マイニングにおけるノンセの目的は何ですか？

暗号通貨採掘における非CEの役割を理解する

暗号通貨採掘の世界では、ノンセという用語は「1回だけ使用される数字」を表しています。この一見シンプルな概念は、ブロックチェーンに新しいブロックを作成するプロセスにおいて重要な役割を果たします。ブロックチェーンに追加されたすべてのブロックは、主に有効なブロックハッシュの生成を含む特定の暗号化基準を満たす必要があります。 NONCEは、ネットワークの難易度要件を満たすハッシュを生成するために繰り返し調整する可変コンポーネントです。

マイナーがトランザクションのブロックを組み立てると、いくつかの固定コンポーネントを含むブロックヘッダーが含まれています：前のブロックのハッシュ、トランザクションのマークルルート、タイムスタンプ、および現在の難易度ターゲット。ブロックのデータを無効にすることなく変更できる唯一の要素は、 NONCEです。この値を変更することにより、マイナーは必要な条件を満たすまで異なるハッシュ出力を生成します。通常、一定数の主要なゼロを備えたハッシュです。

BitcoinのSHA-256など、ほとんどのブロックチェーンで使用される暗号化ハッシュ関数は、決定論的でありながら予測不可能です。これは、同じ入力が常に同じ出力を生成することを意味しますが、NonCeを1増加させるなど、わずかな変更でさえ、まったく異なるハッシュになります。鉱山労働者は、有効なソリューションを求めて、毎秒数百万または数十億のNonCe値を繰り返すことにより、この財産を活用します。

鉱山労働者がノンセを使用して仕事の証明パズルを解決する方法

マイニングプロセスは、基本的に有効なノンセを見つけるためのブルートフォースの計算レースです。目標は、ネットワークの現在の難易度ターゲット以下の数値的に小さいブロックハッシュを生成することです。このターゲットは、Bitcoinの10分ごとに一貫したブロック時間を維持するために定期的に調整されます。

マイナーは、通常0から始まる初期のnonce値を設定することから始めます。

• 必要なすべてのデータでブロックヘッダーを組み立てます
• 現在のNonCe値を挿入します
• SHA-256ハッシュアルゴリズムを2回適用します（double-sha-256）
• 結果のハッシュをネットワーク難易度のターゲットと比較します
• ハッシュがターゲットを満たしていない場合は、ノンセを増やして繰り返します

このループは、マイナーが有効なハッシュを発見するまで続きます。鉱山労働者が見つかったら、検証のためにブロックをネットワークにブロードキャストします。他のノードは、提供されたNONCEでブロックヘッダーをハッシュすることにより、ソリューションを迅速に検証できます。これは、それを見つけるよりもはるかに高速なプロセスです。

有効なハッシュを見つける確率は非常に低いため、成功は計算能力に依存します。マイニングリグは、1秒あたり数兆のハッシュ試行（テラハシュまたはペタハシュで測定）を実行し、並外れたペースで非CE値をサイクリングします。

NonCeサイズとスペースの制限

Bitcoinでは、ノンセフィールドの長さは32ビットです。つまり、0から4,294,967,295の値を表すことができます。これにより、ブロックヘッダー構成ごとに40億以上の可能なNonCE値が提供されます。しかし、現代の鉱業では、ASIC鉱山労働者の計り知れないハッシュパワーのために、この範囲はしばしばすぐに使い果たされます。

有効なハッシュを見つけることなく、非CEスペース全体が使い果たされる場合、鉱夫はブロックの他の側面を変更して、新しいハッシュ可能性を生成する必要があります。最も一般的な方法は、 Coinbaseトランザクションを変更することです。これにより、新しいマークルルートを作成できます。これにより、ブロックヘッダーが効果的にリセットされ、さらに40億のNONCEの試みが可能になります。

別の手法には、ブロックヘッダーのタイムスタンプを調整することが含まれます。タイムスタンプは合理的な範囲（過去または未来にそれほど遠くない）内に留まる必要がありますが、検索スペースを拡張するためにわずかな調整を行うことができます。これらの戦略により、鉱山労働者は限られたノンセのサイズにもかかわらずオプションがなくなってはいけません。

ノンセ、難易度、ハッシュレートの関係

ブロックチェーンの難易度は、適切なノンセを見つけるのがどれほど難しいかに直接影響します。より多くの鉱夫がネットワークに参加すると、総ハッシュレートが増加し、ネットワークが難易度を高めるようになります。これは、ターゲットの下にハッシュを見つけるには、より多くの計算作業が必要であり、非CEの試みごとの成功の可能性を効果的に削減することを意味します。

たとえば、1の難しさでは、ネットワークには10の先頭のゼロを持つハッシュが必要になる場合があります。難易度が20、30以降に増加すると、必要な先行ゼロの数が増加し、有効なハッシュが指数関数的によりまれになります。したがって、鉱山労働者は、成功前に平均してより多くのNonCE値を繰り返す必要があります。

ハッシュレートは、ネットワークが1秒あたりに実行されるNonCEトライアルの数を反映しています。ハッシュレートが高いほど、ネットワーク全体でより多くの試行が試みられ、誰かがターゲットの時間枠内で有効な非CEを見つける可能性が高くなります。この動的バランスにより、採掘力の変動に関係なく、ブロック生産が安定したままになります。

代替コンセンサスメカニズムの非CE

ノンセはBitcoinのような仕事の証明（POW）システムの中心ですが、他のコンセンサスモデルでは役割を果たしません。登録後のEthereumなどのProof-of-Stake（POS）では、ブロック検証は計算パズルではなく、杭打ちの資産に基づいています。アルゴリズムの公平性メカニズムを通じて選択されたバリデーターによってブロックが提案されているため、鉱山労働者が非CEを検索する必要はありません。

同様に、承認の証明またはスペースの証明システムでは、試行変数としての非CEの概念は存在しません。これらのモデルは、暗号化されたブルートフォースではなく、アイデンティティ、保管能力、または経済的コミットメントに依存しています。ノンセは、計算努力がセキュリティメカニズムとして機能するPOWベースのブロックチェーンのユニークな機能のままです。

ノンセに関する一般的な誤解

頻繁に誤解されるのは、ノンセ自体が本質的な価値を保持するか、ブロックのセキュリティに永久に結びついていることです。実際には、ブロックが検証されると、 NonCeは単に歴史的記録の一部です。その重要性は、マイニングプロセス中に有効なハッシュの発見を可能にすることにのみあります。

別の誤解は、鉱山労働者がNonCe検索を予測またはショートカットできるということです。暗号化の性質により、正しいノンセを導き出す数学的な式はありません。試行錯誤を通して見つける必要があります。高度なハードウェアであっても、成功は確率的であり、決定論的ではありません。

一部の人々は、より低いNonCE値がより安全なブロックまたは価値のあるブロックを示していると信じています。これは偽です。 NonCEが1〜40億であるかどうかにかかわらず、ブロックの有効性は、ハッシュが難易度のターゲットを満たしているかどうかにのみ依存します。ノンセの数値は、セキュリティや報酬に影響を与えません。

よくある質問

ブロックには複数の有効なNoncesを持つことができますか？はい、複数の非CEが難易度のターゲットを下回るハッシュを生成することは理論的には可能です。ただし、鉱山労働者が最初の有効なノンセを見つけたら、すぐにブロックをブロードキャストします。ネットワークは、受信した最初の有効なブロックを受け入れ、追加の有効なNoncesを無関係にします。

ノンセはブロックチェーンに永久に保存されていますか？はい、ノンセはブロックヘッダーの一部であり、ブロックチェーンに永久に記録されています。すべてのノードはブロックのデータの一部として保存され、いつでも職場の証明を完全に検証できます。

NonCEが有効なハッシュを生成しないとどうなりますか？ 32ビットのNonCeスペース全体が成功せずに使い果たされている場合、鉱夫はCoinbaseトランザクションやタイムスタンプなどの他のブロックコンポーネントを変更して、新しいブロックヘッダーを生成します。これにより、新しいノンセの可能性のセットが作成され、マイニングプロセスが無期限に継続できるようになります。

すべての鉱夫は同じノンセ値から始まりますか？ほとんどのマイナーは、 0の非CEから始まりますが、トランザクションの選択とタイミングの変動により、さまざまなブロック構成を使用することがよくあります。これにより、鉱夫が同じノンセから始めたとしても、まったく同じ作業を複製していないことが保証されます。