マイニングとは取引などのデータを検証・承認し、そのデータをブロックチェーンに保存する作業を指します。そして、そういった作業を行ってくれた人（組織）に暗号資産がマイニング報酬として支払われます。また、作業を行ってくれた人はマイナーと呼ばれています。
ビットコインのように中央集権的な管理者が存在しない場合、ネットワークの参加者同士で取引を検証し、その上で承認を行っているわけです。
マイニングはナンス値をハッシュ関数という複雑な数式に代入して計算して答えを算出します。この答えをハッシュ値と言いますが、このハッシュ値が一定の条件を満たした場合に新しいブロックがブロックチェーンに追加されます。この正しいハッシュ値を導くためのナンス値を最初に発見した人にのみマイニング報酬が支払われる仕組みになっています。
この計算の仕組みを覚える必要はありませんが、ナンス値を発見するには膨大な計算が必要であり、高性能なPCが必要となります。それに伴う設備投資や電気代などもかかるため、現状では個人でマイニングを行うことは難しくなっています。ポイントを整理すると下記の通りとなります。
マイニングの主要な機能＆要素
- 新しいトランザクションの検証
マイニングは、ユーザーが仮想通貨を送受信するトランザクションをブロックチェーンに追加するプロセスです。ネットワーク上に新しいトランザクションが行われると、マイナーはそれらのトランザクションを検証し、ブロックと呼ばれる新しいデータセットにまとめます。 - 競争的なプロセス
マイニングは通常、競争的なプロセスです。各マイナーは、新しいブロックを最初に完成させ、ネットワークに追加するために問題を解決する必要があります。この問題は、Proof of Work（PoW）と呼ばれるアルゴリズムを使用して解かれ、一般的に高い計算能力を必要とします。 - 報酬
マイナーは、新しいブロックを正常に追加した際に、報酬として仮想通貨を受け取ります。ビットコインなどの一部の仮想通貨では、新しいブロックを追加するたびに一定量の仮想通貨が新しく生成されます。この報酬は、マイナーの労力とリソースを報いるためのものです。 - ネットワークのセキュリティ
マイニングは、ブロックチェーンネットワークのセキュリティを確保するために重要です。マイナーは、不正なトランザクションをブロックしながら、正当なトランザクションを確認し、ネットワーク全体の信頼性を維持します。 - 難易度調整
マイニングは、ハッシュレート（計算能力）に対する難易度調整を伴うことがあります。ネットワーク全体のマイニング活動が活発である場合、難易度は上昇し、逆にマイニング活動が緩やかである場合、難易度は低下します。これにより、ブロック生成のペースが一定に保たれます。
暗号資産のマイニングは、ブロックチェーンネットワークの運用を支え、新しい仮想通貨を発行するための重要なプロセスです。一部の仮想通貨では、特定の条件を満たすためにマイナーによる競争的なプロセスが必要であり、これによりネットワークのセキュリティが向上し、新しいトランザクションが迅速に処理されます。
マイニングにおける「新しいトランザクションの検証」とは
暗号資産のマイニングにおける「新しいトランザクションの検証」とは、ブロックチェーンに新しいトランザクションが送信された際に、ネットワーク上のマイナーがそのトランザクションが妥当であるかどうかを確認するプロセスを指します。この検証プロセスは、ブロックにトランザクションを含める前に行われ、ネットワーク全体において取引の正当性を確認します。具体的な検証プロセスは以下の通りです。
- 署名の検証
トランザクションには署名が含まれており、送信元がそのトランザクションを生成したことを証明しています。マイナーは公開鍵暗号学の原理に基づいてこの署名を検証し、トランザクションが有効なものであるか確認します。 - 入力の検証
トランザクションの入力として指定された資産（例: ビットコイン）が、過去のトランザクションから正当に取得されたものであることを確認します。資産が存在しないか、不正な手段で取得された場合、トランザクションは無効となります。 - スクリプトの実行
ビットコインなど一部の暗号資産では、スクリプト言語が使われています。マイナーはトランザクションに含まれるスクリプトを実行し、条件に適合するかどうかを確認します。 - 重複の検証
すでにネットワークに存在するトランザクションと重複していないかを確認します。重複が検出された場合、同じトランザクションが複数のブロックに含まれないようにします。 - トランザクションの形式の検証
トランザクションが正しい形式に従っているかを確認します。ブロックチェーンプロトコルによっては、特定のフォーマットに沿ったトランザクションであることが求められます。
これらの検証手順を通過したトランザクションは、マイナーによって新しいブロックに含まれ、ブロックチェーンに取り込まれます。マイニングにおけるトランザクションの検証は、ブロックチェーンネットワーク全体で取引の正当性を確認する重要なステップです。
マイニングにおける「競争的なプロセス」とは
マイニングにおける「競争的なプロセス」とは、ブロックチェーンネットワークにおいて新しいブロックを生成するために、参加者が競い合うプロセスを指します。この競争的なプロセスは、主にプルーフ・オブ・ワーク（PoW）と呼ばれる合意形成アルゴリズムに基づいています。
以下は、競争的なプロセスが具体的にどのように機能するかの基本的なステップです。
- 未確認のトランザクションのプール
ブロックチェーンネットワークには未確認のトランザクションが存在します。これらのトランザクションはまだ新しいブロックに取り込まれておらず、トランザクションプールと呼ばれる一時的なメモリ領域に格納されています。 - ブロックの候補生成
マイナー（ネットワーク参加者）は、未確認のトランザクションから新しいブロックを生成する役割を果たします。これは、未確認トランザクションを含む候補のブロックを作成することを意味します。 - ノードへのブロードキャスト
マイナーが作成したブロックは、ネットワーク内の他のノードに対してブロードキャスト（伝達）されます。これにより、他のノードが新しいブロックを知ることができます。 - プルーフ・オブ・ワークの実施
プルーフ・オブ・ワークでは、マイナーが特定の数値（ノンス）を見つけるために計算作業を行います。この計算は簡単に検証できるが、見つけるのは難しく、競争的なプロセスとなります。 - ノンスの発見とブロックのブロードキャスト
あるマイナーが要求された条件（プルーフ・オブ・ワーク）を満たすノンスを見つけた場合、そのマイナーは他のノードに対してその情報を伝えます。他のノードはそのノンスを検証し、ブロックが妥当であることを確認します。 - ブロックの採用と報酬
プルーフ・オブ・ワークを最初に成功させたマイナーの提案されたブロックが他のノードによって採用され、新しいブロックチェーンに組み込まれます。このマイナーは報酬として新しく発行される仮想通貨やトランザクション手数料を受け取ります。
競争的なプロセスにおいては、複数のマイナーが同時にブロックの生成を試みるため、先にプルーフ・オブ・ワークを成功させた者が勝者となります。この競争的な性質は、ネットワークのセキュリティを向上させ、新しいブロックの追加を非常に難しくすることで、不正な操作を防ぐ役割を果たします。
マイニングの「報酬」とは
暗号資産取引におけるマイニングの「報酬」は、新しいブロックをブロックチェーンに追加する作業を行ったマイナーに与えられる報酬のことを指します。この報酬は通常、次の二つの主要な形態で提供されます。
- ブロック報酬
マイナーが新しいブロックを生成し、それがブロックチェーンに正常に追加されると、そのマイナーには新しく発行された仮想通貨が報酬として支払われます。この仮想通貨の発行は通常、プロトコルによって規定され、新しいブロックが追加されるごとに発生します。仮想通貨の発行は通常、ブロックの高さ（ブロックチェーン上の位置）に応じて減少していく仕組みがあります。 - トランザクション手数料
ユーザーがトランザクションを行う際に支払う手数料も、マイナーにとっての報酬の一部となります。マイナーはトランザクションをブロックに含める際に、そのトランザクション手数料を受け取ります。トランザクション手数料は、ユーザーが取引を優先的に処理するために提供する場合があり、その分報酬が高くなります。
これらの報酬は、マイナーがブロックを生成し、ネットワークに新しいトランザクションを確定させることによって得られます。報酬は、マイナーにとってブロックの生成やネットワークのセキュリティを維持するためのインセンティブとなります。報酬の仕組みはブロックチェーンプロトコルによって異なり、例えばビットコインではこれらの報酬がプルーフ・オブ・ワークのマイニングによって得られます。
マイニングにおける「ネットワークのセキュリティ」とは
暗号資産取引において、マイニングにおける「ネットワークのセキュリティ」とは、主にプルーフ・オブ・ワーク（PoW）やその他の合意形成アルゴリズムを使用して新しいブロックを生成するプロセスを通じて、ブロックチェーンネットワーク全体の安全性と信頼性を維持することを指します。以下は、マイニングがネットワークのセキュリティにどのように寄与するかを示すいくつかのポイントです。
- 合意形成と不正防止
マイニングは、新しいトランザクションを含むブロックを追加する際にプルーフ・オブ・ワークなどの合意形成アルゴリズムを使用します。これにより、ネットワーク全体で一致した取引履歴が維持され、不正行為が防がれます。プルーフ・オブ・ワークにおいては、ノードが計算作業を行いながら新しいブロックを追加するため、攻撃者がネットワークを支配することが難しくなります。 - 51%攻撃の防止
プルーフ・オブ・ワークにおいては、ネットワークを攻撃するためには過半数以上のハッシュパワーが必要です。このため、ハッシュパワーの分散が確保されている場合、攻撃者がネットワークを支配することが難しくなります。これを51%攻撃と呼び、マイニングによってこれを防ぐことが重要です。 - ブロックの順序付け
マイニングは新しいブロックを生成するプロセスであり、これによってトランザクションがブロックチェーン上での正確な順序で処理されます。この順序付けは重要で、二重支払いなどの不正行為を防ぐ助けになります。 - 分散型ネットワークの維持
マイニングは通常、分散型のネットワーク構造を維持するための仕組みとして機能します。多くの異なるマイナーが競争して新しいブロックを生成するため、ネットワークは単一の中央権力によって支配されることなく運用されます。
これらの要素が組み合わさり、マイニングはブロックチェーンネットワークのセキュリティを高め、分散型の信頼性を提供します。ただし、エネルギー消費の問題なども議論の的となっており、新たな合意形成アルゴリズムや手法が模索されています。
マイニングにおける「難易度調整」とは
暗号資産取引において、マイニングにおける「難易度調整（Difficulty Adjustment）」は、ブロックを生成する難易度を調整するメカニズムを指します。この調整は、ネットワークのハッシュレートの変動に対応して、ブロック生成の平均的な時間を一定に保つために行われます。
以下は、難易度調整がどのように機能するかの基本的な流れです。
- ハッシュレートの変動
マイナーたちがネットワークに参加するか退出するかなど、ハッシュレートが変動すると、ブロックの生成が速くなるか遅くなる可能性があります。 - 調整期間の計測
一般的には、一定の期間（例: 2016ブロックごとにビットコインでは約2週間）ごとに、直前の期間内に生成されたブロックの合計時間が目標値を上回ったか、下回ったかを計測します。 - 目標値の調整
計測した期間内のブロック生成時間が目標値よりも短い場合、難易度は上がります。逆に、ブロック生成時間が目標値よりも長い場合、難易度は下がります。 - 新しい難易度の反映
調整が行われた後、新しい難易度がネットワークに反映され、次に生成されるブロックに対する難易度が変化します。
難易度の調整は、ブロック生成時間を一定に保つことによって、ブロックチェーンのスムーズな運用を支援します。このメカニズムは、ネットワークのハッシュレートが変動することによって引き起こされるブロック生成時間の変動を抑制し、ブロックの生成ペースが一定になるように調整されます。この仕組みにより、ブロックチェーンネットワークはより安定して、予測可能な速度でブロックが生成されるようになります。