ポピュラーサイエンス |ビットコインマイニング: 暗号化の原理、ハードウェアの知識、開発の簡単な歴史に関する 3 つの記事

著者: 村長 2 歳

前回の記事では、養鶏場のビジネスモデルをビットコイン鉱山と比較し、マイニングマシン企業、マイニングファーム、マイニングプール、マイニングマシンホスティング、中古マイニングマシン市場、クラウドコンピューティングパワー、コンピューティングパワーなど、ビットコインマイニングエコシステム全体の基本的な図を紹介しました。今日は鉱業に関する3つの記事のうちの2番目です。主にビットコインの数学的原理、暗号化、ハードウェアに関する知識、およびビットコインマイニングマシンの開発の簡単な歴史について説明します。

このプロセスを、わかりやすい簡略化した形で説明し続けましょう。

なぜビットコインが2100万個あるのですか?

設計者の経済的な考えはさておき、数学的な考えについて直接話しましょう。 2009 年 1 月 3 日から、10 分ごとに 1 つのブロックが生成され、1 つのブロックの報酬は 50 BTC でした。 4年後には25BTCに半減し、さらに4年後にはさらに半減し、という状態が続きました。

現在は第 3 段階にあり、ブロック報酬は 12.5 ですが、来年には半減して 6.25 になります。

数式を使用して計算します。

1 時間には 10 分間が 6 回あり、1 日には 24 時間、1 年には 365 日、4 年にはその半分の日数があります。半分に減り続けるということは、等比級数であることを意味します。

ビットコインの合計額 = 50 x 6 x 24 x 365 x 4 x (1+1/2+1/4+1/8+……+1/2^n)

上記の式はおよそ 2100 万に等しく、そのうち (1+1/2+1/4+1/8+……+1/2^n) は等比数列であり、数学的には 2 に等しくなります。

また、ビットコインの最初の4年間で採掘された数は半分の1,050万であったこともわかります。そして次の4年間で採掘された数は1050万の半分の525万になりました。 3回目の4年周期は525万の半分の262万5000人だった。現在は第3サイクル（2020年5月と6月の半減期）の終わりに差し掛かっており、多くのニュース報道ではビットコインの現在の「流通量」は1,700万または1,800万であると報じられています。電卓を使って合計するとこの数字になりますが、数百万は永久に失われている可能性があり、発行部数は出力よりもはるかに低いです。

注: マイニング報酬は実際には 2 つの部分で構成されます。1 つはブロック報酬で、もう 1 つは約 10 分以内にネットワーク全体で発生するビットコイン取引手数料です。後者はごくわずかな割合を占めており、現段階では利益計算では無視できます。

前の記事の養鶏場の論理を引用すると、鶏は金の卵を産みますが、金の卵の一部は失われるため、全体の循環は生産量よりも低くなります。

簡単に言えば、経済モデルはデフレモデルであり、経済モデルに大きな革新はありません。サトシ・ナカモト（この人物またはこの組織）がノーベル賞レベルの貢献をしたかどうかは、このデフレモデルとは何の関係もありません。それは極めて単純な（そして比較的粗雑な）経済モデルだからです。歴史上、このモデルを使って経済的繁栄を達成した国は一つもありません。この記事では数学モデルについてのみ説明します。

ビットコインマイニングのプロセスとは何ですか?暗号化の原理は何ですか?

簡単に言うと、数学の問題を解いて、それをブロードキャストし、検証されて、ブロック報酬を得るのです。情報を受け取った後、他のマイニングマシンはこの数学の問題を解くことを諦め、ブロック報酬を競うために次の数学の問題を解き始めます。等々。

より具体的に言うと、この数学の問題では暗号の知識、つまり一方向ハッシュ関数が使われています。

一方向ハッシュ関数はハッシュ関数とも呼ばれ、ビットコインのハッシュ関数は SHA256 です。

これまでにも暗号化に関する記事を多数執筆しており、そちらもご参照ください (「ビットコインの暗号化: ハッシュ関数の 5 つの特徴とマイニングの原則」)。ここでも簡単に説明しておきます。

SHA256 はハッシュ関数です。 SHA (情報) = 256 ビットの 2 進数。 「紅楼夢」のコピーや単語など、どんな情報でも入力でき、すぐにこの 256 ビットの 2 進数を取得できます。入力情報を少し変更すると、結果が大きく異なり、結果情報から入力情報を推測できなくなります。

2 進数の場合、先頭のゼロが多いほど、数値は小さくなります。範囲がこの数値以下の場合、2 進数の先頭のゼロの数が多いほど範囲が狭くなり、入力値を推測するのが難しくなります。

SHA256（SHA256（情報 + x））は、ターゲット値（ターゲット）以下です。

条件が満たされるまで、採掘マシンを使用して x を見つけたり推測したりします。それが採掘です。

数式内の情報は、バージョン、pre_hash、merkle ルート、ntime、nbits などのブロック ヘッダー情報です。ブロックの高さや時間の変化に応じて変化します。推測された x 値は nonce として記述することもできます。何と書いても構いません。ビットコインマイニングの理解には影響しません。ただそれが存在することを知ってください。

マイニング プロセスでは、一方向ハッシュ関数の特性のみが使用されます。公開鍵暗号化、署名、検証などの概念はこの問題解決プロセスでは必要ないので、心配する必要はありません。

それでもまだ理解できない場合は、上記の一方向ハッシュ関数の説明を無視して、単純に数学の問題を解くことだと考えてください。さらに、この数学の問題は推測でしか解けず、解決するための合理的な計算方法はありません。

ハードウェアの知識とマイニングマシン開発の簡単な歴史

この難しい数学の問題は、最初は CPU によって解決され、次に GPU グラフィック カード、次に FPGA、そして現在主流の Bitcoin マイニング ASIC チップ マイナーによって解決されました。

CPU は複雑な問題を処理できますが、問題解決のプロセスにはそれほど複雑な思考は必要なく、ただ推測するだけで済みます。したがって、GPU 並列コンピューティングやその他の関連機能を使用することをお勧めします。最も有名な企業は NVIDIA と AMD です。マイニング業界では、前者は N カード、後者は A カードと呼ばれます。

GPU は消費電力などのデメリットがあるため、FPGA が使用されます。深センには、FPGA を使用する DJI Technology という非常に強力なドローン会社があります。 GPU と FPGA は、人工知能の分野で多くの用途があります (知識の拡張、今日のトピックとは関係ありません)。

FPGA は、フィールド プログラマブル ゲート アレイです (再度注意: 理解できない概念については心配せず、スキップしてください)。簡単に言えば、プログラミングや調整が簡単です。しかし、まだ機能が多すぎます。私が求めているのは、学部生や博士課程の学生ではなく、Yuanxiao を箱に入れることができる人だけです。簡素化を進めていくと、ASIC チップが登場しました。

「私にはただ一対の手が必要だった。そしてあなたは私にそれを与えてくれた」 - ヘンリー・フォード

現在、AISC は本質的に簡素化された製品であり、この 1 つの機能の問題を解決するために 1 組の手しか残っていません。

CPUと比較すると、CPUは博士課程の学生と生産ラインの作業員の間で、どちらがより早く元宵を箱に詰められるかを競うものです。優れた統合により、博士課程の学生と10人または100人の生産ライン作業員の間で、誰がより早く元宵を箱に詰められるかを競うようになりました。結果は予測可能なので、現在ビットコインのマイニングでは ASIC チップのマイニングマシンのみが使用されています。

マイニングマシンの開発ロジックについては上記で説明しました。歴史的な部分を簡単に説明すると次のようになります。

2009 年 1 月 3 日、サトシ・ナカモトは CPU をマイニングに使用しました。 2010 年 9 月には GPU マイニングが利用可能になり、2011 年には FPGA が利用可能になりました。 2012年8月、Fried CatはASICマイニングマシンのための資金を調達しました。当時、世界の鉱業は中国に傾き始めました。 2012年11月、BTCは初めて半減しました。 2009年から4年近く経ちました。2013年初頭もFCは活動を続けました。 Avalon ASIC マイニング マシンが開発されました。これは中国で最も初期の ASIC マイニング マシンの 1 つでもあります。親会社はカナン・クリエイティブ社で、ナスダックに上場した後、同社の株価は最近急落した。

2013年末には大きな強気相場が起こり、多くの第一世代の学生が市場に参入しました。中国には2つの大規模な暗号通貨マイナーと投機家がいた。最初は 2013 年、2 回目は 2017 年でした。これは、大きな強気のローソク足が来ると、何千もの軍隊がそれを迎え撃つことを意味します。 2014年以降の履歴はインターネットで簡単に見つけることができます。 FriedCat は 2015 年 1 月に謎の失踪を遂げました。彼がなぜ姿を消したのか、殺されたのか、タイムトラベルしてエイリアンに連れ去られたのか、それとも採掘機械が徐々に劣化して逃げ出したのかは私たちには関係ありません。これはゴシップ記事ではありません。 Kaomao同志はビットコインマイニングに多大な貢献をしてきました。ここで私はカオマオ同志に敬意を表したいと思います。

その後の物語は誰もが知っています。 Bitmainは2017年と2018年に急成長し、世界市場の80％以上を占めました。過去1年間のデータによると、BitmainのAntminerは60％以上を占め、Shenmaのマイニングマシンは20％以上を占めました。関連する苦情や具体的な市場規模に興味がある場合は、自分で調べることができます。

この記事では、ビットコインマイニングの基本原理、マイニングハードウェアに関する基本的な知識、マイニングマシンの開発の簡単な歴史という 3 つのトピックについて説明します。

マイニング業界に関する3つの記事のうち、第1回と第2回の記事を組み合わせると、ビットコインマイニング業界全体を俯瞰することができます。次の記事では、コンピューティングパワー、クラウドコンピューティングパワー、電気代、回収期間、利益計算などについて、たくさんの計算式が登場します。心配しないでください。携帯電話の電卓で十分です。乞うご期待。