BTC マイニングの難易度調整を 1 つの記事で理解する

ビットコインマイニングについて初めて知ったとき、家に座って好きなことをして、コンピューターが仕事をして、寝ている間にお金を稼いでくれるような簡単なものだと思っていました。

しかし、完全にそうではありません。実は、これが単純に不可能である理由は他にもいくつかあるようです。

しかし、その理由を理解するには、まずマイニングの概念全体と、それが暗号通貨に関して何を意味するのかを理解する必要があります。

マイニングとは何ですか?

本質的に、マイニングとは、新しいブロックを作成し、そこに取引記録を入力してブロックチェーンに追加し、特定の通貨がどのように使用されているかを誰もが確認して合意できるようにすることです。

ただし、ブロックを追加するには、マイナーは「暗号パズル」を解く必要があります。より技術的な言葉で言えば、有効なブロック ハッシュに到達する必要があります。

ハッシュ関数についてはあまり詳しく説明しません。簡単に言うと、ハッシュはブロック内のすべての情報を取得し、それを処理し、前のコンテンツとはまったく関係のないランダムな 64 ビットの 16 進数の文字と数字を返します。

ブロック上のデータを変更すると、nonce は大幅に異なりますが、何も変更されていない場合は常に同じものが返されます。

しかし、ハッシュ値が有効かどうかはどうやってわかるのでしょうか?ここで難易度ターゲットが登場します。ターゲットはしきい値を表し、ハッシュが有効であるためには、値がターゲットより小さくなければなりません。

トランザクション情報を変更できない場合、どのようにして異なるハッシュ値を取得できるのか疑問に思うかもしれません。ブロックにはハッシュを作成するときに考慮される別の要素があり、これは変更可能で、nonce と呼ばれます。

出典:ハレド・サラー

マイナーは、出力ハッシュ値が目標値より小さくなるまで、この数値に向けて作業を続けます。ハッシュ値はランダムなので、ターゲットが低いほど、有効なハッシュ値を見つけるのが難しくなります。サイコロを振るのと同じように、3 未満の数字を振るのは 4 未満の数字を振るよりも難しいです。

では、目標の価値をどのように決定するのでしょうか?この質問に対する答えが、今日議論するトピック、「マイニングの難易度」です。

マイニング難易度とは何ですか?

これはかなり自明ですが、マイニングの難易度とは、ブロックの有効なハッシュを見つけることがどれだけ難しく、時間がかかるかを指します。もっと良い質問は、そもそもなぜ採掘は難しい必要があるのか​​、ということかもしれません。

ブロックチェーンの目的は、ネットワーク内の複数の個人の間で合意を確立すること、つまり、単一の真実について合意に達することです。彼らはどうやってこれを実現するのでしょうか?ネットワーク内で最も長い有効なチェーン（そのチェーンに費やされた作業量（ハッシュの計算にかかった時間）によって決定）を取得し、それを構築するメインチェーンとして受け入れます。

この難しさにより、詐欺行為が防止され、ネットワークのセキュリティが確保されます。ブロックの追加が簡単であれば、誰かが不正なトランザクションを送信し、ネットワークにスパムを送信して独自の最長チェーンを作成する可能性があります。ただし、マイニングの難易度により、スパムを防ぐためにブロックの追加プロセスが遅くなり、ブロックのマイニングには平均 10 分かかります。

ここで厄介なのは、攻撃者が計算能力を高める方法を見つけることで、この困難を簡単に回避できることです。幸運なことに、私たちは先を見越して、システムの制御を困難にする方法を見つけました。

マイニングの難易度はどのように決定されますか?

難易度は定期的に調整され、ブロックのマイニングに平均 10 分かかるようになります。 2016 個のブロックが追加されるたびに、システムはそれらの 2016 個のブロックの作成にかかった時間を調べます。通常、約2週間、つまり20〜160分かかります。 2 週間を超えると難易度は下がり、2 週間未満の場合は難易度が上がります。難易度は以下のように判定されます。

新たな難易度の公式を導き出す

逆関数からわかるように、かかった時間が 2 週間を超えると、スコアは 1 未満になり、新しい難易度は低下します。 2 週間以上かかる場合は、スコアが 1 より大きくなり、新しい難易度レベルが追加されます。

難易度が下がると、目標値が増加し、有効なハッシュを見つけやすくなります。逆もまた同様です。最大目標値は 1 であり、難易度は目標値に反比例することがわかります。

難易度と目標の関係

突然の変化を防ぐため、1 回の調整で難易度を 4 倍以上増減することはできません。

しかし、目標をどのようにして決めたかに戻ると、ブロックのマイニングにかかる​​時間に影響を与えるさまざまな要因を調べる必要があります。

この時間に影響を与える可能性のある 2 つの要因:

計算能力

ネットワーク内の個人の数

計算能力

ビットコインの初期の頃は、人々が昔行っていたのと同じ方法、つまり個人のコンピューターを使ってビットコインをマイニングすることができたかもしれません。しかし、鉱山労働者はすぐにアップグレードを余儀なくされました。

マイニングは本質的に、ハッシュ値を最初に見つけて報酬を受け取るために競う競争であるため、より強力なコンピューターを持っている人は、同じ時間内により多くの計算を行うことができ、したがって勝つ可能性が高くなります。

アップグレードは、CPU からグラフィック カードへの単純な切り替えから始まりましたが、近年は大幅に強化され、現在では、マイニング専用に設計されたデバイスであるいわゆる ASIC (特定用途向け集積回路) が、競争に勝つための最低限の要件となっています。

しかし、それでも何も稼げない可能性が高いです。現在、1ブロックを採掘するには40年かかる可能性があります。お金を稼ぎたいなら、マイニング プールに参加する必要があるかもしれません。マイニング プールとは、マイナーが集まって勝つチャンスを増やすための組織のことです。

これらすべての進歩と、コンピューターが高速化し続けているという事実を考慮すると、それに追いついて 10 分平均を維持するために、マイニングの難易度はこれを補う必要があります。

ネットワークの規模

待ってください、でも2週間ごとにコンピューターが高速化されるわけではありませんよね?調整メカニズムが必要となる主な理由はコンピュータの絶え間ない改良ですが、システムはネットワーク内の個人の数も補います。

マイナーの数が増えるほど、同じ時間内に実行される計算が増えるため、有効なハッシュ値を見つけるのにかかる時間が短くなります。したがって、マイナーの数が増えると難易度は上がり、マイナーの数が少なくなると難易度は下がります。

要約する

では、最初に戻ってみましょう。今日では、機器のアップグレードとネットワークのサイズが相殺するにつれてマイニングの難易度がますます高くなり、PC で Bitcoin をマイニングすることはほぼ不可能です。あなたの PC には他のすべての PC に追いつくだけの計算能力がないので、ブロックのマイニングに成功する可能性は非常に低くなります。

システムが難易度を軽減するように設計されている場合でも、実際に難易度が軽減されることはほとんどありません。より高速で強力なデバイスが絶えず開発されており、ますます多くの人々がビットコイン ネットワークに参加しています。実際、2009年1月のビットコイン誕生から2020年11月までに、難易度が上昇したのは250回、難易度が低下したのはわずか53回です。