ビットコインのマイニングとは何ですか？

新しいビットコインを鋳造するプロセスは、地球から貴金属を抽出するプロセスにいくつかの点で似ています。このため、これが「ビットコインマイニング」として知られるようになりました。

ビットコインのホワイトペーパーには次のように記載されています：

一定量の新しいコインを安定して追加することは、金鉱採掘者が金を流通に追加するために資源を費やすことに類似しています。私たちの場合、それはCPU時間と電力が費やされます。

ビットコインマイニングの簡単な概要は次のとおりです：

• コンピュータの計算力を活用して「Proof-of-Work」（PoW）と呼ばれるプロセスでビットコインの報酬を得るために人々が競います。このプロセスは、十分なリソース（作業）を捧げたことを証明した参加者（マイナー）のみが報酬を獲得するチャンスを持つことからそのように名付けられました。
• おおよそ10分ごとに、報酬が1人の「マイナー」に分配されます。
• 報酬は二重構造になっています -> (1)「ブロック報酬」で、新たに発行されるビットコインです。執筆時点では、ブロック報酬は6.25ビットコインに設定されていますが、2024年5月初旬から半分に減少し、その後も4年ごとに半分に減少します。(2) 現在のブロック内のすべてのトランザクションに関連する手数料。トランザクションを行うエンドユーザーは、次のブロックに含めてもらうためのインセンティブとして提案されたトランザクションに手数料を添付する必要があります。

なぜビットコインのマイニングが必要なのか？

ビットコインのマイニングは、台帳の現在の状態についてコンセンサスに達するネットワークの方法の重要な構成要素です。また、ネットワークを攻撃から守るためにも重要です。言い換えれば、ビットコインのマイニングは、人々が安全にビットコインの取引を行うことを可能にする中心的なものです。その理由を理解するために、ビットコインがどのように機能するかを詳しく見てみましょう。

ビットコインネットワークは、タイムスタンプ付きトランザクションの巨大なリストからなる、グローバルに分散された公開台帳です。例えば、ある台帳のエントリは、AさんがBさんに月曜日の午前10時に1ビットコインを送ったことを示すかもしれません。台帳は、約10分ごとに新しいトランザクションのリストを含む「ブロック」を追加して更新されます。この台帳の存在は、「ノード」として知られる数千の参加者によって自発的に保存され、誰でもビットコインの所有権の現在の状態と完全な履歴を見ることができます。

設計上、新しいブロックにどのトランザクションを追加すべきかを決定する中央権限はありません。台帳の状態（別名「真実」）は、ビットコインプロトコルに従ってノードが協調して集団的に到達します。この分散化が、ビットコインに検閲耐性や許可不要性といった興味深い特性を与えています。

ほとんどのノードは単に台帳の履歴を保存し、プロトコルのルールに従って新しいトランザクションの真正性を検証し、他のノードに新しいトランザクションのブロックを伝達します。こうして、ネットワークの状態は世界中に広まり、すべてのノードが同じ情報を持つようになります。その時点で、誰が何を所有しているかについての新しい「真実」が存在します。

重要なのは、マイナーと呼ばれる小さなグループのノードが、実際に新しいブロックを作成するために競争することです。誰が何を所有しているかについての更新された真実は、新しいブロックを作成する権利を獲得した単一のマイナーから始まります。新しいブロックを作成する権利を獲得することは、「プルーフ・オブ・ワーク（PoW）」として知られる競争を通じて決定されます。

プルーフ・オブ・ワークとは何か、なぜ必要なのか？

プルーフ・オブ・ワーク（PoW）マイニングは、ネットワーク参加者がゲームに参加していることを数学的に証明する方法です。これは、エネルギーを消費する任意の計算を完了したことを証明することを参加者に強制することで機能します。エネルギーを費やす必要があることは、悪意のある行為者が参加することを非常に高価にするため、重要です。言い換えれば、ビットコインを攻撃することが金銭的に損失をもたらす（非常に高価な）見込みとなり、その発生確率を極めて低くします。

ゲーム理論の観点から、PoWマイニングにはいくつかの利点があります：

1. 正直な行動を促進する：マイナーはルールに従い、トランザクションを正しく検証するインセンティブがあります。システムを欺こうとすると、潜在的なブロック報酬とマイニングプロセスに投資したエネルギー/リソースを失うリスクがあります。
2. コストによるセキュリティ：ブロックを追加するために必要な努力（計算作業）は、ブロックチェーンを攻撃から守ります。過去のトランザクションを変更しようとする試み（すなわち51％攻撃を行う）は、莫大な計算力を必要とし、そのような攻撃を高価で非現実的にします。
3. 公平性：ブロックをマイニングして報酬を受け取る確率は、マイナーが投入した計算リソースの量に比例します。これは、新しいコインの分配と、新しいブロックの追加に関する決定権の配分のための公正なメカニズムを提供します。
4. Sybil耐性：PoWマイニングは、Sybil攻撃（ネットワークに影響を与えるために多くの偽のアイデンティティを作成する）を各アイデンティティのマイニングに関連する高コストのために不可能にします。

ビットコインのマイニングはどのように機能するのか？

このプロセスは、**ビットコインホワイトペーパー**で要約されています：

1. 新しいトランザクションはすべてのノードにブロードキャストされます。

2. 各ノードは新しいトランザクションをブロックに集めます。

3. 各ノードは自分のブロックのために難しいプルーフ・オブ・ワークを見つける作業をします。

4. ノードがプルーフ・オブ・ワークを見つけると、そのブロックをすべてのノードにブロードキャストします。

5. ノードは、そのブロック内のすべてのトランザクションが有効であり、すでに使われていない場合にのみブロックを受け入れます。

6. ノードは、受け入れたブロックのハッシュを前のハッシュとして使用して、チェーン内の次のブロックを作成する作業をすることでブロックの受け入れを表明します。

それをもう少し詳細に分解してみましょう。

まず、マイナーは台帳の更新を提案する者であり、PoWを成功裡に完了したマイナーのみが新しいブロックを追加することが許可されます。これはビットコインプロトコルに組み込まれています。

マイナーは、ノードによってネットワークに放送された潜在的なトランザクションのプールから有効なトランザクションを自由に選択できます。これらのトランザクションは「メモリプール」に集められます。合理的で正直なマイナーは、手数料に基づいてメモリプールからトランザクションを選択し、より高い手数料を最適化します。これにより、手数料市場が生まれ、限られたブロックスペースが公平かつ効率的に使用されることを保証します。

最初にPoWを完了したマイナーは、提案された新しいブロックを広範なノードのネットワークに放送し、それがプロトコルのルールに従っていることを確認します。ここでの重要なルールは、(1)ブロック内のすべてのトランザクションが有効である（つまり、ダブルスペンドがない）、(2)新しいブロックが適切に前のブロックを参照し、チェーン内の次のものとして番号付けされている（つまり、新しいブロックが最長のチェーンの最新ブロックを構成する）です。そうであれば、ノードはこれを他のノードに送信し、同じプロセスを完了します。このようにして、新しいブロックがネットワーク全体に伝播され、広く「真実」として受け入れられます。

しかし、マイナーがほぼ同時にPoWを完了し、同時に新しいブロックをネットワークに放送することは（そして定期的に）起こります。さらに、ネットワークの遅延や地理的な分離のため、ノードは新しい提案されたブロックをわずかに異なる時間に受け取るかもしれません。

重要なのは、あるマイナーの新しく提案されたブロックが別のマイナーのものとわずかに異なる可能性があることです！これは、前述のように、マイナーがブロックに含めるトランザクションを選択するためです—そして、利益のために最適化する傾向があるにもかかわらず、場所やその他の要因が変動を引き起こします。2つのマイナーが異なる新しいブロックを送信すると、競合する「真実」のバージョンがネットワーク全体に伝播し始めます。ネットワークは最終的に、より速く成長するチェーンを選択することで、'正しい'バージョンの真実に収束します。

その最後の部分を詳しく説明しましょう。2つの競合するチェーンがあると想像してみてください。75％のマイナーがバージョンAを選び（最初に見たバージョンだったため）バージョンAの上に次のブロックを作成するためのPoWを開始します。残りの25％のマイナーはバージョンBを選び（これもまた、最初に見たバージョンだったため）、同じプロセスを開始してそのバージョンの上に構築します。統計的には、バージョンAで作業しているマイナーの1人が最初にプルーフ・オブ・ワークを完了し、ネットワークに新しいバージョンを放送する可能性が高いです。ノードは常に最長のチェーンを選択するため、バージョンAはすぐにネットワークを支配するようになります。実際、バージョンBがより速く成長する可能性は、追加されるブロックごとに指数関数的に消え去るため、6ブロックが追加された時点で統計的に不可能になります。このため、6ブロックで確認されたトランザクションは、ほとんどの参加者にとって確定されたものと見なされます。ビットコインにおけるトランザクションの「最終性」は、6ブロック、つまり約1時間です。

最長のチェーンの一部にならなかったブロック（上記の例ではバージョンB）は、孤児ブロックとして知られています。これらのブロックは、1日に1〜3回作成されると推定されています。孤児ブロックに含まれるトランザクションは失われません。それらが最長のチェーンに終わるバージョンに既に含まれていなかった場合、最長のチェーンの次のブロックに追加されることになります。

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ビットコインのハッシュアルゴリズムとは何か？

ビットコインは、Secure Hash Algorithm 2（SHA2）と呼ばれる軍用級の暗号化アルゴリズムを使用しています。ビットコインのマイナーは、ハッシュアルゴリズムを何度も実行することでのみ生成できるランダムな番号を見つけるとBTCを獲得します。このプロセスは、より多くのチケットを購入することで当選確率が増える宝くじに似ています。ハッシュアルゴリズムにより多くの計算力を捧げることで、マイナーは事実上より多くの宝くじのチケットを購入しています。

ビットコインマイニングにおける難易度調整とは何か、なぜ必要なのか？

プルーフ・オブ・ワークアルゴリズムの難易度レベルは、2,016ブロックごと、またはおおよそ2週間ごとに自動的に調整されます。調整は、新しいブロックのマイニングを10分ごとに一定に保つことを目指して行われます。

難易度調整は、ハッシュアルゴリズムに適用される計算力、または「ハッシュパワー」の総量を考慮に入れます。計算力が追加されると、難易度が上がり、全員のマイニングが難しくなります。計算力が削除されると、難易度が下がり、マイニングが容易になります。

難易度調整システムは、ビットコインのマイニングを貴金属の採掘とかなり異なるものにしています。例えば、金の価格が上昇すると、市場に参加するマイナーが増えます。金のマイナーが増えると、必然的に金の生産量が増えます。供給と需要の力によって、最終的に金の市場価格が下がります。しかし、ビットコインの場合、ビットコインの生産量（鋳造される量）はビットコインプロトコルによって事前に決められています。したがって、マイナーの数や力によって影響を受けません。そのため、アルゴリズムに向けられる計算力がどれほど増えても、ビットコインの生産量には影響しません。

ビットコインのマイニングは合法か？

ビットコインのマイニングは、米国やヨーロッパを含むほとんどの国で合法です。ほとんどの地域では、ビットコインマイナーは電力やデータインフラの利用に関する法律を認識し、地元のルールや規制に従っていることを確認する必要があります。

一部の地域では、ビットコインのマイニングに制限を設けたり、設けようとする動きがあります。最も一般的な理由は、ビットコインのマイニングが地元の電力網に悪影響を及ぼす、または環境に悪影響を与えるというものです。例えば、欧州証券市場監督機構の副会長であるエリック・テディーンは、2021年11月に暗号通貨がパリ協定の気候変動目標の達成に対するリスクを構成すると述べました。中国は2021年中頃にビットコインやその他の暗号通貨のマイニングを公式に禁止しましたが、ビットコインのハッシュレートのかなりの部分が依然として同国から発信されています。

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ビットコインのマイニングは環境に悪いのか？

ビットコインの環境への影響は、大きな注目を集めている話題です。批評家はしばしば、ビットコインが大量の電力を消費するため、環境や倫理的に悪影響を及ぼすと主張します。しかし、これらの主張は分解され、慎重に検討される必要があります。ビットコインは確かに多くの電力を消費しますが、この電力がどのように生成されているかを考慮し、他の業界と適切に比較することが重要です。さらに