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ビットコインのマイニングと課題

ビットコインは、当初から総発行量を2,100万枚と定めており、「マイニング」という新規通貨発行作業により、順次発行量が2,100万枚に近づく仕組みだ。
ビットコインを新規に発行して発行量を増加させている「マイニング」は、ビットコインの価格変動だけではなく、ブロックチェーンのセキュリティ保証、利用速度やセキュリティにも密接に関連する重要な仕組みとなっている。
ここでは、マイニングの仕組みに加え、多額な費用も要するビットコインマイニングの影響と課題についても考えてみたい。

マイニングとは何か

日本語で「採掘」と言う意味の「マイニング(mining)」は、「採掘・採鉱」の意味の通り、新規に通貨を発掘して既存の通貨量に付け加える作業だが、マイニングにはもう一つの重要な作業がある。
未発見の仮想通貨を掘り出すイメージから金鉱山の発掘をイメージしたマイニングの命名がされたため、マイニングは通貨を作るためだけの作業だと考えられることも多いが、それは誤解だ。

多くの仮想通貨では、マイニングで売買取引等の記録作業を行うことが取引台帳であるブロックチェーンの維持に必須であり、その作業報酬として新規発行の仮想通貨を得る仕組みとなっている。
ブロックチェーンにおける新規取引記録用のブロックの作成と、作成されたブロックチェーンの正しさを、全世界のマイナーが確認・承認する行為は、ブロックチェーンに記録された全取引記録の真正さと継続性を保証するために重要な作業だ。

ビットコインでは、P2Pの取引は電子署名システムを利用した公開鍵により、改ざんや不正取引の防止の仕組みとし、また取引内容(トランザクション)にも電子署名を付加してネットワーク上に公開し、所有者による二重払い抑止システムとしている。
このネットワーク上のトランザクションが正当と認められるための作業として、POW(プルーフオブワーク→仕事の証明)という「パズル解明」作業が世界中のノード(ネットワークの参加者。そのほとんどがマイナー)で行われている。

この暗号パズルを解き明かすことが、マイニング作業すなわちビットコインブロックの新規作成にもつながるので、多くのマイナー達が競争でパズル解明をして新規ブロックを作ろうとしている。
具体的な手続きは、以下の様なものだ。
まず、ブロックチェーン上の取引前のブロックハッシュ値と取引ごとにその履歴(通常は10分間の全取引データ)に追加される該当ブロックに「ナンス(ノンス)」という二重のハッシュ関数が付加される。


(画像参照元:moblock.jp

取引承認作業には、このハッシュ値を計算して、ビットコインのプログラムにより決められた数の「0」が並ぶ「ナンス(Nonce)」を見つけ出す必要があり、必要な0の並ぶナンスを見つけ出したマイナーが新規ノード(ブロック)を作成する権利を獲得する。
ナンス(=0)数は16個程度のゼロに設定してマイニングの困難性を決め、所要時間10分程度で世界中の新規マイング中のノード(マイナー)のどこかで、ナンスを探しだせるように調整されている。【※1】

そして、発見した新規ノードから流されたデータ(トランザクションとナンスを含む)が他の各ノードによって正しいと確認(ハッシュ値計算だけ)されて、正当なブロックと認められると、タイムスタンプ後に直前のブロックの後ろに接続され、新たなブロックのチェーン(鎖)が伸びることになる。(なお、各ノードのナンス確認作業のハッシュ値計算作業は、計算結果の検証なので計算量は発見者の作業量に比べると少なく、即座に終了できる)

【※1】ナンスを探し出す計算量は、ハッシュレートと呼ばれ、ビットコインの価格上昇と普及により増加している。2017年には3年前の800倍程度の800万TH(テラハッシュ)/Sに増加している。マインニング成功に必要な時間(計算量)に応じてプログラムは、必要な難易度のゼロ個数となる様に[difficulty]と呼ばれる作業難易度を、2週間に一回の頻度で自動的に調整している。(ビットコインキャッシュ【BCH】は10分毎に再計算)

マイニングで増大する通貨量

ビットコインは、当初設計時から発行上限枚数が組み込まれている。
前述の通り、2,100万BTCが総発行数だが、マイニングによって新規ビットコインが新規作成される速度と、おおよその半減期(未発行残高が5割になる時点)も予定通りに進むように、決められている。

現在、BTCの発行残高として、約1,320万枚がすでに発掘(発行済)されており、発行量が増加するにつれ、ブロックチェーンの規模も大きくなるため、マイニングの難度も高くなり、新規発行量は次第に減少傾向にある。(日本円の総発行量約500兆円【マネタリーベース】に比べると、ビットコインの現在価格を約18兆円とした場合、日本円の4%未満の通貨量が既発行量)

当初は、ビットコインの最終発行時期を2040年頃と想定し、総発行量が2,100万BTCに達した場合に、マイニング報酬をゼロにすることで、新規BTCの発行を止める仕組みとなっていた。
ビットコインの発行ペースは、2017年に総量の87.5%まで達しており、現段階では、2033年頃に発行上限枚数の約99%のビットコインが発行される見込みだ。

ビットコイン発行の規則による、4年毎に発行量が半減する過程は、(1/2)^nという指数関数の計算上の動きとなる。
当初の一回当たり発行枚数(量・速度)に比べると、今後はビットコイン発行量(発行スピード)が極度に減少し、今後、次第に限りなくゼロに近づくことになる。

ただ、実質的には、現状の半減期計算を適用した場合、2033年頃に上限枚数に近くなるが、それ以降は、発行総量上限(極限)に接近しても、半減の仕組みをとる限り、年毎の枚数が、総発行量に比べて極端に微小となり続け、最終発行単位まで到達して、実際に2100万枚に到達する時期は、計算上は100年以上先のことと考えられている。

既に出回っている発行量のみが流通量となった場合(実質的には2033年頃)、取引参加者の増加により、利用可能な通貨量がひっ迫することによって、ビットコインの価値が極端に上昇し続ける可能性もある。
しかし、現実的には、価格上昇には、取引単位(現状の最小単位【1satoshi】は1BTCの1憶分の一)を細分化する等のソフトフォークによる仕様変更を行えば、取引量の増大に実質的に対応できるのではないかと考えられている。

また、現在マイナーが担っている取引承認の仕組みについて、計算量(作業量)に見合う手数料を確保できるかどうかの問題もあるが、発行上限接近時期には、マイナーによる取引承認手数料の改定(値上げ)で対応する予定だ。
この通貨発行総量を制限すると言う考えは、過去の兌換通貨と金埋蔵量の限界を意識したものと言われ、既存通貨に起きる異常なインフレ(通貨価値減少)を招かないように、発行限度量を設定しビットコインのインフレ(価値減少)を阻止する考えが根底にある。

ビットコインのマイニングコスト

ビットコインのマイニングを行う「マイナー」は、前述した様に、ビットコインをつなぐブロックチェーンすべての取引(トランザクション)を監視し、取引の正当性を確認している。
その作業はすべてコンピュータで自動化された作業だが、およそ10分に一回と言われるマイニング作業と新規ブロックの作成の度に、終日繰り返されている。

そして、ビットコイン全体の計算必要量は、毎秒1,000万テラハッシュというレートに達しており、電力料金の安価な中国等の大手マイナーでも一日に4億円近い計算維持コストが必要になっている。
このため、ビットコインの取引価格がマイニング報酬と手数料の合計以下になれば、新規ビットコインの供給は(発行上限内であっても)止まってしまう可能性がある。(現状では、大手マイナーの発行量は1回当り10億円を越えている)

さらに、世界全体で最大のマイニングシェアを持つ中国国内のマイナー企業については、政府の仮想通貨規制が次第に厳しくなった。(以前は電力使用抑制や法規の厳格適用程度の規制だったが、一部のマイニング工場に対し直接的な閉鎖措置規制も始まった)
そのため、中国のマイナー企業に海外移転の動きが始まっており、TV報道(「WBS」2月28日放送)によれば、電力コストが安価なカナダや移転が比較的容易な東南アジア以外の国に移転する動きがある。

ASIC機器(マイニング専用コンピュータ)等で大きなシェアを持つ「pandaminer」等は、コンピュータ冷房コストが安いロシアへの移転や、資本投下によるロシア国内でのマイニング企業設立の動きがある。(ロシアのマイナー企業「ロシアンマイナーコイン」には世界最大級の8千台のASIC設置計画もあり、日本資本も参加見込み)

だが、巨額な資本投下が必要となったビットコインマイニングは必然的にマイニング企業の継続的な収益確保が要請され、マイナーに支払われる手数料水準の高騰を招き、ビットコイン運営に対する発言力の増大傾向も顕著になりつつある。(マイナー、大手取引所が運営の中心になる)

こうした現状について、ビットコインの開発者グループには、当初の形(個人パソコンでもマイニング可能)に戻し、ビットコインの中央集権化を防止しようと言う意見も多い。

マイニング作業等にかかるビットコインの課題

ビットコインを支えるブロックチェーンの技術は、過去に例を見ない画期的なもので、今後も金融システムやフィンテック関連に限らず、現代社会の様々な局面で利用される可能性を持っている。

しかし、ビットコイン誕生後に組み込まれているブロックチェーン技術には、その急激な利用拡大もあって、セキュリティ確保や容量や取引速度等に多くの課題が指摘されている。
結果として、ビットコインにはハードフォーク等による抜本的な改良や、新たな仮想通貨発行等の動きが多数平行して進んでおり、現状のビットコインのマイニング方式が今後も変更なく継続していけるかどうかについては、意見が分かれている。
こうした課題について、今後の進展が仮想通貨全体の問題としても注目されるだろう。

このコラムの執筆者

和気 厚至
和気 厚至

慶應義塾大学卒業後、損害共済・民間損保で長年勤務し、資金運用担当者や決済責任者等で10年以上数百億円に及ぶ法人資産の単独資金運用(最終決裁)等を行っていた。現在は、ゲームシナリオ作成や、生命科学研究、バンド活動、天体観測、登山等の趣味を行いつつ、マーケットや経済情報をタイムリーに取り入れた株式・為替・債券・仮想通貨等での資産運用を行い、日々実益を出している。


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