ビットコインのマイニングのプロセスについてお話しましょう。この知識を知っていますか？

これでビットコインマイニングに関するポピュラーサイエンスアルバムは終わりです。最初の 2 つの記事を読んだ後、読者はすでにビットコインの取引とブロック生成のプロセスについてある程度理解していると思います。それで、それらは「採掘」とどのような関係があるのでしょうか?

ビットコインネットワークには、新しいビットコインブロックの作成に関与する多くのマイニングノードとマイナーがいることがわかっています。複数のマイニングノードが同じ高さのブロックを作成した場合、どのブロックがより正当であるかをどのように判断するのでしょうか?ビットコインは、マイニングを通じて新しいブロックを記録する権利を競い合うことができるPoW (Proof of Work) コンセンサスメカニズムを導入しました。新しいブロックの会計権限を取得した者は、合法的な新しいブロックを作成します。マイニングの目的は、アカウントを保持し、新しいブロックとトランザクションを確認する権利を獲得することです。では、マイニングノードとマイナーはどのように連携してマイニングを完了するのでしょうか?

鉱夫は採掘タスクをこなす

マイニングノードは予備ブロックを作成した後、予備ブロックのブロックヘッダーデータをマイナーに送信します。マイニングタスクを受信すると、マイナーはブロックヘッダー内の乱数を増分します。調整が行われるたびに、ブロックヘッダーのハッシュ値は、Bitcoin プロトコルに従って SHA256 アルゴリズムを使用して計算されます。ブロックヘッダーのハッシュ値がターゲットハッシュより大きい場合、ブロックヘッダーのハッシュ値がターゲットハッシュ以下になるまで乱数が変更され続けます (または、マイニングノードが新しいブロックが他のノードによってマイニングされたことを検出し、その時点で元のマイニングタスクを放棄して新しい予備ブロックを構築し、再びマイニングを開始します)。

マイニングノードはブロックを検証し、ローカルブロックチェーンを拡張します

マイナーが、準備されたブロックヘッダーハッシュ値をターゲットハッシュよりも小さくできる乱数を見つけると、マイニングの結果がすぐにマイニングノードに報告されます。マイニングノードは、情報を受け取った後、マイナーから報告された情報に従ってブロックを直ちに再構成し、ブロックを検証します。検証後、マイニングノードは新しいブロックをノードのローカルデータベースに保存し、ノードのローカルブロックチェーンに追加します。

ブロックの検証情報には以下が含まれます。

ブロックヘッダーが正当かどうか (ブロックヘッダーハッシュ ≤ TargetHash)。
ブロックヘッダーの MerkleRoot ハッシュがブロック内のトランザクションデータの MerkleRoot ハッシュと一致しているかどうか (トランザクションが改ざんされていないかどうかを確認するため)。
取引データ内の最初の取引が Coinbase 取引であるかどうか。
ブロック内の各トランザクションが合法であるかどうかなど。

新しいブロックをネットワーク全体にブロードキャストする

マイニングノードは新しいブロックをローカルに保存した後、同時にマイニング結果をビットコインネットワークにブロードキャストします。ブロック全体のブロックサイズが大きいため、通常は新しいブロックのブロックヘッダーが最初にブロードキャストされます。ブロードキャストを受信した後、他のノードはまずブロックヘッダー情報を検証します。検証に合格すると、ノードはまずローカルブロックインデックスライブラリに新しいブロックのインデックスを作成します。新しいブロックのすべての情報を受信した後、ノードはトランザクション情報とブロックヘッダーの MerkleRoot ハッシュを検証します。検証に合格すると、ノードはトランザクション情報を新しいブロックに入力し、ローカルブロックチェーンを拡張します。この時点で、新しいブロックのブロードキャストと検証が完了し、マイニングノードは次のブロックのマイニングを開始します。

現在の採掘の特徴

クラスターマイニング - マイニングプール:

ビットコインのマイニングに関しては、理論的には誰でも独自のビットコインマイニングノードを構築し、マイニングに参加することができます。ブロックヘッダーハッシュを手動で検証し、マイニングタスクを解読し、アカウントを保持する権利を競うことさえ可能です。

しかし、ブロガーは前回の記事で、現在のマイニングの難易度によると、現在主流のマイニングマシンを使用したとしても、ビットコインネットワークの要件を満たす新しいブロックを見つけるには理論的には42年かかるだろうと述べていました。通常の PC や手計算を使用すると、数万年、あるいは数百万年もかかります。

したがって、一般の鉱夫にとって採掘による経済的利益は低すぎるため、機械が廃棄されるまで採掘を続けても一銭も稼げない可能性があります。このような状況下でマイニングプールが誕生しました。多数のマイナーがマイニングマシンをマイニングプールに接続し、マイニングプールのマイニングノードからマイニングタスクを取得し、集団でマイニングを行っていました。このようにして、より短い期間で新しいブロックをマイニングし、ブロック報酬を得ることができます。マイニングプールは、マイニングプロセス中の各マイナーの貢献に応じてマイニング収入を分配します。すべてのマイナーはリアルタイムでマイニング収入を得て、利益を上げたり二次投資を行ったりすることができます。

マイナーが実際に受け取るマイニングタスクでは、TargetHash は Bitcoin ネットワークに必要な TargetHash よりもはるかに大きくなります。

マイニングプールとマイナーが協力して作業するプロセスは、上記と同じプロセスに従います。マイニングマシンはネットワークを介してマイニングプールと通信し、マイニングタスクを要求します。マイニングプールは、マイニングタスク (ブロックヘッダーやその他のデータを含む) をマイニングマシンに送信します。マイニングマシンはブロックヘッダーの乱数を変更し、ブロックハッシュを検証します。マイニングタスクの TargetHash 要件を満たす乱数は、マイニングプロトコルの形式でマイニングプールに送信され、マイニングプールはマイニングマシンによって送信されたマイニング結果に基づいて収益を計算します。

注意すべき点は、マイナーに発行されたマイニングタスクの TargetHash がこの時点での Bitcoin ネットワークの TargetHash である場合、この TargetHash が小さすぎるため、マイナーは基本的に要件を満たす乱数を見つけてマイニング結果を提出することができず、マイニング収入を得ることができないということです。

したがって、マイニングプールがマイニングマシンに発行するマイニングタスクには、初期のマイニング難易度という別の情報が存在します。これは、ネットワーク全体のマイニング難易度よりもはるかに低い値であり、より大きな TargetHash に対応します。この難易度では、マイナーは要件を満たす乱数を短時間で見つけることができ、より多くのマイニング結果をマイニングプールに送信できます。

マイニングプールの計算能力は、マイニングマシンのローカル計算能力とは異なります。

マイニングについて話すとき、避けることのできない用語が 1 つあります。それは「コンピューティング能力」です。コンピューティングパワーとは正確には何でしょうか?

計算能力とは、実際にはマイナーがブロックヘッダーのハッシュ値を検証する速度のことです。マイニングタスクを取得した後、マイニングマシンはマイニングタスクの情報に従ってブロックヘッダーの乱数を増分します。乱数が調整されるたびに、ブロックヘッダーのハッシュ値が検証されます。マイニングマシンによるマイニングの速度を制限する唯一の要因は、ブロックヘッダーのハッシュ値を検証する速度、つまり「計算能力」の指標であることがわかります。

現在、従来のビットコインマイニングマシンの計算能力単位はTH/sであり、これは1秒あたり1Tハッシュを検証できることを意味します。1T=1×103G=1×106M=1×109K=1×1012回です。

マイニング経験のある友人は、マイニングマシンによってローカルに表示される計算能力と、マイニングプールによって表示される計算能力の間には常に違いがあることに気付くでしょう。これは、マイニングマシン上でローカルに表示される計算能力は、マイニングマシンがハッシュを検証する速度であり、マイニングマシンのパフォーマンスにのみ関係するためです。マイニングタスクの要件を満たす乱数が見つかるかどうかに関係なく、マイニングマシンのローカル計算能力は常に存在します。マイニングプール内のマイニングマシンによって表示される計算能力は異なります。マイニングマシンによって実際に送信されたマイニング結果に応じて、マイニングプールによって計算されます。マイニングマシンが不運で、マイニングタスクの要件を満たす乱数を長時間見つけることができなかった場合、マイニング結果をマイニングプールに送信できず、マイニングプール内のマイニングマシンの計算能力が低下します。

しかし、時間が経つにつれて、マイニングマシンのマイニングタスクを解読する能力に対する運の影響は減少し、より長い期間にわたるマイニングプールの平均計算能力は、マイニングマシンのローカル計算能力とそれほど変わらないようになります。

以上がビットコインマイニングの基礎知識です。これら 3 つの記事を理解できれば、読者はビットコインマイニングについて予備的な理解が得られると思います。ブロガーとマイニングの問題についてさらに議論したい場合は、WeChat パブリックアカウント「Xian Hua Mining」をフォローしてください。そこでは、ブロガーの最新のマイニング知識をよりタイムリーに知ることもできます。

この記事に関連するいくつかの知識ポイント:ブロックの高さ: ブロックの高さとも呼ばれ、ブロック番号に相当し、その値はブロックチェーン内のこのブロックの前のすべてのブロックの数に等しくなります。ブロックチェーンの最初のブロックはジェネシスブロックで、ブロックの高さは 0、2 番目のブロックはブロックの高さが 1、3 番目のブロックはブロックの高さが 2 などとなります。ブロックチェーン内のブロックの総数は、最新のブロックのブロック高 + 1 です。 PoW : 正式名称は Proof of Work で、中国語名は Proof of Work です。これは、新しいビットコインブロックの所有権を確認する問題を解決するためにビットコインネットワークで使用される方法です。ビットコインネットワークでは、誰でも新しいブロックの作成に参加できます。 PoW メカニズムでは、ビットコインネットワークによって指定された TargetHash よりも小さいブロックヘッダーハッシュ値を持つ準備された新しいブロックを最短時間で見つけた人が、公式の新しいブロックを記録する権利を持つと規定されています。簿記権: ビットコインブロックチェーンは、本質的には大きなチェーンのような元帳です。チェーン上の各ブロックは、ブロックチェーン上で発生するビットコインの取引情報を記録する元帳です。したがって、新しいブロックを作成するプロセスを簿記プロセスと見なします。アカウント記録権は、その名の通り、取引台帳を記録する権利、つまりビットコインブロックチェーン上に正式な新しいブロックを作成する権利です。

参考文献: