暗号通貨マイニングとは何か、そしてどのように機能するのか？

要約
暗号通貨マイニングは、ブロックチェーン上の取引を検証・検証する。また、新しい暗号通貨ユニットを作成するプロセスとも呼ばれる。
マイニングに従事する人々が行う作業は、計算リソースを大量に必要とするが、それによりブロックチェーンネットワークの安全性が維持されている。
暗号通貨マイニングとは何か？暗号通貨マイニングは、ビットコインなど、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）という合意形成メカニズムに依存する暗号通貨の安全性と分散性を保証する。マイニングは、取引の検証とブロックチェーンの公開帳簿への追加を行うプロセスである。したがって、マイニングは、中央当局が存在しなくてもビットコインが機能できるようにする基本的な要素である。
マイニング活動は、既存の流通供給にコインを追加する責任も負っています。しかし、暗号通貨のマイニングは、マイニングプロセスを規制し、誰かが恣意的に新しいコインを作成するのを防ぐ固定されたコーディングルールの一連に従います。これらのルールは、基礎となる暗号通貨プロトコルに統合され、何千ものノードのネットワーク全体に適用されます。
新しい暗号通貨ユニットを作成するために、マイナーはコンピュータパワーを使用して暗号パズルを解決します。最初のマイナーがパズルを解決すると、新しいトランザクションのブロックをブロックチェーンに追加し、ネットワークに拡散する権利を持ちます。
暗号通貨のマイニングはどのように機能しますか？ブロックチェーンで新しいトランザクションが発生すると、それらはメモリプールと呼ばれるプールに送信されます。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確認し、それらをブロックに整理することです。
ブロックはブロックチェーンの台帳のページのように想像できます。その中に一連のトランザクションが記録されます（他のデータとともに）。具体的には、マイニングノードは、メモリプールから未確認のトランザクションを収集し、候補ブロックにまとめる役割を担います。
その後、マイナーはこの候補ブロックを有効な確認済みのブロックに変換しようとします。これを実現するために、マイナーは多くのコンピュータリソースを必要とする複雑な数学的問題を解決しなければなりません。しかし、正しくマイニングされたブロックごとに、マイナーは新しく作成された暗号通貨とトランザクション手数料から成るブロックの報酬を受け取ります。どのように機能するか見てみましょう。
ステップ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ステップは、メモリプールから保留中のトランザクションを取り、1つずつハッシュ関数に通すことです。データの断片がハッシュ関数を通過するたびに、固定サイズの出力であるハッシュが生成されます。
マイニングのコンテキストでは、各トランザクションのハッシュは、一連の数字と文字で構成され、識別子として機能します。トランザクションのハッシュは、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。
ハッシュ化を行い、各トランザクションを個別に追加するだけでなく、マイナーはブロックの報酬を自分に送るカスタマイズされたトランザクションも追加します。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、新しいコインを作成します。ほとんどの場合、このトランザクションは新しいブロックに記録される最初のものであり、続いて検証待ちのすべてのトランザクションが続きます。
ステップ2：マークルツリーを作成する各トランザクションがハッシュ化された後、それらの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）と呼ばれるものに整理されます。マークルツリーは、トランザクションのハッシュをペアに整理し、それらをハッシュ化することによって生成されます。
新しいハッシュ出力はペアに整理され、再度ハッシュ化され、プロセスは繰り返されて1つのハッシュが生成されます。この最終的なハッシュはルートハッシュ（またはマークルルート）と呼ばれ、基本的にはそれを生成するために使用されたすべての以前のハッシュを表す「ルート」ハッシュです。
ステップ3：有効なブロックヘッダーを見つける（ブロックハッシュ）ブロックヘッダーは、各個別のブロックの識別子として機能します。つまり、各ブロックには一意のハッシュがあります。新しいブロックを作成する際、マイナーは前のブロックのハッシュとその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、nonceと呼ばれる任意の数値を追加する必要があります。
したがって、候補ブロックを検証しようとする際、マイナーはルートハッシュ、前のブロックのハッシュ、およびnonceを組み合わせて、すべてをハッシュ関数に通します。彼らの目標は、有効なハッシュを生成するまで何度も繰り返すことです。
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を見つけるまでnonceの値を何度も変更する必要があります。有効と見なされるためには、出力（ブロックのハッシュ）は、プロトコルによって決定された特定のターゲット値未満でなければなりません。ビットコインのマイニングでは、ブロックのハッシュは特定の数のゼロから始まらなければなりません。これをマイニングの難易度と呼びます。
ステップ4：採掘されたブロックを伝播する見てきたように、マイナーは異なるnonceの値でブロックヘッダーを何度もハッシュ化する必要があります。彼らは有効なブロックハッシュを見つけるまで続け、その後、見つけたマイナーはこのブロックをネットワークに伝播させます。他のノードは、ブロックとそのハッシュが有効であるかどうかを確認し、有効であれば、新しいブロックを自分のブロックチェーンのコピーに追加します。
その時点で、候補ブロックは確認済みのブロックに変わり、すべてのマイナーは次のマイニングを開始します。有効なハッシュを時間内に見つけられなかったマイナーは、自分の候補ブロックを破棄し、マイニングの競争が再び始まります。
同時に2つのブロックが採掘されるとどうなりますか？時々、2人のマイナーが同時に有効なブロックを提出することがあり、ネットワークは2つの競合するブロックに直面します。この状況では、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をマイニングし始め、ネットワークは一時的に2つの異なるバージョンのブロックチェーンに分かれます。
これらの2つのブロック間の競争は、次のブロックが競合ブロックの1つの上に採掘されるまで続きます。新しいブロックが採掘されると、最初に到着したブロックが勝者と見なされます。放棄されたブロックはオーファンブロック（孤児ブロック）またはスタイルブロック（廃れたブロック）と呼ばれ、選んだマイナーは勝者のブロックチェーンに戻ってマイニングを再開します。
マイニングの難易度とは何ですか？プロトコルは、新しいブロックの作成のために一定の速度を確保するために、マイニングの難易度を定期的に調整します。そして、その結果、新しいコインの発行は一定かつ予測可能になります。難易度はネットワークに専念されているコンピュータパワー（ハッシュレート）の量に比例して調整されます。
したがって、新しいマイナーがネットワークに参加し、競争が増加するたびに、ハッシュの難易度は上昇し、平均ブロック時間の減少を防ぎます。反対に、多くのマイナーがネットワークを離れると、ハッシュの難易度は下がり、新しいブロックの採掘が容易になります。これらの調整は、ネットワークのトータルハッシュパワーに関係なく、ブロック時間を一定に保ちます。
暗号通貨のマイニングの種類暗号通貨をマイニングする方法はたくさんあります。新しいハードウェアやコンセンサスメカニズムが登場するにつれて、設備とプロセスは変化します。通常、マイナーは複雑な暗号方程式を解決するために特化したコンピュータユニットを使用します。一般的なマイニング手法のいくつかがどのように機能するか見てみましょう。
CPUによるマイニングCPUマイニングでは、コンピュータのCPUを使用してPoWメカニズムが要求するハッシュ機能を実行します。ビットコインの初期の頃、マイニングのコストと参入障壁は低く、難易度は通常のCPUで処理できました。そのため、誰でもBTCや他の暗号通貨をマイニングしようとすることができました。
しかし、より多くの人々がマイニングを始め、ネットワークのハッシュレートが上昇するにつれて、収益性のあるマイニングはますます困難になりました。同様に、時間の経過とともに、より高いコンピュータパワーを持つ特化したマイニングハードウェアの急増により、CPUマイニングはほぼ不可能になりました。現在、CPUマイニングはもはや実行可能な選択肢ではありません。すべてのマイナーは特化したハードウェアを使用しています。
GPUによるマイニンググラフィックプロセッシングユニット（GPU）は、並行して広範なアプリケーションを処理するために設計されています。通常はビデオゲームやグラフィックスのレンダリングに使用されますが、マイニングにも適用できます。
GPUは比較的安価で、人気のあるASICマイニングハードウェアよりも柔軟です。GPUを使用して一部のアルトコインをマイニングできますが、その効率はマイニングの難易度とアルゴリズムに依存します。
ASICマイニング特定用途向け集積回路（ASIC）は、特定の目的を果たすために設計されています。暗号通貨の場合、マイニングのために開発された特化したハードウェアを指します。ASICマイニングは、非常に効率的であることで知られていますが、高コストです。ASICマイナーはマイニング技術の最前線にいるため、そのユニットのコストはCPUやGPUよりもはるかに高くなります。
さらに、ASIC技術の継続的な進歩により、古いASICモデルは収益性が低下し、頻繁に交換する必要があります。電気代を除外しても、ASICマイニングは最も高価なマイニング方法の一つとなります。
マイニングプール最初の成功したマイナーがブロックの報酬を受け取るため、正しいハッシュを見つける確率は極めて低いです。マイニングのパワーの小さな割合を持つマイナーは、自分の力で次のブロックを発見する確率が非常に低くなります。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。
マイニングプールは、マイナーがリソース（ハッシュパワー）を結集してブロックの報酬を得る確率を高めるグループです。プールがブロックを見つけることに成功すると、プールのマイナーは貢献した作業の量に応じて報酬を共有します。
マイニングプールは、ハードウェアと電気代の面で個々のマイナーに利益をもたらすことがありますが、マイニングにおける彼らの支配は、ネットワークでの51%攻撃に関する懸念を呼び起こします。
ビットコインのマイニングとは何ですか、そしてどのように機能しますか？ビットコインは、採掘可能な暗号通貨の中で最も人気があり、確立された例です。ビットコインのマイニングはPoWコンセンサスアルゴリズムに基づいています。
PoWは、2008年にビットコインのホワイトペーパーで提示された、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す。簡単に言えば、PoWは、外部の仲介者なしに、すべての分散参加者間でブロックチェーンネットワークが合意に達する方法を決定します。それは、悪意のある行動を抑制するために重要なコンピュータパワーを要求することによって実現されます。
すでに見たように、PoWネットワークでトランザクションを検証するマイナーは、特化したマイニングハードウェアを使用して複雑な暗号方程式を解決するために競争するマイナーです。最初のマイナーが有効な解決策を見つけると、トランザクションのブロックをブロックチェーンに送信し、ブロックの報酬を受け取ります。
ブロックの報酬としての暗号通貨の量は、異なるブロックチェーンによって異なります。たとえば、ビットコインのブロックチェーンでは、マイナーはブロック報酬として6.25 BTCを得ることができます（2023年3月時点）。ビットコインの半減期メカニズムにより、ブロックの報酬に含まれるBTCの量は210,000ブロックごとに半分になります（約4年ごと）。
2023年の暗号通貨のマイニングは収益性がありますか？暗号通貨のマイニングでお金を稼ぐことはできますが、かなりの評価、リスク管理、調査が必要です。また、ハードウェアのコスト、暗号通貨の価格の変動、暗号通貨プロトコルの変更など、投資やリスクが関与しています。これらのリスクを軽減するために、マイナーはリスク管理の実践を行い、マイニングを始める前に潜在的なコストと利益を評価します。
暗号マイニングの収益性は、さまざまな要因によって異なります。その一つは暗号通貨の価格変動です。これらの価格が上昇すると、マイニング報酬のフィアット価値も増加します。逆に、収益性は価格の下落とともに減少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ための重要な要因です。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のコストとその活動が生み出す潜在的な報酬とをバランスさせる必要があります。もう一つ考慮すべき要因は電気代です：もしそれが高すぎれば、利益を上回り、マイニングが収益性を失う可能性があります。
さらに、マイニングハードウェアは比較的高頻度でアップグレードする必要がある可能性が高く、それは非常に迅速に陳腐化する傾向があります。新しいモデルが古いモデルを上回り、マイナーが機械をアップグレードするための予算が不足している場合、競争を維持するのが難しくなる可能性があります。
最後に、プロトコルレベルでの変化があります。たとえば、ビットコインの半減期はブロックをマイニングする報酬に影響を与える可能性があり、ブロックをマイニングする報酬を半分にします。また、イーサリアムは2022年9月にPoWコンセンサスをProof of Stake（PoS）メカニズムに移行し、そのネットワークではマイニングが使用されなくなりました。
結論暗号マイニングはビットコインや他のPoWブロックチェーンの重要な部分であり、ネットワークを保護し、新しいコインの発行を一定に保ちます。また、マイニングはマイナーに受動的な収入を生む可能性があります。暗号通貨をマイニングする方法については、私たちの記事「暗号通貨をマイニングする方法」でこれらのステップバイステップの指示を確認できます。
マイニングにはいくつかの利点と欠点があります。最も明らかな利点は、ブロックの報酬から利益を得る可能性です。しかし、これは電気代や市場価格などのさまざまな要因によって影響を受けます。これを考慮に入れ、暗号マイニングに取り組む前に、自分自身で調査（DYOR）を行い、すべての潜在的リスクを評価する必要があります。
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