仮想通貨に欠かせないマイニングとは?仕組みや意味を徹底解説!

ビットコインや仮想通貨についてある程度調べていると「マイニング」という用語が頻繁に出てきます。

簡単に解説すると、マイニングとは膨大な計算を経て新しい仮想通貨を手に入れる行為のことです。
そして、実はマイニングが行われないと仮想通貨という仕組み自体が成り立ちません。

いったいどういうことでしょうか?

この記事では、ビットコインに欠かせない仕組みである「マイニング」とマイニングを行う主体である「マイナー」に関する、以下の事柄を分かりやすく解説しています。

  • マイニングとマイナーとは?
  • マイニングの仕組み
  • マイニングの役割

この記事を読み終える頃には、マイニングについて友人や会社の同僚に説明できるようになっているでしょう。
また、仮想通貨やブロックチェーンに対する理解も一段と深まるはずです。

5分でサクッと読めるので、マイニングの役割や仕組みについて知りたい方はぜひ読んでみてください。

なお、今回は代表的な仮想通貨であるビットコインのケースを取り上げて解説しています。
※この記事はブロックチェーンの基本を理解している方向けに書かれています。例えば、「ブロックが何なのか分からない!」という方は、以下の記事を先に読んでみてください。

▼5分でわかるブロックチェーン入門!応用例や仕組みを解説【初心者向け】

マイニングがあるからこそビットコインは成り立っている【仕組み解説】

マイニングとは、膨大な計算を経て新しいブロックを生成し、その報酬として仮想通貨を獲得するまでの一連の行為のことです。

仮想通貨の代表格であるビットコインの場合、平均して約10分に1回の頻度でマイニングが成功し、ブロックが生成される設定になっています。

そして、ブロックを生成する主体(ノード)が「マイナー」です。
実はマイナーたちはネットワーク上に多数存在しており、激しい計算競争を繰り広げながら、ある条件を満たした「ナンス」(nonce)という特別な数値を探しています。
ナンスの発見こそが、この計算競争の勝利条件であり、勝利した唯一のマイナーだけが新しいブロックを生成して、マイニング報酬を獲得できるのです。

ビットコインでは、このマイニング競争が平均約10分ごとに繰り返されています。
なお、高い計算能力を持っているマイナーほど、ナンスを発見できる確率は高くなりますが、確率的にはほぼ運次第だと言っても過言ではありません。
ナンスを発見できる確率は、広大な草原のなかにひとつだけ存在する四つ葉のクローバーを探すようなものなのです。

マイニングの役割は「仮想通貨の新規発行」と「リーダーの選定」

さて、どうして面倒な計算をしなければならないのでしょうか?

ここでは、マイニングの簡単な仕組みを解説することで、その役割を解説していきます。

マイニングの主な役割は以下の2つです。

  • 仮想通貨の新規発行
  • ブロックを生成するマイナーの選定

まず、マイニング競争に勝利したマイナーは、マイニング報酬として仮想通貨を獲得できますが、これは通貨の新規発行という役割を担っています。

ビットコインの場合、2018年12月17日現在の報酬額は12.5BTCです。

そして、マイニングという計算競争のプロセスを踏むことで、ブロックを生成するマイナーをある程度フェアに選定できる点が、もうひとつの役割だと考えられます。

マイニング競争の勝利条件は大量の計算を行わないと発見できない「ナンス」を見つけることですが、このルールによって、全員が承認すべきトランザクション群(=ブロック)を決めるリーダーが選出されるのです。

そして、ブロック内に不正なデータが無い限り、ネットワークを構成するノードはリーダーが生成したブロックを承認しなければなりません。

一見すると面倒な仕組みが採用されているのは、仮想通貨が管理者のいない分散型のネットワーク上で動いていおり、正しい取引台帳を提示する権力を持ったノードが存在しないからだと言えるでしょう。

ただし、ブロックを生成できるマイナーは毎回変わりますし、もしブロック内に不正なデータが存在していた場合、他のマイナーやノードは新しいブロックを拒否してマイニングがやり直されます。

また、マイニングの計算結果は、実際に計算を行った証明という意味で「Proof of Work」(プルーフオブワーク)と呼ばれています。
Proof of Workは、全員が取引に合意する手段であるため、コンセンサスアルゴリズム(合意のための計算法)と表現されることも多いです。

マイニングではどのくらい多くの計算量が費やされているのか?

さて、これまで解説してきた様に、マイニングを行う過程では膨大な計算が行われています。
マイナーが計算競争を行うときの計算能力のことを「ハッシュレート」(単位はHash/s)といいますが、いったいどのくらいのハッシュレートが費やされているのか見てみましょう。

ハッシュレートは仮想通貨によって異なりますが、2018年12月17日現在もっとも高いハッシュレートを記録しているのはビットコインです。
以下のグラフは、2017年1月〜2018年12月におけるビットコインのハッシュレートの推移を示しています。

2018年秋までハッシュレートは上がり続けていた(期間:2017年1月〜2018年12月)
出典:https://www.blockchain.com/ja/charts/hash-rate?timespan=2years

2018年12月15日現在、グラフによるとビットコインのハッシュレートは、約42EHash/s(エクサ・ハッシュ毎秒)です。

1エクサ=100京なので、ビットコインネットワーク全体では、毎秒4,200京回ていどのハッシュ計算が行われていることになります。

想像していたよりも大きな数字だったのではないでしょうか?

そして、このハッシュレートの大きさは仮想通貨をより安全なものにしています。というのも、ブロックチェーンに記録されたデータを変更するには、当該トランザクション(データ)が取り込まれたブロックまで遡ってマイニングをやり直す必要があり、ネットワーク全体の51%以上のハッシュレートを握る必要があるからです。

なお、マイニングには「ASIC」(特定用途向け集積回路)という、マイニングに特化したコンピュータが使用されています。

マイニングに使われるASIC(特定用途向け集積回路)の一例
出典:https://shop.bitmain.com/product/detail?pid=00020181210184613385gc3S2eKL0674

一般的なパソコンに組み込まれているCPUやGPUでもマイニング可能な仮想通貨も存在しますが、ハッシュレートの大きな仮想通貨の場合は、ASICマイニングが基本になっています。

また、マイニング競争の激化した現在では、複数のマイナーたちが協力してマイニングを行い、提供したハッシュレートに応じて報酬を分配する「マイニングプール」という仕組みが主流です。

ASICが仮想通貨の分散性を低下させている?!

基本的にマイニングは誰でも参加できるオープンな仕組みです。
そして、参加者が増えてハッシュレートが上がるほど、外部からの攻撃を受けにくくなるので、仮想通貨のセキュリティは強固になります。

ところが、ASICのように高性能で高額なコンピュータが必要になるため、少数のマイニングプールによってハッシュレート分布が寡占状態になってしまい、ネットワークの分散性が損なわれるという現象が問題になっています。

例えば、ビットコインの場合、身元が分かっている上位プール4つの合計ハッシュレートがネットワーク全体の過半を占めているのです。

ビットコインのハッシュレート(2018年12月17日現在、24時間あたり)
出典:https://www.blockchain.com/ja/pools?timespan=24hours

ハッシュレートが寡占化しているといっても、マイニングプールが結託して不正を行うことは考えにくいですが、可能な限り分散されることが望ましいとされています。
また、マイニングプールの寡占化とは別に、マイニングには大量の電力が必要なため、地球環境に与える影響も懸念されています。

まとめ

この記事でも解説してきた様に、マイニングは分散型の仮想通貨ネットワークにおいて、「仮想通貨の新規発行」と「承認するブロックを決めるリーダーの選定」という役割を担っています。

ブロックチェーンはハッシュレートの過半数を握れば、過去に遡ってブロックを改ざん可能です。しかし、ビットコインなどのように膨大なハッシュレートに支えられている場合には、改ざんリスクはゼロに限りなく近いと言えます。

ゆえに、マイニングは仮想通貨のセキュリティを担う重要な仕組みなのです。
なお、ビットコインのように大量の計算が必要な仕組みは、エネルギー消費が激しいなどの問題があるため、現在では省エネルギーな他の仕組みも提案されています。

※この記事は2018年12月25日現在の情報を元に書かれています。

 

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