ビットコインの採掘(マイニング)とは?その仕組みを徹底解説!

ビットコイン
採掘
2020-07-29 更新

暗号資産(仮想通貨)、特にビットコインを少しでも調べたことのある方であれば、採掘(マイニング)という言葉を1度は耳にしたことがあるのではないでしょうか。ビットコインが存在するためには、この採掘(マイニング)が欠かせません。マイニングは日本語で「採掘」と訳され、一般的には鉱物や石炭などを掘り出すことを意味します。ビットコインにおける採掘はコンピューター上で行われるものですが、なぜ「採掘」という言葉が採用されているのでしょうか。

そこで今回はビットコインの採掘(マイニング)の由来から、役割、仕組み、種類について解説していきます。この記事を読めば、ビットコインについて詳しく知らない人でも採掘を理解できるでしょう。そして、なぜ採掘がビットコイン存続のために欠かせないのか、さらには「採掘」という表現が使用される理由が分かるはずです。

採掘(マイニング)が担う2つの役割

採掘は「取引の正当性を証明する作業」

ビットコインのマイニングには大きく分けて2つの役割があります。その1つが「取引の承認」です。取引の承認作業を理解する上でまず知っておいてほしいのが、ブロックチェーン技術の仕組みです。

ビットコインは日本だけでなく世界各国で取引が行われています。ところがビットコインには日本円や米ドルの発行や管理を担う中央銀行と実際に個人レベルの細かなお金の管理業務を担う銀行が存在しません。

その代わり、ビットコインの発行や管理を行うために利用されているのがブロックチェーン技術です。ブロックチェーンの世界では、ビットコインの取引データを「トランザクション」と呼び、それらのトランザクションはまとめて1つのブロックを形成します。

そしてブロックには、いつ、誰が、どれだけ取引したかの情報が記録されます。そして、その取引記録が間違いのない正しい記録であることが承認される必要があります。

この取引記録の承認作業の手段、価値移転記録の信頼性確保の仕組みとして「プルーフ・オブ・ワーク」(Proof of Work、PoW)を採用しており、一般に採掘(マイニング)と呼んでいます。また、この承認作業を行う人は採掘者(マイナー)と呼ばれています。

採掘は「新規ビットコインの発行」

ビットコインの取引記録を承認する作業が採掘(マイニング)であることが分かりました。しかし、ここで1つの疑問が生じます。「なぜマイナーは取引の承認作業を行うのか?」ということです。取引を承認する作業にメリットがなければ、わざわざやる必要はありません。

ビットコインの取引の承認作業に成功すると新規のビットコインが発行され、承認作業を行ったマイナーには、採掘報酬としてそのビットコインが与えられます。つまりマイニングとは取引の承認作業であると同時に、新規のビットコインを発行する作業でもあるため「採掘」に例えられているのです。マイナーはこの報酬を獲得するためにマイニングを行っています。

2020年4月末現在では、1ブロックの承認につき12.5BTCが支払われています。例えば、ビットコインの価格が1BTC=100万円だとすると、1,250万円を1度の報酬として受け取れます。加えて、この報酬が受け取れるチャンスは約10分ごとに定期的に訪れます。たった10分でおよそ1,000万円を報酬として受け取れるチャンスがあると分かれば、どれほどの人が採掘をしたいと思うかは簡単に想像できるのではないでしょうか?

その想像通りに、世界中の人々が競うように採掘に参加しています。その結果、現在ではマイニング事業を立ち上げて大量のコンピューターを稼働させる企業が数多く活動しており、そう簡単にビットコインを稼ぐことはできないのが実情です。

このようにマイニングは、暗号資産交換業者からビットコインを購入するのと同様に、ビットコインを入手する方法の1つとして知られています。ただし、採掘の仕組みまで理解している人が少ないのが現状です。

ビットコイン採掘(マイニング)の基本的な仕組み

採掘の役割でも確認したように、採掘によって行われる承認作業がなければ、ビットコインを取引することはできません。採掘なしにはビットコインを世の中に流通させることはできないのです。ここからは、採掘(マイニング)の仕組みについて詳しく見ていきます。

ハッシュ値とハッシュ関数

まず採掘の仕組みを理解するために重要な「アルゴリズム」について説明します。

アルゴリズムとは、ある問題を解くための手順を定式化したものです。採掘にも解法が存在し、その定式を「ハッシュ関数」と呼びます。ハッシュ関数にある値を入力すると、別の値が出力されます。この出力された値は「ハッシュ値」と呼びます。

採掘で行われていることは、このハッシュ関数に何度も数字を入力する作業です。この作業は、あらかじめ決められた値を下回るハッシュ値が出力された時点で完了し、採掘成功となり報酬をもらうことができます。しかし、報酬をもらえるのは最初に採掘を成功させたマイナーのみです。つまり、「どのマイナーが最初に採掘を成功させるのか」という競争がマイナーの間で繰り広げられているのです。

ナンス値

このように、採掘が成功したときに入力された値はナンス値(nonce)と呼ばれています。採掘は、ランダムに適当な数値をハッシュ関数に入れては結果を確認し、目標とする値が出なければ、再度適当な数値を入れ直すという作業を繰り返します。まるで、ダイヤモンドや石油の鉱脈を掘り当てるまで、掘削作業を行う様子に似ていますね。最終的にナンス値が見つかれば採掘成功となり、ビットコインを報酬として受け取ることができます。しかし、このナンス値を探す作業は手作業ではやりません。

実際の採掘は、コンピューターを使い自動的に数値を入力させ、ナンス値を探させます。したがって、より計算能力の高いコンピューターを持つマイナーほど、ナンス値を見つけ出す確率が上昇するため有利になります。なおかつ、コンピューターを稼働させるための電力が安い地域で採掘をすれば利益を上昇させることができます。

採掘(マイニング)向けASIC搭載機器の台頭

現在では、ASIC(エーシック)と呼ばれるマイニングに特化した特殊なICチップが開発され、採掘(マイニング)をスムーズに行うことが可能となっています。ASICを搭載したマイニング専用機器は「マイニングリグ」や「ASICマイナー」と呼ばれ、計算が早く電気代も抑えられることから多くのマイナーやマイニング業者が利用しています。

一方で、ASIC搭載ハードウェアの購入には初期費用がかかります。長期的に見れば収益率の高い機材ですが、そもそも初期投資を行うだけの資金や長期的に採掘(マイニング)を行って費用を回収できるのかといった計画性が重要になります。

これらのことから、現在ビットコインの採掘(マイニング)を行うメリットは以前に比べると少なくなっているでしょう。また、報酬額が半分になる「半減期」の存在も、採掘(マイニング)の収益を悪化させるため、マイナーの新規参加を難しくしているといえます。

ビットコイン採掘(マイニング)競争の激化

ビットコインの採掘(マイニング)は全世界に普及しています。かつてビットコインの発行が開始された頃、その認知度の低さからマイナーは少なく、家庭のコンピューターで採掘(マイニング)を行うことが可能でした。もちろん競争はありましたが、参加者が少数であったため、誰でも容易にビットコインを稼ぐことができました。

ところが今では家庭のパソコンでは到底太刀打ちできなくなっています。先ほど言及したASICの登場も原因の一つと知られていますが、そもそも採掘(マイニング)を行う事業者が増えており、マイニングはより組織的な作業になっています。後ほど紹介しますが、現在は個人で採掘を行うソロマイニングよりも、組織的にマイニングを行うプールマイニングやクラウドマイニングが主流となっています。

半減期への警戒

もう1つの原因として、ビットコインの半減期が挙げられます。ビットコインの採掘報酬は当初1ブロックにつき50BTCでした。そこから21万ブロックごと、時間にすると約4年に一度、報酬額が半減するように決められています。そして時間の経過とともに692万9999番目のブロックで採掘報酬が終了します。これが2140年と100年以上先のことで、報酬がなくなったらどうなるのかといった議論は将来的な課題として現段階では保留されている状態です。

今回のビットコインの半減期は2020年5月に発生しました。この半減期では、採掘報酬が12.5BTCから6.25BTCに半減しています。一方で、報酬が半減したとしても電気料金を含む採掘にかかる維持費が半額になるわけではありません。したがって、マイナーの収益性の低下が見込まれるため、この機会に採掘から手を引くマイナーがたくさんいてもおかしくはありません。

ハッシュパワーと採掘(マイニング)の難易度

マイニングの基本的なメカニズムは、ハッシュ値を計算して条件を満たすものを探すというものです。マイニングを考える際重要な要素となるのは、ハッシュパワー(ハッシュレート)と難易度です。

ハッシュパワー

ハッシュパワーとは毎秒どのくらいのハッシュ値を計算できるかを示します。現在では、ASICをはじめとしてマイニングマシンの性能が向上しているにつれて、ハッシュパワーも大きく向上しています。

そもそもハッシュパワーは、マイニングアルゴリズムとしてPoWを採用しているブロックチェーンにとってセキュリティ上重要な要素となっています。ハッシュパワーが高ければ高いほど、ブロックチェーンに記録されているデータを書き換えることが難しくなるからです。2020年現在では、ビットコインのハッシュパワーは世界中の上位50位のスーパーコンピューターを合わせた計算能力よりも高いといわれています。

【ハッシュパワー(ハッシュレート)の単位】
単位 概要
KH/s キロハッシュ/秒。1秒間に1,000回のハッシュ計算
MH/s メガハッシュ/秒。1秒間に100万回のハッシュ計算
GH/s ギガハッシュ/秒。1秒間に10億回のハッシュ計算
TH/s テラハッシュ/秒。1秒間に1兆回のハッシュ計算
PH/s ペタハッシュ/秒。1秒間に1,000兆回のハッシュ計算

採掘難易度(Difficulty)

マイニングにおいて算出されたハッシュ値が満たすべき条件の厳しさを難易度(Difficulty)と呼びます。ハッシュパワーが上昇するとマイニングが成功する速度も速くなり、あまりにも速くなりすぎると新規発行が増えてインフレーションが起こってしまう可能性があります。

この現象を防ぐため、採掘に関する難易度が定期的に自動調整されるようになっています。ハッシュパワーの高低に伴って難易度が調整されるため、ハッシュパワーの変動と難易度の変動は同じような軌跡をたどっています。

採掘(マイニング)の種類

次に採掘(マイニング)の種類を紹介していきます。マイニングには大きく分けて3種類あります。それぞれ理解しておくことで、自分に合った採掘方法が見つかるでしょう。

ソロマイニング

ソロマイニングは、その名の通り、マイナーが1名(ソロ)でマイニングを行います。報酬を独占できる反面、高価な機材をいくつも揃えたり、コンピューターに関する専門知識が必要なことから、現在ではソロマイニングで利益を獲得するのは極めて難しいでしょう。

プールマイニング

プールマイニングは個人のパソコンの計算パワーを集約(プール)させることで、組織的にマイニングを行うことです。自分のパソコンにソフトをインストールするだけで採掘を始められるので、高額な初期投資もいりません。

報酬は、提供した計算パワーの貢献度によって決まります。ただし、ソロマイニングやこの後紹介するクラウドマイニングに比べると報酬額は少なくなってしまいます。手軽に始められて費用もあまりかからない反面、報酬はあまり期待できないのが現状です。

一方、ローリスクローリターンであるともいえるため、ビットコインのマイニングに挑戦してみたい初心者の方はプールマイニングが向いているかもしれません。

クラウドマイニング

クラウドマイニングでは、自分でマイニングを行う必要はありません。大規模な機械を設置してマイニングを行う企業にお金を出して、マイニングを行ってもらいます。利益は配当という形で得られます。

そのため、採掘に関する専門知識はほとんど必要ないでしょう。すべての採掘作業はマイニングを行う会社が一任して行ってくれます。投資のプロが代わりに資産運用をしてくれる投資信託をイメージしてもらうと分かりやすいのではないでしょうか。

ビットコインの採掘(マイニング)まとめ

今回はビットコインの採掘(マイニング)について紹介しました。採掘(マイニング)なしにはビットコインは存在できません。2009年にビットコインが発行されてから今日まで、1度も途絶えることなく、マイナーによる採掘が行われ、ビットコインの発行も行われてきました。

今回マイニングには2つの役割があることを紹介しました。

1つは取引承認作業の役割です。承認作業がなければビットコインの送付や取引は行えません。

もう1つの役割はビットコインの新規発行です。これらの役割から、ビットコインの機能を維持するためには採掘(マイニング)が欠かせないことが分かります。

このように、ビットコインは採掘(マイニング)によって管理されているといえます。

しかし、短期的には、半減期によって報酬額が減っていくことから、マイナーが採掘(マイニング)を行うメリットは小さくなります。さらに、はビットコインの発行上限数量はあらかじめ決められているため、現在のようなビットコインの採掘(マイニング)メカニズムは将来的には機能しなくなります。この課題をいかに解決していくかという議論は、ビットコインの今後の動向を知る上でも重要であり、ビットコインについての理解をより深めるための入り口でもあります。

採掘(マイニング)はビットコイン以外のアルトコインでも採用されているため、別の暗号資産(仮想通貨)を吟味する上でも役立つ知識です。ビットコインの採掘について、なんとなくでもイメージを持っていただけたのであれば幸いです。

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