ビットコインマイニング：公正な分配メカニズム

「鉱業の知識」は、智光大学の初心者ユーザー向けの鉱業科学コラムです。このコラムでは、ビットコインマイニングの関連知識を体系的かつ深く理解できるように、最も基本的な知識の粒子から始めて、浅いものから深いものまで段階的に説明します。

今日はビットコインの誕生とビットコインの発行の仕組みについて紹介します。

01
ビットコインの誕生

ビットコインはサトシ・ナカモトによって発明された暗号通貨であり、ビットコインの最初のブロックもサトシ・ナカモトによって採掘されました。サトシ・ナカモトはビットコインの発明者であり、ビットコインの初期のマイナーでもあります。

ビットコインの誕生には 2 つの画期的な出来事があります。1 つはビットコインのホワイトペーパーの公開であり、もう 1 つはビットコインのジェネシス ブロックのマイニングです。

2008 年 11 月 1 日、Satoshi Nakamoto は、Cypherpunk メーリング グループに Bitcoin のホワイト ペーパーへのリンクを投稿しました。

2009 年 1 月 3 日、フィンランドのヘルシンキにある小さなサーバーでビットコインのジェネシス ブロックが採掘され、ビットコイン ネットワークの正式な運用が開始されました。ホワイトペーパーの公開からジェネシスブロックのマイニングまでの期間は、比喩的にビットコインの妊娠期間の10か月に例えられ、ジェネシスブロックのマイニングはビットコインの誕生に例えられます。

サトシ・ナカモトがビットコインを作成した理由は、ジェネシスブロックに刻まれた言葉から分かります。サトシ・ナカモトは、その日のニューヨーク・タイムズ紙の一面の見出し「ニューヨーク・タイムズ紙 2009年1月3日、財務大臣、銀行への第2次救済に迫る」をビットコインのジェネシスブロックに刻み、当時の世界経済危機の根本原因は通貨の過剰発行と各国政府による不合理な金融政策であったことを示唆した。

世界的な金融危機を背景に、サトシ・ナカモトはビットコインを考案し、大きな影響を与える社会実験を開始しました。

02
ビットコインと法定通貨の違いは何ですか?

ビットコインと各国の法定通貨の最大の違いは、主に以下の点に反映されています。

法定通貨の発行総額に上限はありませんが、ビットコインの発行総額は決まっており、約2100万枚となっています。

法定通貨は中央集権的な組織である銀行によって管理されますが、ビットコインの会計に携わるのは分散した採掘者のグループです。

法定通貨の使用は政府によって厳しく規制されているが、分散型台帳を使用するビットコインは、ネットワークがある限りより自由に流通することができる。

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法定通貨とビットコインの違いを比較するために、送金の例を見てみましょう。

あなたの銀行口座から張三に100元を送金すると、あなたの銀行口座の残高は100元減り、張三の口座の残高は100元増えます。この会計処理は銀行によって完了されます。

ビットコインでも同じシナリオが起こりますが、会計方法は異なります。張さんの「ビットコイン口座」に1BTCを送金すると、あなたの「ビットコイン口座」は1BTC減少し、張さんの「ビットコイン口座」は1BTC増加します。この会計処理は分散マイナーによって完了されます。どのマイナーがこの転送を記録するかは事前に不明です。

なぜそうなるのでしょうか?これはビットコインの発行とインセンティブ、つまりマイニングの仕組みから始まります。

03
ビットコインの発行と採掘

法定通貨は負債の形で発行されます。負債が多い人ほど、法定通貨の発行からより多くの利益を享受できます。これは公平な分配ではありません。ビットコインはどのように発行されるのですか?発行の公平性は保証できますか？

サトシ・ナカモトはビットコインの総数を2100万になるように設計しました。これらのビットコインを公平に分配するにはどうしたらよいか、ビットコイン システムの会計に参加するよう人々にインセンティブを与えるにはどうしたらよいか、分散会計方式によって元帳の一貫性がいかに確保されるか。これらはすべて問題のように思えますが、天才サトシ・ナカモトはこれらの問題を解決するための非常に巧妙な解決策を考案しました。

1. マイニング: 公平な「コイントス」ゲーム

ビットコインを取得するには、マイニングに参加する必要があります。マイニングとは何ですか?マイニングとは、ビットコイン システムの要件を満たす答えを見つけるためにハッシュ操作を継続的に実行するプロセスです。要件を満たす答えを最初に見つけた人は、新しいブロックをマイニングし、対応するビットコイン報酬を獲得します。このプロセスはマイニングと呼ばれます。ビットコイン システムは、参加者全員の計算能力に基づいて、定期的にマイニングの難易度を自動的に調整します。

マイニングのプロセスは、単純にコインを投げる公平なゲームとして理解できます。

毎回256枚のコインが投げられます。最初の N 枚のコインを投げて表を出した人は、対応するゲーム報酬を受け取ります。このゲームの難易度は参加者数に応じて調整されます。プレイする人数が少ない場合、難易度は低くなります。つまり、最初に連続して表が出るコインの数が少なくなります。プレイする人数が増えると、それに応じて難易度が上がります。つまり、最初に連続して表が出るコインの数が多くなり、各ゲームの平均ゲーム時間が 10 分に維持されます。

このマイニング プロセスは、「コイン投げ」ゲームに似ており、次の 3 つの問題を解決します。

1) ビットコインを公平に分配する方法の問題。採掘には採掘機械が必要です。マイニングマシンの数が増えるほど、パフォーマンスが向上し、単位時間あたりの計算速度が速くなり、ビットコインの報酬を得られる可能性が高まります。これは、よく Proof of Work (PoW) メカニズムと呼ばれます。より多くの仕事をすればするほど、より多くの報酬が得られます。さらに、ビットコインのマイニングには許可は必要なく、誰でもマイニングに参加したり終了したりする自由があり、これもビットコインのマイニングの公平性を反映しています。

2) 鉱夫のやる気をどのように高めるかという問題。マイニングを行うとビットコインの報酬が得られるため、マイナーはマイニングを行う動機があります。

3) 全ての鉱山労働者の会計情報の一貫性を確保するために会計権限が明確化されます。新しいブロックを最初に採掘した人が、そのブロックを記録する権利を取得します。他のマイナーは、そのマイナーによって記録されたアカウントを同期します。これにより、元帳の一貫性が確保され、調整と監査が容易になります。マイナーは新しいブロックをマイニングすることでシステム報酬を得ることができるのに、なぜアカウントを維持するのでしょうか?これこそが、これから議論する問題です。

2. マイナーに継続的にインセンティブを与える効果的なメカニズム：報酬と取引手数料の半減

マイナーが新しいブロックをマイニングすると、2 つの報酬を受け取ります。1 つはシステムによって与えられるブロック報酬であり、もう 1 つはパッケージ化の取引手数料 (一般にマイナー手数料と呼ばれる) です。マイニング手数料は、マイナーにアカウントを維持するインセンティブを与えるだけでなく、ビットコインの半減メカニズムや総発行量、さらにはビットコインの寿命にも密接に関係しています。

ビットコインシステムの報酬は変わります。当初、マイニングされた新しいブロックごとに 50 BTC のシステム報酬 (ブロック報酬とも呼ばれる) が与えられました。 210,000 ブロックごとに、すべてのビットコインが配布され、ビットコインの最小の分割不可能な単位である「サトシ」(1 億サトシ = 1 BTC) になるまで、システム報酬は半減しました。

半減ルールによれば、2140 年までに 2100 万 (正確な数字は 20999999.9769) のビットコインがすべて採掘されることになります。半減ルールとビットコインの最小分割単位によって、ビットコインの総量が決まります。

▲ビットコインの半減期と総発行量

ビットコインのブロック報酬は継続的に半減しており、これはシステム報酬がマイナーにとってますますインセンティブが少なくなることを意味します。 2140 年以降、すべてのビットコインが配布されたとき、マイナーはどのようにしてマイニングを継続する動機付けを得られるのでしょうか?答えは振込手数料です。

上記の例のように、1 BTC を Zhang San に送金する場合、このプロセスではマイナーがアカウントを保持する必要があり、マイナーに手数料 (一般にマイナー手数料と呼ばれる) を支払う必要があります。ビットコインの発展に伴い、ビットコインのユーザー数は増加し続け、オンチェーン取引は徐々に増加し、取引手数料は増加し続けます。これはブロック報酬に取って代わり、マイナーの主な収入源となるでしょう。取引手数料は、マイナーに継続的にインセンティブを与える効果的なメカニズムになります。

ビットコインについてある程度の知識がある読者なら、ビットコインのブロックの現在の上限はわずか 100 万であることを知っているはずです。トランザクションあたりの平均トランザクション サイズが 250B であるため、ブロックには最大 4,000 件を超える転送を記録できます。

ブロック報酬が半減し続ける中、100万ブロックの上限を維持しているビットコインは健全な発展を続けることができるのでしょうか?この質問については今は残しておき、次の記事で議論することにします。