誰でもわかるビットコインのマイニングの仕組み。プルーフオブワーク(PoW)がなぜ改ざんが難しいのか?徹底図解

ビットコインを新規で発行するには、マイニング(採掘)を行わなくてはいけません。

またこのマイニングはプルーフオブワーク(PoW)と呼ばれるアルゴリズムを用いて行われますが、この仕組みによって改竄が非常にしにくくなっています。

この記事では、マイニングの仕組みについてわかりやすく図解するとともに、なぜプルーフオブワークの仕組みによって改竄が難しくなっているのかについて解説します。またマイニング(マイニングファーム)の現状についても解説します。

この記事を理解するにはビットコインの基本理解が必要です。

【誰でもわかる】ビットコイン(bitcoin)の仕組みを分かりやすく図解

ビットコインのマイニングとは?

マイニングは、簡単に言うと「通貨(BTC)を新規発行」する行為です。

かつて、金本位制だった頃は、金(ゴールド)を金山から掘り当ててお金を新規発行していました。金を掘り当てるのは非常に労力がかかることだったので、お金の価値が保たれていました。

現在では、日本円などの法定通貨は、中央銀行が紙幣を印刷することでお金を新規に発行することが可能です。金(ゴールド)の価値に依存せず、国への信用や信頼によってお金の価値を担保しています。

中央銀行の仕組みについては下記のリンクで解説しています。ビットコインの革新性は、既存の通貨の仕組みを理解している方がより鮮明に理解することができます。

10分で分かる中央銀行の仕組み。中央銀行と紙幣の歴史

ビットコインは、中央機関の信用に依存しない新たなデジタル通貨として誕生しました。マイニングという電力を消費する採掘競争を行うことで、価値を担保する、いわば金(ゴールド)と同じような発行手法によって価値を担保しています。

マイニングの仕組み(プルーフオブワーク:PoWの仕組み)

ビットコインのマイニングは、取引を承認するために行われます。

多くの取引(100-1000の取引)がまとめられたデータの塊を、1つのブロックとして、そのブロックを正しいと承認する際にマイニングが必要になります。

ちなみ新規ビットコイン取引リストの実況更新にて、新規の未承認取引を確認することができます。これはあくまで未承認取引で100~1000の取引が一つのブロックにまとめられて、マイニングと呼ばれる承認作業を行います。

ブロックを承認するには、1つ前のブロックが持つ暗証番号(ハッシュ値)を解読しなくてはなりません。この解読は、ランダムな文字列を総当たりするようなものなので、コンピューターのパワーを多く使って行われます。

1番最初に解くことができた人が、ブロック承認者となり報酬として現在だと「12.5BTC」受け取ることができます。

ちなみに承認されたブロックについては右記のサイトにて確認することができます。ブロックエクスプローラに承認済みのブロックが追加されていきます。また採掘したマイナーについても確認することができます。

重要な点は、発行された12.5BTCは、膨大な電力と、多くのコンピューターを使って、ようやく発行できるという点です。ゴールドと同じように、この労力・エネルギーこそが価値の裏付けとなっています。

【図解】誰でもわかるプルーフ・オブ・ワーク(proof of work)の仕組み

なぜ改竄が難しいのか?

ここまで理解できたとしても、なぜ改竄が難しいのかまでははっきりと理解できないかもしれません。

ここまでをおさらいすると下記の通りの手順でブロックが承認されます。

  1. 100~1000個の取引が一つのブロックにまとめられる
  2. 承認済みのブロックに新規のブロックを追加するために、マイナーはコンピューターで膨大な計算を行う
  3. 膨大な計算を経て最初に暗号を解いた人が、「ブロックの承認者」となり12.5BTCの報酬を受け取る

 

しかしここで重要な点は、「マイナーが解くべき暗号」の生成方法です。生成方法は下記の通りです。

ハッシュ関数 (直前ブロックのハッシュ値A, 新ブロックに含まれる取引記録の指紋B, nonce値)

→「新規ブロックのハッシュ値(※マイナーが解くべき暗号)」

ハッシュ関数とはSHA256と呼ばれる方法で生成されます。SHA256ハッシュ生成ツールで「入力」に適当な数値を入れてハッシュ生成を押すとハッシュ値を出力することができます。

ハッシュ値は「マイナーが解くべき暗号」だと思ってください。ここでのポイントは新しいブロックの暗号を生成するために、「直前のブロックのハッシュ値」「新ブロックに含まれる取引記録」「nonce値」が含まれていると言うことです。nonce値は直前のブロックの正解の文字列です。

つまり、過去のブロックを改ざんしようとすると、ハッシュ値(マイナーが解くべき暗号)も変化するため、再びそれ以降の暗号を全て解き直す必要があります。

ここら辺の仕組みについてより詳しく知りたい方は、下記リンクで詳しく解説しています。

【図解】誰でもわかるプルーフ・オブ・ワーク(proof of work)の仕組み

膨大な電気代が必要となりますから、マイナーは改ざんするために膨大な計算力を使うよりも、新規のマイニングで報酬を得た方が圧倒的に収益が良いのです。

つまり、取引記録を改ざんしようとするインセンティブが働かない仕組みとなっています。ちなみに過去一度も取引記録に悪意のある改竄があったことはありません。

ハッシュパワー とは?

「マイニングプール」の画像検索結果

マイナーのコンピューターは膨大

ハッシュパワー とは簡単に言うと採掘力です。
つまり、ビットコインのマイニングに使用しているコンピューターのパワーがハッシュパワー となります。

このハッシュパワーが高いと、暗証番号を早く解ける確率が上がり報酬を得やすくなります。上の写真は、マイニングを行う企業のコンピューターです。膨大な数のコンピューターで計算を行なっていることがわかります。

これほど苦労して採掘したビットコインだからこそ、仮想通貨の王者として価値を維持しているのです。

マイニングプールによる競争

ビットコインのマイニングは個人のコンピューターでは到底できません。

発行量のほぼすべて、マイニングプールによって行われています。
マイニングプールとは、マイニングを専門に行う企業や、集団によって採掘されているということです。

BLOCKCHAIN.com

BTC.comが16.3%、AntPoolが14.9%のハッシュパワー(ハッシュレート)を担っています。マイニングプール同士で25BTCの報酬を巡って絶えず採掘競争が行われています。

ハッシュパワーがセキュリティに直結する

ビットコインのハッシュパワーは他の通貨を圧倒しています。

このハッシュパワーが高ければ高いほど、改竄などのリスクを防ぐことができます。ハッシュパワーが高いとは、つまり多くのマイナーが取引を監視していることになるからです。

マイニング専用機の開発

「asic boost」の画像検索結果

ハッシュパワーを争い、コンピューターの進化が止まりません。マイニングの専用のマシン「ASIC BOOST(上の写真)」が開発されて採掘技術は上がってきています。

そこで問題となるのは採掘コストの減少です。採掘コストが通貨の価格の裏付けになるので、ビットコイン価格に大きな影響を及ぼします。

マイナーにとっても、安いコストで採掘できるのであれば、安い価格であってもBTCを売却して利益を得ることができます。ビットコインはそのような価値の減少を防ぐ半減期という仕組みが採用されています。

半減期による採掘量の減少

ビットコインは4年の半減期ごとに、マイニング報酬が半分になります。ビットコインの発行開始時の2008年は、報酬は50BTCでしたが、2012年に25BTCとなり、2016年に12.5BTCとなりました。次の半減期は2020年となります。

ビットコインは、半減期を繰り返し新規の発行が徐々に減っていきます。そして、2100万BTCて上限となり、それ以上発行されないと決まっています。

コンピューターの性能進化は、指数関数的に進むというムーアの法則が一般的です。その性能進化と歩調を合わせて、報酬が半減します。

技術進歩により、採掘コストが仮に1/2になったとしても、新規発行されるビットコインが1/2になっているので、価値が担保されるのです。すごい仕組みですね。

まとめ

ビットコインは、発行数量が2100万BTC と決まっています。また発行には膨大なエネルギーがかかります。
一方で、法定通貨の日本円は、中央銀行が紙を印刷するだけで無限に発行することができます。またエネルギーもかかりません。

どちらがあなたにとって真の価値があるものなのか、ビットコインは問いかけているような気がします。

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