Bitcoinマイニングの難易度はどのように調整されますか？

Bitcoinマイニングの難易度を理解する

Bitcoinマイニングの難易度は、Bitcoinネットワークの安定性とセキュリティを保証する重要なメカニズムです。ブロックチェーンに新しいブロックを見つけるのがどれほど難しいかを指します。難易度は、ネットワークにどれだけの総計算能力（ハッシュレート）が適用されているかに関係なく、ブロックあたり約10分間の一貫したブロック時間を維持するように調整されます。この調整がなければ、ハードウェアやより速いマイナーは、ブロック間の時間を大幅に短縮する可能性があり、ネットワークの予測可能性を不安定にします。

難易度は、ブロックヘッダーの32ビット整数としてエンコードされ、2016年のブロックごとに再計算されます。この数値は、ブロックのハッシュが満たさなければならないターゲットのしきい値を表します。ターゲットが低いほど、難易度が高く、有効なハッシュを見つけるにはより多くの計算作業が必要です。

難易度はどのくらいの頻度で調整されますか？

Bitcoinネットワークは、 2016年のブロックごとにマイニングの難易度を再計算します。これは、平均10分間のブロック時間を考えると、約2週間ごとです。この間隔はBitcoinプロトコルにハードコードされており、調整がネットワークハッシュレートの変化に応答するのに十分頻繁に頻繁になることを保証しますが、不安定性を引き起こすほど頻繁ではありません。

調整は、 20,160分（2週間）の予想時間と比較して、以前の2016年ブロックをマイニングするのにかかった実際の時間に基づいています。実際の時間が短い場合、難易度が増加します。長くなると、難易度が低下します。このフィードバックループは、ブロック生産を安定させ続けます。

難易度調整の背後にある式

新しい難易度は、次の式を使用して計算されます。

new_difficulty = old_difficulty×（everity_time_for_2016_blocks / 20160分）

ただし、単一の調整期間で難易度がどれだけ変化するかには制限があります。 Bitcoinプロトコルは、調整あたり4倍（300％）または0.25X（-75％）の最大変化を強制します。このキャップは、ハッシュレートの突然の変化により、大規模な鉱山農場がオンラインで登場したり、シャットダウンしたりするなど、極端なスイングを困難に防ぎます。

たとえば、最後の2016年のブロックが10,080分（1週間）で採掘された場合、実際の時間は予想される時間の半分です。 4倍のキャップを超えないと仮定して、難易度は2倍になります。逆に、30,240分（3週間）かかった場合、0.25倍の床を尊重することで、難易度は前のレベルの3分の2に減少します。

難易度調整の段階的なプロセス

• Bitcoinネットワークのすべてのフルノードは、最後の2016ブロックウィンドウの各ブロックのタイムスタンプを追跡します
• ノードが最後の調整の後に2016番目のブロックを受信すると、そのウィンドウの最初のブロックと最後のブロックの合計時差を計算します
• ノードは、実際の時間と予想時間（20,160分）の比を計算します
• 以前の難易度にこの比率を掛けます
• 結果は固定されており、4倍以上増加したり、4回以上減少したりしないようにします
• 新しい難易度のターゲットは次のブロックのブロックヘッダーにエンコードされ、すべての鉱山労働者が仕事の証明計算にこの新しいターゲットを使用する必要があります

このプロセスは完全に分散化され、自動化されています。中央当局は難しさを決定しません。すべてのノードは独立して同じ計算を実行し、正しい値でコンセンサスに達します。マイナーが時代遅れまたは誤った困難を使用しようとする場合、ブロックはネットワークによって拒否されます。

難易度調整におけるタイムスタンプの役割

ブロックタイムスタンプは、難易度を計算する上で重要な役割を果たします。各ブロックヘッダーには、特定のルールを満たす必要があるタイムスタンプが含まれています。これは、過去11ブロックの中央値よりも大きく、ネットワーク調整時間と2時間未満でなければなりません。これらの規則は、鉱山労働者がタイムスタンプを操作して、将来の難易度の調整に人為的に影響を与えることを防ぎます。

ただし、タイムスタンプは鉱夫によって設定されており、わずかに不正確になる可能性があるため、システムはネットワークの総動作に依存しています。 2016年のブロックでは、マイナーなタイムスタンプのバリエーションが平均的になり、難易度の調整が堅調に残ることを保証します。まれに、多くの鉱山労働者がタイムスタンプを操作するために共謀した場合、それは調整をゆがめる可能性がありますが、ゲーム理論と経済的インセンティブはそのような行動を思いとどまらせます。

困難に対するハッシュレート変動の影響

大規模な採掘操作がオンラインで来るとき、それは安価な電力を備えた地域の新しいデータセンターなど、ネットワークハッシュレートスパイクです。これにより、ブロックは平均で10分より速く発見されます。次の2016年ブロックウィンドウの後、難易度は大幅に増加して補償します。逆に、鉱業が多い地域での規制の弾圧や停電などのイベント中に、ハッシュレートは急激に低下し、ブロックが時間がかかる可能性があります。次の難易度調整が減少し、マイニングが再び容易になります。

たとえば、中国が2021年に暗号通貨採掘を禁止した後、ハッシュレートは50％以上減少しました。その後の難易度の調整により、目標はBitcoinの歴史の中で最大の減少の1つである約28％減少し、残りの鉱夫は収益性を高めました。

鉱夫が難易度にどのように適応するか

鉱夫は、収益性を維持するために、難易度の調整を常に監視する必要があります。難易度が上がると、同じハードウェアが時間単位あたりの報酬が少なくなります。一部の鉱夫は、不採算になる古いアシックスをシャットダウンする場合があります。他の人は、電力コストが低い地域に移転する場合があります。

マイニングプールは、ハッシュレートを組み合わせて報酬を比例的に分配することにより、個々の鉱山労働者が分散をスムーズにするのに役立ちます。困難な変化があっても、プールの参加者は、貢献した作業に基づいて着実な支払いを受けます。マイナーはまた、難易度のリセット計算機や収益性推定器などのツールを使用して、変更を予測し、操作を最適化します。

よくある質問

Q：2016年のブロックごとに難易度が1回以上調整できますか？いいえ、Bitcoinプロトコルは、 2016ブロックごとに難易度の調整のみを許可します。中間ブロックは、短期的にハッシュレートが劇的に変化する場合でも、再計算をトリガーしません。

Q：ネットワークのハッシュレートがゼロに低下するとどうなりますか？鉱夫がアクティブでない場合、ブロックが生産されるのを止めます。ただし、長い遅延（いくつかの難易度のエポックを超える）の後、最終的に難易度は最小許容レベルに低下し、返信者がネットワークを再起動しやすくなります。

Q：すべてのBitcoinノードで難易度が同じですか？はい、すべての完全に検証するノードは、同じ2016ブロックウィンドウと式を使用して同じ難易度値を計算します。これにより、ネットワーク全体のコンセンサスが保証されます。

Q：最初のマイニングの難易度はどのように決定されますか？ Genesisブロックは、ハードコーディングされた初期難易度を使用しました。それ以来、すべての調整は2016年の前のブロックに基づいており、ブロック1から現在までの連続的な再計算チェーンを作成します。