仮想通貨マイニングとは、またその仕組みとは?

概要
仮想通貨マイニングは、ブロックチェーン上のトランザクションを検証し、妥当性を確認します。また、新たな仮想通貨を発行するためのプロセスでもあります。
マイナーが行う作業には大規模な計算能力が必要ですが、それはブロックチェーンネットワークの安全性を維持するのに役立っています。
仮想通貨マイニングとは?仮想通貨マイニングは、Proof of Work (PoW) コンセンサスメカニズムに基づくBitcoin等の仮想通貨のセキュリティと分散性を保証します。これは、ユーザーのトランザクションを検証し、ブロックチェーンの公開元帳に追加するためのプロセスです。そのためマイニングは、中間管理者を必要とせずにBitcoinを機能させる重要な要素です。
マイニング作業は、コインの供給量を増やす役割を担っています。ただし、仮想通貨マイニングは、マイニングプロセスを管理するコード上のルールに従っており、誰もが恣意的に新しいコインを生成することができないようになっています。これらのルールは、基となる仮想通貨プロトコルに組み込まれており、数千ノードのネットワーク全体に適用されます。
新しい仮想通貨を生成するために、マイナーは計算能力を使用して、暗号化された複雑なパズルを解きます。最初にパズルを解いたマイナーは、ブロックチェーンに新しいトランザクションブロックを追加し、ネットワークにブロードキャストする権利を持ちます。
マイニングの仕組み新しいブロックチェーンのトランザクションが作成されると、メモリプールと呼ばれるプールに送られます。マイナーの仕事は、これらの保留中のトランザクションの有効性を検証し、ブロックにまとめることです。
ブロックとは、ブロックチェーンの台帳の1ページであり、そこには複数のトランザクションが (他のデータとともに) 記録されていると考えることができます。具体的には、マイニングノードは、メモリプールから未検証トランザクションを収集し、候補ブロックに組み入れる役割を担っています。
その後、マイナーはこの候補ブロックを有効な確認済みブロックに変換します。これを行うには、マイナーは、多くの計算能力を必要とする複雑な数学的問題を解く必要があります。ただし、マイニングに成功したブロックごとに、マイナーは新しく生成された仮想通貨とトランザクション手数料で構成されるブロック報酬を受け取ります。その仕組みについて詳しく見てみましょう。
手順 1: トランザクションのハッシュ化ブロックをマイニングする最初の手順は、メモリプールから保留中のトランザクションを取り出し、ハッシュ関数を使用して、1つずつ送信することです。あるデータがハッシュ関数にかけられるたびに、ハッシュと呼ばれる一定の大きさの出力が生成されます。
マイニングの文脈では、各トランザクションのハッシュは、識別子として機能する数字と文字の列で構成されています。トランザクションハッシュは、そのトランザクションに含まれるすべての情報を表します。
マイナーは、各トランザクションを個別にハッシュ化し、並べる以外にカスタムトランザクションを追加し、自分自身にブロック報酬を送信します。このトランザクションは、コインベーストランザクションと呼ばれ、新しいコインを発行するためのものです。基本的には、このトランザクションは新しいブロックに最初に記録され、その後検証を待っているすべての保留トランザクションが記録されます。
手順 2: マークルツリーの作成各トランザクションがハッシュされた後、ハッシュはマークルツリー (ハッシュツリーとも呼ばれる) と呼ばれるものに編成されます。マークルツリーは、トランザクションハッシュをペアに編成し、それらをハッシュすることによって生成されます。
次に、新しいハッシュ出力はペアとして整理され、再びハッシュ化され、1つのハッシュが作成されるまでこのプロセスが繰り返されます。この最後のハッシュは、ルートハッシュ (またはマークルルート) とも呼ばれ、基本的には、ハッシュを生成するために使用された過去のすべてのハッシュを表すハッシュです。
手順 3: 有効なブロックヘッダー (ブロックハッシュ) を探すブロックヘッダーは、個々のブロックの識別子として機能し、各ブロックが固有のハッシュを持つことを意味します。新しいブロックを生成する際、マイナーは前のブロックのハッシュと候補ブロックのルートハッシュを組み合わせて、新しいブロックのハッシュを生成します。また、ナンスと呼ばれる任意の数値を追加する必要があります。
そのため、マイナーは候補となるブロックを検証する際、ルートハッシュ、前のブロックのハッシュ、ナンスを組み合わせ、ハッシュ関数にかける必要があります。彼らの目的は、有効なハッシュを作成できるまでこれを繰り返し行うことです。
ルートハッシュと前のブロックのハッシュは変更できないため、マイナーは有効なハッシュが見つかるまで、何度もナンスの値を変更する必要があります。有効であると判断するためには、出力 (ブロックハッシュ) がプロトコルで決められた一定の目標値未満である必要があります。Bitcoinのマイニングでは、ブロックハッシュがある数のゼロからはじまる必要があり、これをマイニング難易度調整と呼びます。
手順 4: マイニングされたブロックのブロードキャストここまで見てきたように、マイナーはブロックヘッダーを異なるナンスの値を使用して繰り返しハッシュ化する必要があります。そして、有効なブロックハッシュを見つけると、それを見つけたマイナーがこのブロックをネットワークにブロードキャストします。他のすべてのノードは、ブロックとそのハッシュが有効かどうかを確認し、有効な場合、新しいブロックをブロックチェーンのコピーに追加します。
この時点で、候補ブロックは確定ブロックとなり、すべてのマイナーは次のブロックのマイニングに移ることになります。時間内に有効なハッシュを見つけられなかったすべてのマイナーは、候補ブロックを破棄し、マイニング競争を最初からやり直すことになります。
2つのブロックが同時にマイニングされた場合はどうなりますか?場合によっては、2人のマイナーが同時に有効なブロックをブロードキャストし、ネットワーク上に2つの競合するブロックが生成されてしまうことがあります。マイナーは、最初に受け取ったブロックに基づいて次のブロックのマイニングを開始し、ネットワークを一時的にブロックチェーンの2つの異なるバージョンに分割します。
これらのブロック間の競争は、競争しているブロックの1つ上に次のブロックがマイニングされるまで続けられます。新しいブロックがマイニングされた場合、先にマイニングしたマイナーの勝者となります。その後、放棄されたブロックはオーファンブロックまたはステイルブロックと呼ばれ、それらのブロックをマイニングしていたマイナーは、勝利したブロックのチェーン上のマイニングを開始します。
マイニング難易度調整とは?マイニング難易度調整はプロトコルによって定期的に調整され、新しいブロックの生成速度を一定に保つことで、新しいコインの発行を安定的かつ予測できるようにします。難易度は、ネットワーク専用の計算能力 (ハッシュレート) の大きさに比例して調整されます。
そのため、新しいマイナーがネットワークに参加して競争が激化するたびに、ハッシュ化の難易度が上がり、平均ブロック時間が短くなるのを防いでいます。逆に、多くのマイナーがネットワークを離れると、ハッシュ化の難易度は下がり、新しいブロックのマイニングが容易になります。これらの調整により、ネットワークの合計ハッシュパワーに関わらず、ブロック時間を一定に保つことができます。
仮想通貨マイニングの種類仮想通貨をマイニングする方法はいくつかあります。新しいハードウェアやコンセンサスアルゴリズムの登場により、機器やプロセスも変化していきます。通常、マイナーは専用のコンピューター機器を使用して暗号化された複雑なパズルを解きます。ここでは、代表的なマイニング方法を紹介します。
CPUマイニング中央演算処理装置 (CPU) マイニングでは、コンピュータのCPUを使用して、PoWモデルに必要なハッシュ関数を実行します。Bitcoinの黎明期は、マイニングの費用や参入障壁が低く、その難易度は通常のCPUで対応できたため、誰でもBTCやその他の仮想通貨のマイニングに挑戦することができました。
しかし、BTCをマイニングをする人が増え、ネットワークのハッシュレートが上昇するにつれ、マイニングで高い収益を維持することは困難になりました。さらに、より高い処理能力を備えた特殊なマイニングハードウェアの出現により、最終的にCPUマイニングはほぼ不可能になりました。現在では、すべてのマイナーが専用のハードウェアを使用しているため、CPUマイニングはもはや有効なオプションではない可能性があります。
GPUマイニング画像処理装置 (GPU) は、さまざまなアプリケーションを同時に処理するために設計されています。一般的にはビデオゲームやグラフィックのレンダリングに使用されますが、マイニングにも使用されます。
GPUは比較的安価で、人気のASICマイニングハードウェアよりも柔軟性があります。一部のアルトコインのマイニングに使用できますが、その効率はマイニング難易度とアルゴリズムによって異なります。
ASICマイニング特定用途向け集積回路 (ASIC) は、単一の特定の目的を果たすために設計されたものです。仮想通貨では、マイニング専用のために開発された専用のハードウェアのことを指します。ASICマイニングは、非常に効率的ですが、同時に高価であることで知られています。マイニング技術の最先端であるASICマイナーは、CPUやGPUに比べて1台あたりの費用が非常に高くなります。
さらに、ASIC技術の絶え間ない進化により、古いASICモデルはすぐに採算が合わなくなり、定期的な交換が必要になります。電気代を除いても、ASICマイニングは最も高価なマイニング方法の1つです。
マイニングプール最初に成功したマイナーにはブロック報酬が与えられるため、正しいハッシュを見つける確率は非常に低くなります。マイニングパワーの割合が少ないマイナーは、自力で次のブロックを発見できる可能性はさらに低くなります。マイニングプールは、この問題に対する解決策を提供します。
マイニングプールとは、ブロック報酬を獲得するチャンスを増やすためにリソース (ハッシュパワー) をプールするマイナーのグループです。プールがブロックの発見に成功すると、プール内のマイナーは、それぞれが貢献した作業量に応じて報酬を獲得します。
マイニングプールは、ハードウェアや電気代の面で個々のマイナーにメリットがありますが、マイニングを独占することで、ネットワーク上で51%攻撃の対象として狙われる懸念があります。
Bitcoinマイニングとは、またその仕組みとは?Bitcoinは、マイニング可能な仮想通貨の最も人気があり確立されています。Bitcoinのマイニングは、PoWコンセンサスアルゴリズムに基づいています。
PoWはサトシナカモトによって作成されたオリジナルのブロックチェーン・コンセンサス・メカニズムであり、2008年にBitcoinのホワイトペーパーで紹介されました。一言で言えば、PoWはブロックチェーンネットワークが、第三者の仲介者を介さずに、分散した参加者全員のコンセンサスを得る方法を決定します。これは、悪意のある人物の意欲を削ぐために、大きな計算能力を要求することで実現されています。
これまで見てきたように、マイナーはPoWネットワーク上のトランザクションを検証し、専用のマイニングハードウェアを使用して暗号化された複雑なパズルを解くために競争するマイナーによって検証されます。最初に有効な解を見つけたマイナーは、そのトランザクションブロックをブロックチェーンにブロードキャストして、ブロック報酬を受け取ることができます。
ブロック報酬に含まれる仮想通貨の金額は、各ネットワークによって異なります。例えば、Bitcoinのブロックチェーンでは、マイナーは2023年3月の時点で6.25 BTCのブロック報酬を獲得することができます。Bitcoinの半減期メカニズムにより、ブロック報酬のBTC金額は210,000ブロックごと (約4年ごと) に半分になります。
2023年の仮想通貨マイニングは儲かるのでしょうか?仮想通貨のマイニングでお金を稼ぐことは可能ですが、慎重な検討、リスク管理、および調査が必要です。また、ハードウェア費用、仮想通貨の価格変動、仮想通貨プロトコルの変更などの投資とリスクも伴います。こうしたリスクを軽減するために、マイナーはリスク管理を実践し、マイニングをはじめる前に潜在的な費用と利益を評価します。
仮想通貨マイニングの収益性は、いくつかの要因に左右されます。それらの内1つは、仮想通貨の価格の変化です。仮想通貨の価格が上昇すると、マイニング報酬の法定通貨の価値も上昇します。逆に、価格の下落とともに収益性が低下する可能性があります。
マイニングハードウェアの効率も、マイニングの収益性を決定する重要な要素です。マイニングハードウェアは高価になる可能性があるため、マイナーはハードウェア費用と、それが生み出す潜在的な報酬とのバランスを取る必要があります。また、電気代が高すぎると収益を上回り、採算が合わなくなる可能性があります。
さらに、マイニングハードウェアは比較的頻繁にアップグレードする必要があります。新しいモデルは古いモデルよりも優れたパフォーマンスを発揮し、マイナーが機器をアップグレードする予算が不足している場合、競争力を維持するのに苦労する可能性があります。
最後になりましたが、プロトコルレベルの変化もあります。例えば、Bitcoin半減期は、ブロックのマイニングに対する報酬を半分に削減するため、 マイニングの収益性に影響を与える可能性があります。さらに、Ethereumは2022年9月にPoWからProof of Stake (PoS) コンセンサスメカニズムに完全に切り替わり、マイニングが不要になりました。
まとめ仮想通貨マイニングは、ネットワークを安全に保ち、新しいコインの発行を安定させるため、Bitcoinやその他のPoWブロックチェーンにとって重要な役割を担っています。さらに、マイニングはマイナーにパッシブインカムを提供します。詳細については、仮想通貨をマイニングする方法に関する記事を参照してください。
マイニングには一定のメリットとデメリットがあり、前者の最も明白な点は、ブロック報酬による潜在的な収入です。しかし、これは電気代や市場価格など、さまざまな要因の影響を受けます。そのため、仮想通貨マイニングを行う前に、独自の調査 (DYOR) を行い、すべての潜在的なリスクを評価する必要があります。
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