ビットコイン(bitcoin)のマイニングとは何か?意味と仕組みを図解で分かりやすく解説!

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ビットコインとよく一緒に出てくる単語に「ブロックチェーン」と「マイニング」があります。

どちらも、とっつきにくい用語ではありますが、ビットコインを語るには絶対に知っていなければならない用語ですので、スムーズに説明できるようになっておきましょう。

ブロックチェーンについては別の記事で紹介していますので、今回はマイニングについて解説していきます。

図解なども交えながら、分かりやすく説明していますので、諦めずにしっかり読んでみて下さい。


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ビットコイン(bitcoin)のマイニングとは何か?

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そもそもマイニングとは何なのでしょうか?

マイニングを日本語訳すると「採掘」になります。

採掘と聞くと、地中に埋まっている鉱石や石油などを掘り出すことを連想すると思います。

鉱石であれば、まだ世の中に出回っておらず 地中奥深くに眠っている鉱石を採掘することにより、初めて世の中に宝石などとして使用されるようになります。

ビットコインも同じで、まだ発行されていないビットコインをマイニング(採掘)することにより、初めて世の中に暗号通貨として使用されるようになるのです。

勿論、ビットコインは電子通貨ですので、鉱物のように地中に埋まっているわけではありません。

ビットコインのマイニングは、インターネットに接続されているパソコン(スーパーコンピューター)で行われます。

発行枚数(埋蔵量)は決まっている

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法定通貨は、日本銀行が流通させようとすればどんどん発行することができますが、ビットコインは既に2100万枚と発行枚数が決められています。

そして、2141年に全てが発行され尽くすことも決まっています。

2017年1月時点で1600万枚以上が発行されているのですが、この未発行のビットコインを発行するための作業がマイニングです。

実際には、日本銀行は無限に紙幣を発行・流通させることができるのではなく、国債の上限までしか発行・流通させることは出来ません。

しかし、前述したビットコインのように発行枚数が決められているということはありません。

マイナーによる採掘 = 報酬である

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ブロックチェーンは、一定時間溜められた取引がマイナーによって承認され、ブロックチェーンの最後尾に連結される仕組みです。

参考:【図解】ブロックチェーンとは何かをわかりやすく解説。株式市場でも関連銘柄(本命)は大注目!

この時、承認してブロックチェーンの最後尾に連結したマイナーは、承認作業の功績として、決められた量の未発行だったビットコインを報酬として手に入れることができます。

このマイナーが取引を承認して、ブロックチェーンへ連結し報酬を得る行為をまとめてマイニングと呼んでいます。

報酬は全てのマイナーが貰えるわけではない

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ビットコインの取引ブロックは10分間に1つ作られます。

その10分間に1つ作られたブロックに対して、報酬を得ようと世界中のマイナーが承認作業を行おうとします。

この時、一番早く承認作業を終えたマイナーだけがブロックチェーンに取引ブロックを連結し、報酬を得ることができます。
※周りからの確認も入るため不正はできません。

つまり、世界中のマイナーが10分間に1度 承認レースを行っていることになります。


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プルーフオブワークシステムを導入している意味を解説!

ビットコインのマイニングには、プルーフ・オブ・ワーク(PoW)という仕組みを導入しています。

このプルーフ・オブ・ワークとは、時間とコストをかけた人に発言権を与えるという考え方です。

承認にはパズルの解明が必要

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ビットコインのマイニングでは、一番に承認したマイナーが報酬を受け取れる仕組みでしたね。

もう少し詳細に説明すると、マイナーが承認を行うためには、ある難解な数学のパズルを解く必要があります。

つまり、一番に承認したマイナーという認識よりも、一番に難解なパズルを解いたマイナーが報酬を受け取れるという認識の方が合っているかもしれません。

さて、この難解なパズルについては、後ほど説明しますが、このパズルを解くためにはかなりハイスペックなPC(スーパーコンピュータ)が複数台 必要です。

つまり、プルーフ・オブ・ワークの考え方に合わせると「このパズルを一番早く解いた = 時間とコストをかけた」人に「報酬を得るための承認作業を行う権利 = 発言権」を与えるということです。

まだビットコインが世の中に浸透していなかった頃は、取引量もマイナーの数(ライバル)も少なかったため、個人のパソコンで報酬を得ることも可能でしたが、現在では、企業も進出し取引量も膨大になったため、個人では、まず報酬を得るのは無理な状況になっています。

それでも、個人でマイニングへ参加したいという人は、「個人から小さな資金を集めてマイニングを行い、報酬を山分けしよう」というマイナーも存在しますので、探してみるとよいでしょう。

不正取引の防止に貢献

 
なぜこのプルーフ・オブ・ワークという仕組みが必要なのでしょうか?

まずはじめに、このプルーフ・オブ・ワークという仕組みがない場合を考えてみます。

例えば、あなたは店舗で、商品をビットコインで購入したとしましょう。

この時点で、あなたは「商品を手に入れ、ビットコインを支払う」という店舗との売買は成立しています。

しかし、あなたは支払ったビットコインを取り返そうと、承認される前の取引情報のブロックから「ショップへ支払ったビットコインの取引」だけ削除しました。

ブロックチェーンは、取引履歴の集合体ですので、この取引履歴さえ削除すれば、あなたのビットコインは何処へも送金されていないことになり、あなたの残金として残ることになります。

つまり、改ざんを行い、ビットコインを支払っていないにも関わらず、商品を手に入れたわけです。

その不正に作成した取引情報のブロックをあなた自身で一番に承認してしまえば、ブロックチェーンの最後尾に連結することができます。

ブロックチェーンに連結された取引情報は、いかなる状況であれ修正や削除を行うことができないため、この不正取引も有効となってしまいます。

結果、不正取引が成功してしまいます。

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次に、プルーフ・オブ・ワークという仕組みがある場合を考えてみます。

先ほどと同じように、あなたが不正に取引情報を改ざんしたとしましょう。

その不正に作成した取引情報をあなた自身で承認するためには、難解なパズルを世界の誰よりも早く解く必要があります。

まずこの時点で、あなた自身が世界で戦えるだけのマイナーでなければ、不正取引の情報を成立させることができません。

さらに、ブロックは10分おきに作られますので、ブロックチェーンの最後尾のブロックも10分おきに置き換わります。

ブロックは、連結されるべき1つ前のブロックの情報も一部 情報として持っているため、10分以上前から、前もって不正な情報を含むブロックを作っておくことはできません。

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つまり、あなたが不正な取引情報を成立させようとするためには、10分間に「難解なパズルを世界で1番に解く」 + 「不正な情報ブロックを作る」という作業が必要になります。

これは、現実的に考えて不可能なのです。

このようにして、プルーフ・オブ・ワークという仕組みによって、不正取引が防止されています。

「ブロックチェーンに連結された取引情報は、いかなる状況であれ修正や削除を行うことができない。」と説明しましたが、異例中の異例として、過去のある時点からブロックチェーンが枝分かれすることがあります。
※これは、ハードフォークと言われ、暗号通貨業界では禁じ手とされている行為です。

2017年にはビットコインもこのハードフォークで「ビットコイン」と「ビットコインキャッシュ」に分かれました。

また、ハードフォークによって分裂した事例として「イーサリアム」と「イーサリアムクラシック」も有名です。

マイニングの詳細な仕組みを図解で分かりやすく解説

マイナーが承認するために解こうとしているパズルとは一体何なのでしょうか?

このパズルは、一言でいうと「数式のない数学の問題」と表現できます。

数式がないため、方程式で一気に計算することが出来ず、1つ1つ地道に計算して答えを見つけ出さなければならないのです。

「3 × a + 5 = 20」という式のaを求める問題があったとして、方程式を知らない小学生は「a」に「1」を当てはめたら「8」だから違う…「a」に「2」を当てはめたら「11」だから違う…と全ての可能性を計算して答えを見つけだそうとしますよね。

実際はこんなに単純ではありませんが、これと同じような感じです。

ハッシュ関数とハッシュ値

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まず、パズルの仕組みを把握するためには、ハッシュ関数とハッシュ値を理解する必要があります。

ハッシュ関数とは、あるデータを与えると必ず決められた桁数のハッシュ値と呼ばれる文字列に置き換える関数のことです。

このハッシュ関数では、データの一部が変わると全く異なるハッシュ値が生成します。

また、ハッシュ値から元のデータへ戻すことはできない仕組みになっています。

パズルの解き方

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マイニングで与えられるパズルは以下の問題です。

「連結する直前のブロック + 連結(承認)するブロック + ノンス値」をハッシュ関数にかけ、出力された64桁のハッシュ値の頭16桁が、全て「0」になるノンス値を求めなさい。

尚、ブロックチェーンのブロックは、全て64桁のハッシュ値に暗号化されているものとします。

データが異なればハッシュ値も全く別のものになってしまうため、過去に行ったマイニングは参考になりません。

さらに、ハッシュ値からは元のデータを推測することができないため、方程式のような計算式を導き出すことも出来ません。

つまり、求めたハッシュ値の頭16桁が、運よく全て「0」になるまで、ノンス値をひたすら変えながら計算するしか解を求める方法がないのです。

実際、10分間に「10の20乗」以上という途方もない回数を計算して、やっと解が見つけることができます。

ビットコインの発行の裏側には、このようなマイニングが行われており、マイニングによってビットコインの運用が行われているのです。


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