Bitcoinマイニングの仕組み

概要

マイニングとは、Bitcoinの取引が検証され、ブロックチェーンに追加されるプロセスのことです。マイナーのゴールは複雑な数学問題の有効な解を見つけることです。この難解な数学の問題を解くことに成功したマイナーには、新しいBitcoinとトランザクション手数料が報酬として与えられます。

初期のビットコインユーザーは、個人のパソコンでマイニングに参加することができました。現在では、収益性の高いマイニングを行うには、高度にマイニング用に特化したマイニングリグを使う必要があります。単独でのマイニングは非常に困難なため、多くのマイナーはマイニングプールに参加してブロック報酬を得る機会を増やしています。そして、報酬はプールのメンバー間で比例的に分配されます。

はじめに

Bitcoinのマイニングは、ブロックチェーンが最新の状態で、かつ記録されているトランザクションが正当であることを保証するためのプロセスです。2009年当時では、これがトラストレスな環境で信用を生み出すためのユニークなソリューションでした。そういう観点では、マイニングはBitcoinのセキュリティモデルのコアです。

マイニングをして、その対価としてBTCを受け取るというアイデアは、魅力的な響きがあります。コンピュータのCPUを使用してマイニングをする時代は終わりましたが、マイニングに参加するには必ずしも物理的なマシンを必要とするわけではありません。ただ、マイニングに参加するかどうかを判断する前に、その仕組みを簡単に見ていきましょう。

Bitcoinマイニングとは？

ユーザーが新たにBitcoinのトランザクションを行う際には、他のネットワークユーザー（ノード）がその有効性を検証及び承認するのを待つ必要があります。マイナーは、新しい保留中のトランザクションを集めて、候補ブロック（まだ承認されていない新しいブロック）にまとめる役割を担っています。

マイナーは、自分の候補ブロックのために、有効なブロックハッシュを見つけようとします。ブロックハッシュとは、数字や文字で構成された文字列で、各ブロックの固有IDとして機能します。以下がブロックハッシュの例です。

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新しいブロックハッシュを作るためには、マイナーは前のブロックのブロックハッシュ、候補ブロックのデータ、ナンスを集めて、ハッシュ関数に通す必要があります。

しかし、マイナーは、すべてのデータを組み合わせて、一定数のゼロで始まるブロックハッシュを生成するナンスを見つけなければいけません。ゼロの数はマイニング難易度に応じて変わります。有効なブロックハッシュは、マイナーが候補ブロックを検証するために必要な作業を行ったことを証明します（だから、プルーフ・オブ・ワークと呼ばれています）。

保留中のトランザクションを集めて、候補ブロックを作成した後、マイナーが唯一変更できるのがナンスです。そして、それを行うのがマイニングリグです。マイニングマシンは、試行錯誤を繰り返しながら、ナンスを変更し、組み合わせたデータを何度もハッシュ化して、そのブロックの解（一定数のゼロから始まるハッシュ）を探します。

マイナーが有効なハッシュを見つけると、すぐに候補ブロックを検証し、Bitcoinで報酬を獲得することができます。また、この瞬間にそのブロックに含まれるブロックチェーンのトランザクションが、保留から承認済になります。

Bitcoinマイナーの収益

新しいブロックを1個検証すると、マイナーはブロック報酬を獲得できます。ブロック報酬は、新しく発行されたBitcoinとトランザクション手数料で構成されます。ブロック報酬のほとんどは新規に発行されるBitcoinのため、一般的にこれだけを（トランザクション手数料を考慮せずに）ブロック報酬と呼んでいます。

Bitcoinに関しては、ブロック報酬は2009年の誕生時の50BTCから始まり、21万ブロック（約4年）毎に半減してきました。これらの半減期が来るとマイニング報酬が半減します。2012年には25BTCに、2016年には12.5BTCに、そして現時点で最新の2020年には6.25BTCにまで、ブロック報酬は減ってきました。次の半減期は2024年に来ると予想されています。2021年5月時点では、マイナーはブロック報酬として、1ブロックあたり約30万ドルを手に入れています。

ただ、マイニング装置やその収益性を評価する時には多くの要素を検討する必要があります。マイニングリグがランダムなナンスを生成して、テストできるスピードは、チェックすべき重要な指標です。この数値はハッシュレートと呼ばれ、Bitcoinマイナーの成功には欠かせないものです。ハッシュレートが大きければ大きいほど、より早くランダムなインプットをテストできます。

もう1つ重要な指標はマイニングリグのエネルギー消費です。マイニングで得た収益よりも電気代の方が多くかかってしまうと、採算が合わなくなってしまいます。

Bitcoinマイニングの開始方法

Bitcoinは分散型、かつオープンソースなので、誰でもマイニングレースに参加できます。以前は、自分のPCを使って、新しいブロックを採掘することができました。しかし、マイニングの難易度が上がったため、現在ではより強力な装置が必要となっています（下記に詳細）。

理論上は、今での自分のPCでBitcoinのマイニングを試すことはできますが、有効なハッシュを見つけられる可能性は事実上ゼロです。ハッシュ関数の計算は比較的短時間で済みますが、膨大な量のランダムインプットの計算には時間がかかります。そのため、収益性の高いマイニングを行おうとすると、専用のハードウェアが必要になります。

マイニング装置の選び方

一般的には、CPU、GPU、FPGA、ASICマシン（これらについての説明はこれからしていきます）を使用して、仮想通貨のマイニングを試すことができます。アルトコインの中には、GPUカードでまだマイニングできるものもあります。マイニングアルゴリズム、難易度、そして電気代によっては、FPGAマシンも選択肢になる可能性があります。ただ、Bitcoinに関して言うと、ASICマイニングリグを使うのが最も効率的です。

CPU（中央処理装置）

CPUは、コンピュータのさまざまな部分に命令を伝達する役割を担う、多機能なチップのようなものです。もはや、CPUは仮想通貨マイニングを行うには、効率的ではありません。

GPU（グラフィックス・プロセッシング・ユニット）

GPUの用途はさまざまですが、基本的にはグラフィックスを処理して画面に出力するためのものです。GPUは複雑なタスクをいくつかの小さなタスクに分割して、パフォーマンスを向上させることができます。アルトコインの中には、GPUでマイニングできるものもありますが、効率性はマイニングアルゴリズムと難易度に応じます。

FPGA（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）

FPGAは、さまざまな機能やアプリケーションに対応するように、プログラム、再プログラムすることができます。カスタマイズが可能で、ASICよりも低価格ですが、Bitcoinのマイニングでは効率が悪くなります。

ASIC（特定用途向け集積回路）

ASICとは、Application Specific Integrated Circuitの略で、特定の目的のために設計されたコンピュータのことです。ASICマイニングリグは、仮想通貨マイニングに特化しています。ASICは、FPGAに比べてカスタマイズ性が低く、価格も高いですが、そのハッシュレートとエネルギー消費量から、Bitcoinのマイニングには最も効率的な選択肢でしょう。

マイニングプール

個人でマイニングをする場合、ブロックをマイニングできる可能性は非常に低いです。その代わりに、仮想通貨のマイニングプールに参加することで、自分の計算能力を他のマイナーと組み合わせることができます。プールがブロックのマイニングに成功すると、各マイナーはマイニングされたBitcoinをそれぞれ受け取ります。プール報酬は提供したマイニングパワーに比例します。

マイニングプールへの参加方法

自分のハードウェアを使ってローカルでプールに参加する場合は、他のマイナーと連携するためのソフトウェアを設定する必要があります。このプロセスでは、通常、アカウントを作成して、マイニングプールサーバーに接続します。

マイニングリグを持っている場合、BTCや他のSHA-256アルゴリズムベースコインのマイニングを始めるには、バイナンスプールは良いところです。マイニングリグは、BTC、BCH、BSVを自動的に切り替えて、BTCで支払われるリターンを最大化します。

バイナンスプールのページから、どれぐらいの収益を得られるのかを確認できます。BTCでの収益は、BTCで毎日Bitcoinウォレットに支払われます。

クラウドマイニング

これまで説明してきたような、技術的な手順をやりたくない場合は、ハードウェアとソフトウェアをファームのオーナーに任せて、クラウドマイニングファームに参加することもできます。クラウドマイニングとは、大まかに言えば、自分がお金を払って他人にマイニングを代行してもらうことです。そして、ファームのオーナーは利益をあなたと共有することが期待されます。しかし、このオプションでは、投資した分に対してのリターンが約束されていないので、とてもリスクが高いです。クラウドマイニングサービスの大半は詐欺なので、注意してください。

おわりに

Bitcoinのマイニングの仕組みを基本的に理解しておけば間違いはありません。ハードウェアとソフトウェアの適切な組み合わせにより、誰でもマイニングを始めて、Bitcoinネットワークのセキュリティに貢献できます。マイニングはできないと判断しても、まだBitcoinノードを運営することで貢献できます。

マイニングで黒字にするための初期投資は非常に大きく、たくさんのリスクが伴っています。また、マイニングでのリターンは、市況、電気代やハードウェアの改良などの外部要因に左右されます。マイニングリグに投資をする前に、必ず自分で調査を行ってください。