サイエンス 04 |ビットコインの起源：マイニング

ビットコインがどのように生まれたかは非常にシンプルです。自分で採掘するか、誰かがあなたに転送するかのどちらかです。もちろん、誰かがあなたにそれを転送したのであれば、最も古い情報源も採掘によるものです。そこで今回は、まずビットコインの初期配布であるマイニングについてお話します。

マイニングの部分では、ハッシュと作業証明という 2 つの知識ポイントが主に関係します。

1. マイニングとは何ですか?

最初の 50 ビットコインは、サトシ・ナカモトがマイニングを通じて取得しました。よく言われるように、ビットコインはマイニングによって生産されます。マイニングは実際には鮮明な比喩であり、その意味は超困難で超複雑な数学の問題を解くこととして理解できます。

問題を解決するプロセスは鉱物資源の採掘に少し似ており、大量の電力も消費するため、問題を解決するプロセスは「マイニング」と呼ばれ、問題解決に参加する人々は「マイナー」と呼ばれます。

ビットコインの最初のブロックはサトシ・ナカモトによって作成されました。ビットコインシステムの設定によれば、彼は最初のブロックを作成し、報酬として50ビットコインを受け取った。サトシ・ナカモトはビットコインの最初のマイナーだったと言えます。

ビットコインシステムの設定によれば、ビットコインの数は2100万で一定であり、4年ごとに半減します。 2009年、サトシ・ナカモトはマイニングの報酬として50ビットコインを受け取りました。現在、ほぼ10年が経過し、ビットコインは50から25、そして12.5への2回の半減期を経験しました。したがって、現在、マイニング、つまりブロックの作成に対する報酬は 12.5 ビットコインです。

ビットコインが4年ごとに半減するとしたら、マイナーが得るビットコイン報酬はどんどん少なくなるのではないだろうか、と疑問に思う人もいるかもしれません。彼らが採掘を続ける動機は何でしょうか?実際、マイナーが受け取る報酬は、マイニングによる収入だけでなく、手数料も含まれます。

ビットコインを他の人に送金する場合、マイナーに一定の手数料を支払う必要があります。もちろん、手数料は任意ですので、お支払いいただける金額だけお支払いいただけます。あげなくても大丈夫でしょうか？はい、しかしマイナーは手数料の高い取引を優先します。手数料を支払わない場合、取引はキューの最後尾に置かれる可能性があります。

現在、取引プラットフォームまたはウォレット ソフトウェアを通じてビットコイン取引を行う場合、手数料率は、アカウントのステータスに基づいて取引プラットフォームとウォレットによって自動的に生成される比較的合理的な手数料です。このステップでは追加の操作を実行する必要がないため、マイナーに支払われる手数料の存在を感じない可能性があります。

マイナーにとって、多額のマイニング報酬と取引手数料を得るのは簡単ですか?それは簡単なことではなく、彼らの労働にはコストがかかります。コストを過小評価しないでください。コストは非常に高く、最大のコストは電気代です。

2. ハッシュ演算とハッシュ値

先ほど、マイニングは実際には非常に難しく、非常に複雑な数学の問題を解決することだと言いました。解決策は「ハッシュ演算」であり、問​​題の解決策は「ハッシュ値」です。

ハッシュとは何ですか?簡単に言えば、「ハッシュ操作」とは、トランザクション情報（タイムスタンプを含むすべての情報）をパッケージ化し、このすべての情報を「エンコード」し、複雑な計算を実行してハッシュ値を取得することです。

「ハッシュ」は暗号化の概念ですが、数学的な関数の問題として理解することができます。ただし、数学関数の問題とは少し異なります。数学関数の問題では、x と y は双方向です。つまり、x がわかっていれば y を見つけることができ、y がわかっていれば x を見つけることができます。ただし、ハッシュ関数は一方向であり、x がわかっている場合は y を見つけることができますが、y がわかっている場合は x を見つけることはできません。

「ハッシュ関数」を使用するのはなぜですか?これはビットコインシステムのセキュリティに関連しています。ビットコインシステムは、ネットワーク全体に公開され、継続的に更新される巨大な台帳であるため、個人情報漏洩の問題が生じます。

ハッシュ関数の「一方向」の性質により、アカウント主体の情報プライバシー セキュリティを確保できます。つまり、私の取引情報はわかりますが、私が誰であるかはわからず、私の情報を見つけることはできません。ハッシュ関数の「一方向」の性質により、ビットコインは優れた匿名性を実現しており、ダークウェブでは取引にビットコインが好んで使用されています。

プライバシーを保護するために「ハッシュ関数」を使用するのは良い方法ですが、ハッシュ値を計算するプロセスは実際には非常に困難です。さらに、ビットコインの場合、ビットコインの生産量は4年ごとに半減するため、ますます困難になるでしょう。

どれくらい難しいですか？このハッシュ値には固定のアルゴリズムはありません。コンピュータによるランダムなハッシュ衝突にのみ依存します。衝突が正しければ答えは正解です。

したがって、マイニングには非常に高い計算能力、つまりコンピューティングパワーが必要になります。マイニングは実際には計算能力に依存します。 「マイニングしたいのですが、ハッシュの計算方法がわかりません。どうやってマイニングすればいいのでしょうか？」と尋ねる人もいるかもしれません。ハッシュを計算するのは明らかに頭を使う作業ですよね？と疑問に思う人もいるかもしれません。なぜ電気代が最大のコストなのでしょうか?

初期の「マイニング」には計算と頭脳労働が必要でしたが、現在ではコンピューター（つまり家庭用のコンピューター）はマイニングには使用されなくなりました。代わりに、マイニングには専門的なマイニングマシンが使用されます。専門的なマイニングマシンの出現と発展により、家庭用コンピュータの計算能力が低いという欠点が補われ、精神的な労力が軽減され、マイニングが非常に簡単になりました。

プロフェッショナルなマイニング マシンの場合、マイニングを行うには非常に簡単なインストールのみが必要です。ハッシュを計算するプロセスに関しては、プロのマイニング マシン チップがそれを完了するのに役立ちます。現在主流のチップは ASIC です。市販されている Antminer と Avalon マイナーはすべて ASIC チップを使用しています。

そのため、マイニングを行う際に支払わなければならない費用は、マイニングマシン料金と電気料金となります。マイニングマシンを購入する必要すらありません。現在では、マイニングマシンのメンテナンス専用の場所であるマイニングファームが数多く存在するからです。マイニングファーム内のマイニングマシンの計算能力をレンタルしてマイニングを行うことができます。

現在主流のマイニングマシンの計算能力は約 13.5T で、これは 1 秒あたり 13.5 兆回の計算、つまり 1 秒あたり 13.5 兆回のハッシュ衝突を実行できることを意味します。この数字は驚異的ですよね？どれだけの電力を消費するかは想像がつくでしょう。これらの電気代は、マイニングを行うマイナーにとっての主なコストとなります。

先ほど確認しましたが、現在の市況からすると、マイニングマシンを購入して1年間マイニングしても利益を出すのは難しいです。電気代が高すぎるため、現在では多くのマイニングファームが電気代が非常に安い場所に建設されています。私の国の鉱山農場は主に四川省と内モンゴルに分布しています。

ビットコインシステムのルールによれば、ブロックは10分ごとに追加されます。ブロックの内容は、過去 10 分間にシステム内で発生したトランザクションの一部であるため、マイナーがマイニングを行うには約 10 分かかります。

マイニングマシンが存在しなかった初期の頃は、マイナーは常にネットワークを監視する必要がありました。トランザクションがネットワーク上でブロードキャストされると、10 分以内にコンピューターを使用して大量のハッシュ操作を実行する必要がありました。誰かが最初に正しいハッシュ値を計算するまで、その人はトランザクションを記録する権利、つまりブロックを作成し、ビットコイン報酬とトランザクション手数料報酬を獲得し、マイニングが成功したと宣言する権利を持ちます。

現在では、専門的なマイニングマシンにより、マイニングマシンがマイナーに取って代わり、「ネットワークを常に監視し、大量のハッシュ計算を行う」という効果を実現できるようになりました。

3. プルーフ・オブ・ワーク（PoW）

上で説明したハッシュ計算作業の全体は「Proof of Work」と呼ばれ、略して PoW と呼ばれます。

プルーフ・オブ・ワーク (PoW) メカニズムでは、ネットワーク全体がコンセンサス、つまり全員が同意するルールに達します。このルール（コンセンサス）は次のとおりです。

「ハッシュ関数」を解くことで、一定量の作業を完了したことを証明できます。作業を迅速かつ正確に、そして容赦なく完了し、正しいハッシュ値を解くことができた人は、取引を記録する権利（簿記）を獲得し、ビットコイン報酬を受け取ることができます。

つまり、「プルーフ・オブ・ワーク・メカニズム」(PoW) とは、働けば働くほど得られるものが増え、働かなければ得るものが少なくなることを意味します。より多くの労力を費やすほど、ビットコインの報酬を獲得できる可能性が高くなります。この観点から、「プルーフ・オブ・ワーク」（PoW）はビットコイン システムのインセンティブ メカニズムとして考えることができます。