットワーク全体の計算能力は次のとおりでした。

（図2）出典：http://tinyurl.com/td3fjrk

当時、通貨価格の急激な下落により、ビットコインネットワーク全体の計算能力は大幅に変動しませんでした。したがって、ブロック 621343# のブロック生成時間が 1 時間もかかった理由は、マイナーがシャットダウンして計算能力が急激に低下したためではありません。

さらに、次の数ブロックのブロック生成時間はわずか数分でした。上記の声明によれば、その理由はコンピューティング能力の急増です。これは明らかに実際の状況とは矛盾しています。ブロック生成時間の変動は正常です！

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ビットコインのブロックタイムの変動

ビットコインのマイニングは独立したランダムなイベントです。ハッシュ演算を通じて満足のいく結果を見つけるには、ネットワーク全体の計算能力だけでなく、運（確率）も関係します。幸運も不運も、どちらも低確率の出来事に該当します。たとえば、(図 1) のブロック 621349# は 1 分で見つかりました。これは運が良ければ発生する確率が低いイベントですが、ブロック 621343# は採掘に 1 時間かかりました。これは運が悪ければ発生する確率が低いイベントです。

最長ブロック時間記録を照会できる Web ページがあります。次のように 2 つのページが傍受されます。

（図3）ウェブサイト：http://blockchainsql.io/wkeno3

上の図からわかるように、生成に 1 時間以上かかるブロックも多く、生成に 1 日以上かかるブロックもあります。計算能力に大きな変動がない場合、ブロック生成時間が 1 時間を超えることは確かに低確率のイベントですが、低確率だからといって不合理というわけではありません。今後もこのような1時間出力がない状況が再び発生するでしょう。計算能力が本当に低下したのかもしれませんし、単に運が悪かったために起こる確率が低いイベントなのかもしれません。今後同様の事件が発生した場合でも、盲目的にパニックに陥らないでください。代わりに、ネットワーク全体のリアルタイムの計算能力と対応する期間の平均ブロック時間をチェックして、できるだけ早く真実を把握してください。

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ビットコインの難易度調整メカニズム

ビットコインの難易度調整の仕組みを詳しく見てみましょう。

ビットコインの平均ブロック時間は確かにビットコインの計算能力に関連しており、ビットコインはマイニング難易度調整メカニズムを設計しました。ビットコインシステムは以下を規定しています:

ブロック生成の平均目標時間は 10 分です。

ビットコインの難易度調整サイクルは2016ブロックなので、ビットコインの難易度調整サイクルは14日であるとよく言われます。

各難易度調整の上限と下限は、それぞれ前回のサイクルの難易度の 4 倍と 0.25 倍です。

ビットコインネットワークは、前回の難易度調整サイクルの平均ブロック時間に基づいて次のブロックを調整しますが、調整の範囲は限られています。例えば：

たとえば、前回の難易度調整サイクルでは、システムによって与えられた難易度は D で、このサイクルの平均ブロック時間は 8 分です。これは、このサイクルで計算能力が向上し、平均ブロック時間が 10 分よりも速くなったことを意味します。その後、次の難易度サイクルでは、ビットコイン システムは、次の難易度調整サイクルでの平均ブロック時間を 10 分に維持するために、マイニング難易度を 1.25D に調整します。逆に、平均ブロック時間が 10 分を超える場合、システムは次の難易度調整サイクルでマイニングの難易度を下げます。

難易度調整式 D1 = D * 目標ブロック時間 / 前のブロックの実際のブロック時間

そのうち、D1 は次の難易度サイクルの難易度であり、D は前の難易度サイクルの難易度です。

ビットコインのマイニング難易度の調整は、実際の計算能力の変化に遅れをとっていることがわかります。

ビットコインの難易度の調整範囲には毎回上限と下限があり、それぞれ前回のサイクルの難易度の 4 倍と 0.25 倍になります。例も挙げます:

ある難易度調整サイクルで、マイニング難易度が D で、計算能力が急上昇し、平均ブロック時間が 1 分に短縮されると仮定すると、次のサイクルの難易度は最大で 4D までしか調整できません。計算能力が変わらない場合、次のサイクルの平均ブロック時間は 2.5 分になります。次の難易度調整サイクルでは、難易度を 10D に調整し、平均ブロック時間を約 10 分に戻すことができます。

もちろん、現在の計算能力の規模を考えると、これが起こる可能性は極めて低いです。万が一、そのような事態が起こったとしても、複数回の調整を経て対処することができます。

一方、さまざまな理由によりビットコインの計算能力が急落し、ネットワーク全体の計算能力が低下した場合、ビットコインが2016ブロックごとに難易度を調整するというルールにより、ビットコインのブロック時間が大幅に延長され、オンチェーントランザクションの混雑が大幅に増加します。 Jiang Zhuoer氏は、「マイニング難易度調整アルゴリズムの観点からビットコインの進化を語る」という記事の中で、この難易度調整メカニズムの欠陥について詳しく述べています。

相対的に言えば、BCH 難易度調整アルゴリズムは、計算能力の急激な低下などの問題に対処する際に、より適応性が高いと言えます。

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BCHの難易度調整アルゴリズム

BCH の難易度調整アルゴリズムには歴史的な背景があります。ビットコインの開発経路に関する異なる見解のため、ビッグブロック支持者はより大きなブロック制限を持つ BCH をフォークしました。 BCH は元のチェーンのマイニング難易度を継承しましたが、当時は BCH をサポートする計算能力は比較的小さいものでした。現状の難易度では、平均ブロック時間は 10 分よりもはるかに長くなります。この不利な状況に対処するために、BCH 難易度調整アルゴリズムは BTC 難易度調整アルゴリズムにルールを追加しました。修正された難易度アルゴリズムは EDA (緊急難易度調整アルゴリズム) と呼ばれ、追加のルールは次のとおりです。

連続する 6 つの BCH ブロックの生成間の時間差が 12 時間を超える場合、難易度係数は 20% 低下し、アクティブ化条件は 12 時間後ではなく、6 つのブロックがすべてマイニングされた後になります。

このアルゴリズムにより、BCH は不利な状況でも生き残ることができますが、このアルゴリズムには明らかな欠陥もあり、マシンガン マイニング プールの裁定取引に便利です。 BCH の難易度が下がり、BCH のマイニングによる収入が高くなります。マシンガンプールの計算能力が裁定取引に注ぎ込まれ、ブロック時間が短縮され、裁定取引空間が徐々に平坦化されます。ブロックの高さが 2016 の整数倍になると、難易度が上がり、裁定取引のための計算能力が削減され、ブロック時間が長くなり、難易度が低下します。マシンガン プールの計算能力は再び裁定取引のために削減され、これが繰り返され、次のサイクルに陥ります。

難易度が下がる → 裁定計算能力が流入する → ブロック時間が短くなる → 難易度が上がる → 裁定計算能力が削減される → ブロック時間が長くなる → 難易度が下がる…

難易度を上げるには最大 2016 ブロックかかりますが、難易度を 20% 下げるには 6 ブロックしかかからない場合があります。この難易度調整の非対称性により、BCH のブロック速度は BTC よりもはるかに速くなりました。

（図4）BCHのブロック生成速度はBTCよりも大幅に速い

過去3か月間で、BCHはBTCを約10,000ブロック上回ったため、BCH難易度調整アルゴリズムはEDAに基づいて最適化されました。改良された難易度調整アルゴリズムは DAA アルゴリズムと呼ばれ、ブロック #504031 で有効になりました。簡単に言うと、次のような特徴があります。

1. ブロックごとにマイニングの難易度を調整します。

2. 各ブロックのマイニング難易度は、その前の 144 ブロックの計算能力に基づいて調整されます。

3. 計算能力が指数関数的に変化した場合、ネットワークは公平性を確保するために難易度を迅速に調整します。

4. 現在の計算能力と目標難易度の不一致によって生じるフィードバック振動を回避します。

…

DAA アルゴリズムの上記の特性により、計算能力が瞬時に 50% 低下したとしても、BCH ブロックの速度への影響は短期的なものにとどまります。 DAA アルゴリズムは、実際の計算能力の状況に応じて難易度を迅速に調整できるため、ブロック時間が通常のレベルに戻ります。

2 つのアルゴリズムの平均ブロック時間を比較すると、計算能力の変動を解決する上での 2 つのアルゴリズムの利点と欠点がわかります。

（図5）データソース：http://tinyurl.com/s3cd5q7

BCH の DDA 難易度調整アルゴリズムは、不利な環境において最適化され反復される難易度調整アルゴリズムです。計算能力規模に著しい不利がある環境において、計算能力の大きな変動の影響とテストに耐えてきました。 DDA 難易度調整アルゴリズムは、ビットコインの既存のアルゴリズムと比較して、計算能力の大きな変動に対処する際の適応性と活力がより強くなっています。