暗号通貨マイニングの進化の簡史：マイニング機器のアップグレードと計算能力の変遷

原文タイトル：《ブロックチェーン進化史（五）：暗号鉱業の進化簡史》

執筆：wesely、DeFi の道

暗号業界において、マイナーは特別な集団であり、ブロックチェーンの基盤となる安全保障を担い、暗号業界で最も裕福で発言権のある人々を代表し、暗号市場の天気計として機能しています。一方で、反対者の目には、彼らが属する業界はエネルギーを飲み込む巨大な獣であり、データ技術の外衣をまとった後れた生産能力と見なされています。

フィンランドのヘルシンキは暗号鉱業の始まりの地であり、2009年初頭に中本聡がここでビットコインの最初のブロックを掘り出しました。その後、ビットコインの価格が急騰するにつれて、計算能力の軍拡競争が激化し、2010年9月にはGPUでビットコインを掘るためのコードが登場し、CPUマイニングの常識を打破しました。間もなく、さまざまなマイニングマシンが急速に進化しました。

2010年12月、チェコのプログラマーMarekが世界初のマイニングプール「slushpool」を設立しました。この大規模な集合型マイニング場は、業界の発展の主要なモデルとなり、その後の一連のマイニング機器の専門化、マイニング企業の上場、計算能力の金融化などの発展を伴い、鉱業に持続的な推進力をもたらし、この新しい競技場は徐々に巨大な商業地図を形成しました。2022年4月までに、21社の上場ビットコイン鉱業会社の総時価総額は150億ドルを超え、イーサリアムの合併前には、単独のイーサリアムマイニング市場の価値は50億ドルに達しました。

しかし、鉱業の発展には大きな抵抗もあり、グリーン環境保護の世界的な合意の下、高エネルギー消費のPOWマイニングは自然な政治的に不正確なものとなり、多くの人々の批判の対象となりました。さらに、政策の強化や電力コストの上昇が続き、マイナーたちはあちこちに移動せざるを得なくなり、これが業界のさらなる発展を制約しました。POW時代の衰退は、マイナーたちの発言権を縮小させましたが、流動性マイニングやゼロ知識証明によるZKマイニングは、鉱業の境界を再び拡大しました。

暗号鉱業の歴史を振り返ると、その発展の過程は波乱万丈とは言えませんが、十数年にわたる暗号業界の浮き沈みの中でも同様に素晴らしいものであり、ユートピアと修羅場の間を行き来しながら、隙間や危機の中で何度も上昇してきました。

淘汰と進化

暗号業界の進化の最も直接的な例は、異なるハードウェアマイニングマシンの進化です。

CPUからASICへ

2010年7月、ビットコインの場外取引価格は数日間で0.008ドルから0.08ドルに上昇し、これにより最初の「マイナー」たちは商機を嗅ぎ取りました。

この時期、ビットコインの全ネットワークの計算能力はわずか140MH/sであり、大部分は個人のコンピュータを使ったマイニングでした。マイニングのハードルは高くなく、ビットコイン価格の好調に伴い、ビットコインマイニングに参加する人々が急速に増加しました。次第に人々はCUPからより強力なGPUに目を向け始め、当時のGPUの計算能力はCPUの3桁上の9MH/Sに達し、CPUの計算能力は約1KH/Sでした。個人のコンピュータでのCPUマイニングの時代において、GPUマイニングの登場はまさに次元を超えた攻撃と言えます。そのため、わずか7ヶ月後には全ネットワークの計算能力が500GH/sに増加し、3500倍の成長を遂げ、1年後には15TH/sに達しました（約10万倍の増加）。これにより、個人のコンピュータでのマイニングは過去のものとなり、GPUの計算能力がビットコインマイニング市場を支配しました。

2010年7月 - 2011年2月ビットコイン全ネットワークの計算能力の成長状況 データ出典：btc.com

GPUの計算能力の優位性は、より高い計算能力がもたらす追加の利益を見せつけました。そのため、2011年にはビットコインのブルマーケットが後押しし（この期間中、ビットコインは0.08ドルから一時30ドルに上昇）、計算能力の軍拡競争が正式に始まりました。その後、さらに強力なFPGAが登場しました。

2011年6月、現場プログラム可能ゲートアレイ（FPGA------Programmable Gate Array）と呼ばれる専門的なマイニング機器が広く言及されました。これはマイニングのために設計された専門的なチップの初めての設計であり、当時主にアマチュアハードウェアを使用してマイニングを行っていた集団にとっては、間違いなく大きな進歩でした。また、その後のより専門的なASICマイニングチップへの扉を開きました。FPGAの計算能力は元のGPUの基盤の上に約3桁の向上を達成し、GH/Sのレベルに達しましたが、開発の難しさと計算能力の向上が遅いため、一時的な流行の後に人々の視界から消えました。

2013年、半減期を迎えたビットコインは第二のブルマーケットを迎え、計算能力も新たな流入を開始しました。ビットコインのマイニング難易度が高まる中、皆はより強力な装備を探さざるを得ず、マイニング専用に設計されたASICチップが登場しました。その特性により、より低い単位エネルギー消費でより高い計算速度を実現でき、ASICはマイニング機器の計算能力を新たな高みに押し上げました。2013年12月、Antminerの第一世代が外部に出荷され、その後、ASICチップは110nmから3nmへと進化し、低消費電力や高性能などのさまざまな次元で絶えず最適化され、世代を超えて急速に進化しました。

2013年1月、最初の商用ビットコインASICマイニング機器Avalonが納入され、ビットコインはASIC計算能力の時代に突入しました。このマイニング機器の開発会社である嘉楠耘智は、2019年11月にナスダックで上場を果たし、暗号業界の上流における有名なマイニング機器のリーダーとなりました。興味深いことに、最初のFPGAマイニング機器は嘉楠耘智の創業者である南瓜張（張楠赓）によって開発され、FPGAマイニング機器が登場してわずか半年後、彼はASICマイニング機器を使ってFPGAマイニング機器を舞台から追い出しました。同じく2013年、呉忌寒はビットメインを設立し、その時Antminer S1が市場に投入されると、すぐに市場での人気を博しました。

この期間中、マイニング市場には多くのマイニング機器ブランドが登場しました。例えば、烤猫、西部、蚂蚁、ASICME、TMR、ビットメインなどですが、多くのマイニング機器メーカーは競争の中で淘汰され、変わらないのはASICの支配的地位が今も続いていることです。

ビットコインマイニングに最初に触れた人々にとって、暗号鉱業の発展に伴い、一部は上流のマイニング機器の開発者となり、南瓜張の嘉楠耘智のように、他の一部は専門のマイナーとなりました。神魚のように。

ASICマイニング機器は低消費電力と高性能の道を進化し続け、2013年以降、ビットコインは正式に高計算能力の時代に突入しました。

個人からマイニングファームへ

2013年5月、ビットコインマイニングプールF2Poolが正式にオープンし、すぐに首位のビットコインマイニングプールとなりました。2021年に中国が暗号鉱業に対して禁止令を発表した後でも、F2Poolはビットコインの計算能力の中で非常に高い割合を占めており、2023年1月11日現在、F2Poolは16.53%の計算能力を持ち、AntpoolとFoundryに次いで第3位に位置しています。

マイニングプールの形成は、個人マイニングから専門的な集団マイニングへの移行を示しています。これは計算能力競争の中での自然な進化です。CPUマイニング時代は典型的な個人マイニングの段階であり、皆がそれぞれ戦っていましたが、GPUが主流のマイニング方法となった後、個人マイニングはもはや競争優位性を持たなくなり、皆が計算能力を集めて競争を行うようになりました。形成されたマイニングプールは計算能力の割合が高く、ブロックを掘り出す確率が大きく、報酬を得た後はマイニングプール内のマイニング機器の計算能力に応じてマイニング収益が分配され、マイニング機器の所有者に安定したマイニング収入をもたらします。一方、個人や小規模マイニングファームは、食べることができるかどうかの不安定な状況にあり、上昇するマイニング難易度の中でマイニング報酬を得る確率はどんどん低下しています。さらに、大規模マイニングファームの競争優位性は、より多くのマイニング機器の所有者を引き寄せ、その優位性をさらに強化します。このような正の循環の中で、いくつかの主要なマイニングプールがビットコインの計算能力の大部分を占めるようになりました。現在、上位5つのマイニングプールの計算能力はビットコイン全ネットワークの80%以上を占めており、このような計算能力が主要なマイニングプールによって独占される状況は、ライトコイン、ドージコイン、そして合併前のイーサリアムにも同様に見られます。

2013年のマイニング機器の百家争鳴の時代を経て、一部のマイニング機器メーカーもマイニングに直接参入し始めました。例えば、ビットメイン傘下のAntpoolとBTC.com（後に500彩票網に買収され、現在のビットコイン鉱業）です。2014年11月、ビットメインはそのマイニングプラットフォームAntpoolを立ち上げ、現在19.87%のビットコイン計算能力を持ち、第2位に位置しています。また、2018年2月にはビットメイン傘下のマイニングプールの計算能力が一時的に全ネットワークの40%を占めました。

現在のマイニングプール計算能力分布 データ出典：explorer.btc.com

2013年7月、GHash.IOマイニングプールが設立され、手数料を取らない運営方針で急速に成長しました。2014年6月にはマイニングプールの計算能力が一時的に全ネットワークの51%に迫り、コミュニティは51%攻撃の懸念を抱きましたが、その後、大規模なDoS攻撃と熊市の影響を受け、運営者はGHash.IOを閉鎖し、そのシェアはF2Pool、Antpool、BTC.comなどの中国のマイニングプールに奪われました。

マイニング方式は過去の単独戦闘から「チームでモンスターを倒す」マイニングプールモデルに変わり、プラットフォーム化、集約化が避けられない進化の過程であることを示しています。ASICマイニング機器の時代において、この傾向はさらに強化され、マイニングファーム間の競争も同様に激化しました。GHash.IO、BTCC Pool、Eligiusなど、かつて名を馳せたマイニングプールも歴史の流れの中で次々と姿を消しました。

鉱業の発展の境界も絶えず拡張されており、IPFSの登場によりストレージも新しい「計算能力」となり、物理的な計算能力からクラウド計算能力への移行はマイニングのハードルを下げましたが、同時により大きなリスクも引き入れました。計算能力の金融化（計算能力トークン）の革新は、計算能力の応用を基盤のマイニングから二次市場に引き上げ、新しい金融資産を生成しましたが、投資家にはより高い投資要件を求めることになりました。

計算能力の変遷

十数年にわたる鉱業の発展を振り返ると、計算能力はその核心要素として、十年以上の発展の中で大きな変化を遂げました。この変化は主に時間と空間の二つの次元に現れています。

時間次元

3年ごとの周期でビットコイン全ネットワークの計算能力の成長状況を見てみましょう：

• 2009年 - 2011年、ビットコイン全ネットワークの計算能力は10GH/sから10TH/sに増加し、約1000倍の成長を遂げました；
• 2012年 - 2014年、計算能力は20TH/sから300PH/sに増加し、15000倍の成長を遂げました；
• 2015年 - 2017年、計算能力は1EH/sから14EH/sに増加し、14倍の成長を遂げました；
• 2018年 - 2020年、計算能力は40EH/sから160EH/sに増加し、約4倍の成長を遂げました；
• 2021年 - 2023年1月、計算能力は200EH/sから255EH/sに増加し、約1.3倍の成長を遂げました；

まず、比較すると、ビットコインの誕生以来、ネットワークの計算能力は常に増加しており、市場の転向や政策の規制などの理由で一時的な計算能力の低下があったとしても、増加の長期的な傾向は常に存在しています。

次に、この増加の勢いは徐々に弱まっています。これは主にマイニング機器の計算能力が物理的な限界に近づき、マイニング機器のさらなるアップグレードが難しくなっているためです。全ネットワークの計算能力が一定の高さに達すると、業界のハードルがますます高くなり、新しい計算能力の参入が阻害され、ビットコインの計算能力の増加が鈍化しています。

第三に、2012年 - 2014年の間、ビットコインの計算能力の15000倍の増加は主にASICマイニング機器の登場によるものです。この期間中、ビットコインは1年余りの間に600倍以上上昇し、大量の新しい計算能力を引き寄せました。各自の競争優位性を拡大するために、マイニング専用に設計されたASICマイニング機器が登場し、その後の暗号鉱業を主導する製品となり、今も続いています。

第四に、2019年以降、計算能力の増加は徐々に鈍化し始めました。この時期から、電気料金の重要性が徐々にハードウェアの効率を超えるようになりました。なぜなら、チップ設計や消費電力比の追求が現在の技術的限界に達し、新しい突破口となる技術がない限り、ビットコインマイナーは過去のようにハードウェアや設備の更新によって次元を超えた計算能力競争を行うことが難しくなり、コスト管理がより重要になりました。そのため、この時期のビットコインの計算能力は横の空間での移動がより顕著になりました。

空間次元

中国の視点から見ると、横の空間の移動はまず安価な電力を追求することです。例えば数年前、マイナーは豊水期の雲貴川から石炭大省の内モンゴルや新疆への周期的な移動を行っていました。一方、グローバルな視野では、政策の影響を受けて、ビットコインを代表とする計算能力は中国から海外への集団移動を経験しました。

2013年、国内の鉱業はマイニング機器の百家争鳴を経て、ビットコイン全ネットワークの70%以上の計算能力が中国の土地にしっかりと根を下ろしていましたが、2020年10月以降、中国の計算能力の割合は急速に減少し、ケンブリッジ代替金融研究センターの統計によると、2020年10月から2021年5月にかけて、中国の計算能力の割合は70%以上から44%に減少し、数ヶ月後には計算能力の割合がゼロにまで落ちました。それに対して、アメリカのビットコイン計算能力は大幅に上昇し、2021年4月の17%から8月の35%に上昇し、その後アメリカは中国を超えて世界最大のビットコイン計算能力の供給国となりました。

2020年7月、中国のビットコイン計算能力の割合が0に

2020年10月から2021年5月にかけて、中国の計算能力の割合の減少は、海外のマイニング企業の大規模な拡張による押し出し効果によるものでした。この年、アメリカのマイニング企業Riot Blockchain, IncとCore Scientificはそれぞれビットメインから3万台と1.7万台のS19シリーズのマイニング機器を予約しました。アメリカの多くの地域では大量のマイニングファームが建設されました。また、2020年9月には中国が明確に二酸化炭素排出削減目標を提唱し、暗号鉱業は早くから後れた生産能力と見なされ、さまざまな規制の圧力を受けていました。これにより、一部の敏感なマイナーたちは行動を起こし始めました。

2021年2月、二酸化炭素排出削減目標の指導の下、石炭大省の内モンゴルが最初に行動を起こし、内モンゴルは「第14次五カ年計画」のエネルギー消費の二重制御目標を達成するためのいくつかの保障措置について意見を求め、4月末までに仮想通貨マイニングプロジェクトを整理し停止することを提案しました。その後、マイニングを取り締まるための8つの措置の意見募集原稿が発表され、整備の強化が前例のないものとなりました。

2021年5月21日、国務院は第51回金融安定発展委員会の会議を開催し、その中でビットコインのマイニングと取引行為を打撃することが言及され、一時的に新疆、四川、雲南、貴州などの電力が豊富な省が次々と清退令を発表しました。その結果、国内のビットコイン計算能力の割合は急速に0にまで低下しました。特に、6月16日には新疆準東経済開発区が暗号通貨マイニングファームの電力を停止し、一時的にビットコイン全ネットワークの平均計算能力が20%も急落しました。このことから、当時の中国のマイナーがビットコインネットワークに与えた影響の大きさがわかりますが、この影響力は今や過去のものとなっています。

2021年9月24日、「仮想通貨マイニング活動の整治に関する通知」の文書が発表され、国内の暗号鉱業の「死刑」が宣告されました。この文書は国家発展改革委員会、エネルギー局、公安部など10の省庁によって共同で発表され、以下のように規定されています：

• 仮想通貨「マイニング」プロジェクトの全面的な整理と調査
• 仮想通貨「マイニング」活動を淘汰産業に分類し、新規プロジェクトの投資建設を厳禁
• データセンターの名の下で仮想通貨「マイニング」活動を行うことを厳禁し、データセンター企業の信用監視を強化
• 仮想通貨「マイニング」プロジェクトに対するすべての財政的支援を停止

そのため、マイニングはグレーゾーンから違法行為となり、この1年、中国のマイナーは大規模に国外に移転しました。

• 2021年5月23日、火星クラウドマイニングは一部のマイニング機器をカザフスタンのマイニングファームに移転すると発表し、ライビットマイニングプールの創設者江卓尔は北米にマイニングファームを展開すると述べました。
• 2021年5月24日、ビットマイニングはカザフスタンの企業と提携し、6000万元を投資して新しいマイニングファームを建設・運営すると発表しました。
• 2021年7月27日、ビットメインは傘下のマイニングプールブランドAntpoolを分離し、海外でこの部分のビジネスを展開することを発表し、Enegixと提携してカザフスタンのマイニングファームに5万台以上のAntminer S19 Proを装備しました。さらに、火幣、バイナンスマイニングプール、嘉楠科技などの多くの中規模から大規模のマイニング企業が業務を海外に移転しました。

2022年初頭には、このマイナーの移転がほぼ完了し、アメリカ、ロシア、カザフスタンなどの国々が計算能力の移転先として最大の国となりました。かつて最大のマイニングプールであったAntpoolもアメリカのマイニング企業Foundryに譲渡され、この最大の計算能力の移転は一時的にビットコインの全ネットワークの計算能力を43%以上も下落させました。移転が完了した後、AntPool、F2Pool、ViaBTCなどの中国背景を持つマイニングプールの計算能力も迅速に回復し、計算能力ランキングの上位に留まりました。これらの大規模マイニングプールにとっては、単に別の場所でマイニングを行うだけのことかもしれません。

興味深いことに、規制の風向きが和らぐと、国内のビットコイン計算能力は再び一部回復し、chainbulletinの統計によると、現在中国におけるビットコイン計算能力の割合は約21.1%で、アメリカに次いでいます。その理由について業界関係者は、特定のマイナーが海外のプロキシサーバーを通じて国内の監視を回避し、遠隔地で秘密裏にマイニングを行ったり、オフグリッド発電を利用して電力監視を回避したりしていると推測しています。

ビットコインのグローバルな現在の計算能力マップ データ出典：chainbulletin

後POW時代

現在の暗号業界において、POWの物語の魅力は過去の輝きを失っており、逆にその高エネルギー消費や環境に優しくない点が批判の材料となっています。さらに、過去の悪意のあるマイニングによる悪影響が、この多くの外部者には理解しがたい業界に灰色の影を落としています。

悪意のあるマイニングとは、一般的にユーザーの同意や知識なしにデバイスを使用して暗号通貨を掘ることを指し、相手のデバイスの計算リソースを目立たない方法で使用してマイニングを行うことも「暗号ハイジャック」と呼ばれます。例えば、2022年11月17日、アメリカのFBIとサイバーセキュリティおよびインフラセキュリティ局（CISA）が共同で発表した報告書によると、イランが支援するネットワーク組織が連邦民間行政機関を侵入し、暗号通貨マイニングの悪意のあるソフトウェアを展開したとされています。2021年以前には、TeamTNT、H2Mine、8220などの悪意のあるマイニング組織や、Crackonosh、Lemon Duck、Sysrv-helloなどのトロイの木馬マイニングファミリーが非常に頻繁に活動しており、これらの組織やトロイの木馬ソフトウェアの横行は大きなネットワークの脅威を引き起こしました。

環境問題はビットコイン、つまりPOW公衆チェーンマイニングのもう一つの弱点です。ケンブリッジ代替金融研究センターの統計によると、2022年のビットコインネットワークの総電力消費量は約107TWHで、1700万人の人口を持つオランダの年間電力消費量に相当します。世界的なランキングで言えば、33位に位置します。また、年間に発生する炭素足跡は約43.28公トンで、香港の年間炭素足跡に相当します。さらに、マイニング機器のアップグレードと進化の総計では、ビットコインが年間に発生する電子廃棄物は4.3万トンにも達します。

ビットコインネットワークの電力消費量の統計 データ出典：ccaf

グリーン環境保護の大きな流れの中で、ビットコインマイニングがクリーンエネルギーに転換することは必然的な選択となり、ますます多くのマイニングファームが太陽光や風力などのクリーンエネルギーを選択してマイニングを行うようになりました。ビットコイン鉱業委員会BMCが昨年発表した報告書によると、2022年6月までにビットコインマイニングのエネルギー消費の66.8%がクリーンエネルギーから来ているとされています。この割合が本当にそんなに高いかどうかはわかりませんが、ビットコインがクリーンエネルギーでマイニングを行うことは広く語られるようになっており、この物語はマイニング業界が直面する政策や世論の圧力を軽減することができます。

悪意のあるマイニングやビットコインマイニングの高エネルギー消費に対する非難は、いずれもPOWメカニズムに関連しており、新しい公衆チェーンが爆発的に増加する中で、POSコンセンサス公衆チェーンが主流を占め、ビットコインが直面するこれら二つの問題を回避しました。また、POSへの移行は公衆チェーンに拡張性などの他の発展の利点をもたらしました。イーサリアムはPOWからPOSに成功裏に移行し、このトレンドに一定程度合致しました。さらに、POWからPOSへの移行は鉱業を新しい領域に導入し、流動性マイニングやゼロ知識証明のトレンドにおけるZKマイニング機器も、鉱業の新しい境界を拡張しました。

全体の暗号業界と同様に、鉱業の発展もこの浮き沈みの中で絶えず前進し、淘汰と進化を続けています。市場要因の調整もあれば、政策の介入もあります。未来の暗号鉱業がどのように進化するかは予測が難しいですが、現在この寒冬を経験しているマイニング企業にとって、生き残ることが最優先事項です。