2018/01/12 2018/01/13
ビットコインのマイニング（採掘）とは何か
こんにちは、ゾノ( @ozonosho )です。
今回の記事ではビットコインのマイニング（採掘）について解説いたします。
マイニングはビットコインを支える仕組みの中でもとりわけ重要なものです。マイニングについて知ることで「なぜビットコインが特定の管理者不在でも成り立つのか」という理由が分かります。
この記事では技術者以外の人でもマイニングについて理解できるよう僕なりにまとめました。ビットコインの仕組みを理解したい人にすこしでも参考になれば幸いです。
ビットコインのマイニング（採掘）とは何か
ご存知のとおりビットコインには特定の管理者がいません。
銀行や国が管理していないことによっていつでも、世界中の誰にでも、個人間で自由に送金することができるという素晴らしいメリットがある反面、管理者がいないため万が一不正があったときに解決ができないという問題も生まれます。
この問題を解決するためにマイニングが必要になります。
マイニングとはみんなの送金内容に不正が無いかをみんなでチェックする作業です。
特定の管理者がいないからこそ、参加するみんなで送金内容をチェックして不正を防いでいるということですね。
具体的なチェック内容としては下記のようなものです。
- 自分が持っている以上のビットコインを送金していないか
- 送金元の人間はビットコインの正当な保有者なのか
- ２重支払いをしていないか
ビットコインはこれらのチェックをすべて合格した取引データのみ「正しい取引データ」として記録される仕組みになっています。
ちなみにマイニングに参加する人のことをマイナーと呼びます。マイナーたちのおかげでビットコインは不正が無いように管理されています。
マイニングについてもう少し詳しく見ていきましょう。
マイニングは世界中のコンピュータでおこなわれている
マイニングは今この瞬間も世界中のマイナーたちによっておこなわれています。
マイニングには「専用の計算プログラム」が用意されているためコンピューターさえあれば（僕やあなたを含め）誰でも参加することが可能です。特別なスキルやプログラミングは一切必要ありません。
そのためビットコインが誕生してしばらくは個人単位でマイニングがおこなわれていました。
現在では企業単位やグループ単位でマイニングをおこなう取り組みも増えており、様々な人たちがマイニングに参加しています。
（世界のマイニング会社シェア）
上記は2018年1月12日現在の世界のマイニング会社シェア率です。
マイニングには多額の電気代がかかることもあり、電気代の安い中国の企業が多くのシェアを占めています。
※マイニング会社シェア率は「blockchain.info」でリアルタイムに更新されています
マイニングは10分単位でおこなわれる
マイニングは10分単位でおこなわれます。
つまりビットコインは10分ごとに世界中で取引されたすべてのデータがチェックされているんですよね。
そしてすべてのチェックに合格して承認された取引データのみデータベースに保存されます。
取引データが10分ごとに１つの”塊”として保存されるため、このデータの塊はブロックと呼ばれます。そしてデータベースに新しいブロックがどんどん連なっていくことから、このデータベースはブロックチェーンと呼ばれます。
尚、ビットコインはインターネット経由なので即時決済できると思われていますが、実際は送金が反映されるまでに10分、場合によっては1時間以上かかってしまうこともあります。
それはマイニングが10分単位でおこなわれるためです。
送金処理は即座にできても「送金内容に問題ないかチェックする工程」まで完了しないと取引データが保存されないので、ビットコインは即時決済ができないんですよね。
※ビットコインの承認状況は「blockchain.info」で確認できます
マイニングには報酬がある
ここまでの説明で分かるとおり、ビットコインの不正を防ぐためにマイニングは欠かせません。
また、マイニングに参加する人が多ければ多いほどデータの整合性を確認しあえるため、マイニングには多数の参加者が必要です。
もしマイニングに参加する人が１人しかいなければ、その人が承認したデータがすべて正しいデータとして保存されてしまいます。
このような問題を解決するためにビットコインのマイニングには多数の人が自発的に参加したくなるための報酬が用意されています。
マイニング報酬の仕組みはとてもよくできているので、次の項でもうすこし詳しく説明します。
ビットコインのマイニング報酬について
先述したとおりマイニングには多数の人が自発的に参加したくなるための報酬が用意されています。
その報酬内容とは、
『マイニング1回（＝10分）ごとに新規発行されるビットコインを配当する』
というものです。
詳しく解説していきます。
報酬額について
2018年1月12日現在、マイニング1回ごとに新規発行されるビットコインの量は12.5BTCです。
つまりビットコインは10分ごとに12.5BTCの新規通貨が発行されています。
12.5BTCは日本円にすると約2,500万円！
マイナーにはマイニング1回ごと（＝10分ごと）に約2,500万円の報酬が配当される計算になります。
・・・すごい額の報酬ですよねｗ
この報酬額の魅力があるためビットコインには自然と多数のマイナーが集まります。
ちなみに新規発行されるビットコインの量は4年ごとに半分になるという決まりがあります。これはマイニングの作業コストがテクノロジーの進化と共に下がること（＝ムーアの法則）が理由とされています。
報酬が半分になるとマイナーがいなくなってしまうのではないかと懸念する声もありますが、現状ではビットコインの価格が上がり続けているためマイナーは減るどころか増える一方の状況です。
報酬を得るための条件
マイニング報酬はみんなに配当されるわけではなくチェックした取引データを最も早く【提出できた】コンピューターだけに配当されます。
【提出できた】という部分を強調したのには理由があります。
取引データのチェック作業はコンピューター性能が高いほど早く完了するため、チェックを完了した順に提出できてしまうといつも同じ人しか提出できないため、一部の人しかマイニングに参加しなくなってしまいます。
しかし前述したとおりマイニングには多数の参加者が必要です。
この問題を解決するためにビットコインのマイニングは、取引データをチェックするだけでなく、完全にランダムな数値を当てる謎解きを早く解いたコンピューターから取引データを提出できるというルールが採用されています。
コンピューターの性能によって謎を解くスピードは変わりますが、１つずつ数字をしらみつぶしに当てはめていく作業のため性能が低いコンピューターでも一定の確率で１番に謎を解くことができます。
この不確定要素によって誰もが報酬をもらえる可能性があるためマイニング参加者が増え、参加者が増えるからこそ複数人で承認しあえるという仕組みになっています。
ちなみに１番に謎を解けなかった人は、１番に解けた人が提出したチェック結果が本当に正しいかどうかを検証する役割をこなします。検証自体はスマホ程度の性能のコンピューターでも簡単にできるためすぐに終わり、1番に提出した人のデータが問題ないと判断されたらブロックチェーンに保存されます。
このようにビットコインは10分ごとに報酬を得るための競争が日夜行われており、その競争のおかげで世界中の取引データが不正の無いように管理されています。
余談ですが、多数のマイナーたちが新規発行されるビットコインを手に入れるために競い合う様子が金の採掘に似ていることからマイニング（採掘）という名前がついています。
マイニングのディフィカルティ調整について
先述したとおりマイニングは10分単位でおこなわれています。
これはビットコインの新規発行量を一定に保ち、通貨としてのバランスを崩さないための取り決めとなっています。
しかしマイニングにかかる時間（主に謎解き）は、マイナーが増えたり、コンピューターの性能が上がったりするほど短くなるため、定期的に調整しなければいけません。
そのためビットコインは2016ブロック（＝約2週間）に1回のタイミングで謎解きのディフィカルティ調整（＝難易度調整）が入るようになっています。
このディフィカルティ調整によって、過去2週間の平均マイニング時間が10分より短ければ難易度を上げ、逆に長ければ難易度を下げます。マイナーが増え続けていることもあり謎解き難易度は現在まで基本的に上がり続けていますが、過去には下がったこともあります。
このような事情のため、マイニング1回の時間は厳密には10分ちょうどではなく約10分というのが正しい表現になります。
マイニングの抱える問題
最後に、マイニングが抱えている問題についても触れます。
マイニングはビットコインのシステムを支えるうえでとても重要なものですが、同時に解決できていない問題もあります。
2018年1月12日現在、ビットコインのマイニングは「①電気消費量」「②環境に与える影響」の２つの問題が指摘されています
マイニングの電気消費量
マイニングには世界中のコンピューターが参加しており、ビットコインの普及率の上昇につれてマイナーも増え続けています。現在では数万台もの専用機器を用意してマイニング作業に取り組む企業もあります。
マイナーが増えるほど謎解きの難易度は上がり、コンピューターが計算に使うエネルギーも上がるため、それに応じて世界中で消費される電力も上がります。
実際にマイニングの難易度やネットワークの計算能力は過去1年で5倍以上に増加しており、イギリスのエネルギー価格比較プラットフォーム「Power Compare」 によると、現在ビットコインのマイニングに消費される電力の総量は世界159ヶ国の電気消費量よりも多いことが公表されました。
（オレンジ色の国159か国の電気消費量よりも多いマイニングの電力）
このような状況のなかで、マイニングで消費される電力の大部分が「謎解き」に必要な計算エネルギーのため、貴重なエネルギーの無駄遣いだという声も増えてきています。
マイニングが環境に与える影響
電気消費量は環境問題に直結します。
現在マイニングに使用される電力の多くは化石燃料（石油、石炭、天然ガス）によって生み出されたものです。
本来エコであるはずのデジタル通貨を維持するために、日々大量の二酸化炭素が大気中に放出されていたり、有限である化石燃料を世界中で消費し続けていたりするため、マイニングの仕組みについて懸念する声も高まっています。
おわりに
以上、今回の記事ではビットコインのマイニング（採掘）について解説いたしました。
マイニングはビットコインを支える仕組みの中でもとりわけ重要なものです。マイニングについて知ることで「なぜビットコインが特定の管理者不在でも成り立つのか」という理由が分かります。
ビットコインの仕組みを理解したい人にすこしでも参考になれば幸いです。
ゾノ( @ozonosho )でした。
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