暗号基礎知識ノート：暗号通貨のビットコイン
本文来源：話李話外DAO
一、ビットコインについて
（一）基本紹介
ビットコイン（Bitcoin）は、ブロックチェーン技術に基づいて動作するデジタル通貨であり、この記事では暗号通貨ビットコインの知識を詳細に整理します。
最初に中本聡（Satoshi Nakamoto）が2008年10月31日にP2P foundationサイトで発表した「Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System（ビットコイン：ピアツーピア電子現金システム）」が発表されました。現在から16年が経過し、ビットコインの最大上昇幅は9600万倍を超えています。詳細は下の図を参照してください。
（上図は2024年8月のデータまで）
ビットコインは、中央管理者のいない分散型の大帳簿に相当し、誰でも記帳ができ、各ブロックはこの帳簿の1ページです。システムは自動的にビットコインを生成して報酬として与えます。このプロセスが、日常的に私たちが耳にするマイニングです。
10分ごとに全てのマイナーが同じ問題を計算し、最初に答えを出したマイナーが1ページの記帳権を得ます。記帳が完了すると、一定量のビットコインを得ることができます。これがビットコインの発行プロセスです。
ビットコインネットワークでは、新しいコインの生産速度は事前に設定されており、各取引ブロックの生成時間は約10分に保たれています。最初は、1つのブロックを成功裏に獲得した場合の報酬は50ビットコインでした。
（二）ビットコインの半減期
ブロックチェーンの規模が21万の整数倍（4年ごとに達成）になると、成功裏にブロックを獲得した際の報酬が半減します：最初は50ビットコインから25ビットコインに、次に25ビットコインから12.5ビットコインに減少します。このようにして、約2140年までに全システムで2100万ビットコインが生成され、事前に設定された総量上限に達します。その後、ビットコインは増加せず、ビットコインマイナーの収益は送金手数料によって支払われます。
ビットコインの半減期とは、通貨の価値が半減するのではなく、記帳の報酬（マイニング）が半減することを指します。
では、その報酬は具体的にどのくらいなのでしょうか？
第1〜210000ブロックでは、各ブロックの記帳報酬（すなわちマイニング）は50ビットコインです。
第210001〜420000ブロックでは、各ブロックの報酬が25ビットコインに減少します。
このようにして、21万ブロックの記帳が完了するごとに報酬が半分になります。
ビットコインは平均して10分ごとに1ブロックが生成されるため、210000ブロックを生成するには約4年かかります。つまり、4年ごとに報酬が半減します。
（三）ビットコインの半減期の市場動向
これは初回の半減期前後の価格推移グラフです：
2012年11月28日には何も起こらず、翌年の3月に価格が上昇し始め（3ヶ月以上の間隔）、266に達した後に再び下落し、2013年11月に再び急騰しました。この時、半減期からちょうど1年が経過していました。
これは2回目の半減期前後の価格推移グラフです：
2016年7月10日の半減期前にはすでに価格が上昇しており、半減後には逆に下落し、2017年初頭に再び上昇しました。
これは3回目の半減期前後の価格推移グラフです：
誰もが4年ごとに半減することを知っているため、その情報を利用して投機することはできません。
（四）ビットコインの発展の重要な出来事
2008年：中本聡という名前を使用した人物が「全く新しい電子現金システム、完全にピアツーピアで、第三者を信頼する必要がない」という計画を概説したホワイトペーパーを発表しました。
2009年：最初のビットコインが採掘されました。
2010年：Laszlo Hanyeczというプログラマーが最初のビットコイン取引を行い、10,000ビットコインで2つのPapa John'sピザを購入しました。
2010年11月1日、ビットコインのロゴが誕生しました：不明なアーティストが「Bitboy」という名前で作成し、今日まで「Bitboy」の正体は不明です。
2010年12月12日、中本聡の最後の記事：中本聡はbitcointalk.orgに最後の記事を投稿し、いくつかのDoS制限を追加し、以前に導入された警報システムの安全モードを削除しました。
2011年6月、初めてのビットコインバブル：ビットコインは2008年に誕生しましたが、2011年になってその価格が本格的に上昇し始めました。2011年初頭のビットコインの取引価格は1ドル未満でしたが、2011年6月には31ドル以上に上昇しました。しかし、Mt. Gox取引所での大規模なハッキング事件により25,000ビットコインが盗まれ、2011年11月にはビットコインの価格が2ドルにまで下落しました。
2012年11月18日、ビットコインの初回半減期：ビットコインの初回半減期はブロック高210,000で発生し、ブロック報酬が50ビットコインから25ビットコインに減少しました。
2013年3月18日、ビットコインの時価総額が初めて10億ドルを突破しました。
2016年7月9日、ビットコインの2回目の半減期：ビットコインの2回目の半減期はブロック高420,000で発生し、ブロック報酬が25ビットコインから12.5ビットコインに減少しました。
2017年11月、CMEがビットコイン先物取引を正式に開始し、ビットコインは19,000ドルの高値に達しました。
2018年1月、伝説の人物Laszlo Hanyeczが再びピザを購入することに成功しました。
2020年5月25日、ビットコインの3回目の半減期：ビットコインの3回目の半減期はブロック高630,000で発生し、ブロック報酬が12.5ビットコインから6.25ビットコインに減少しました。
2021年2月8日、テスラがビットコインでの支払いを受け入れると発表しました。
2021年2月19日、ビットコインの時価総額が1兆ドルを突破しました。
2021年4月、ビットコインの価格が65,000ドルに達しました。
2021年6月、中国がビットコインのマイニングを禁止し、ビットコインは一時30,000ドルを下回り、ビットコインのハッシュレートがアメリカに移転しました。
2021年9月7日、ビットコインがエルサルバドルの法定通貨になりました。
2021年11月、ビットコインの価格が前回のATH 69,000ドルに達しました。
2023年、ビットコインエコシステムの発展の年：Ordinals、Inscriptions、BRC20、Atomical、ARC20、Bitstamp、SRC20、Rune、Taproot Assets、RGBなどの新しい概念が次々と登場し、2023年の発展はこれまでの数年の発展の合計に匹敵します。
2024年1月、アメリカSECが11のビットコイン現物ETFの上場を承認しました。
2024年3月、ビットコイン現物ETFの影響でビットコインの価格が73,000ドルに上昇し、初めて半減期前に前回の高値を突破しました。
2024年4月、ビットコインの4回目の半減期。
2024年以降、ビットコインレイヤー2の台頭。
二、ライトニングネットワーク（Lightning Network）
（一）基本紹介
ライトニングネットワークは、ビットコインのLayer 2プロトコルであり、取引の双方の間に支払いチャネルを確立することで、ビットコインの取引速度とプライバシーを向上させます。ライトニングネットワークの主な考え方は、大量の取引をビットコインのブロックチェーンの外で行い、重要な部分だけをチェーン上で確認することです。
この設計は、2015年2月に「The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments」という論文で最初に提案されました。ライトニングネットワークは、スマートコントラクトの考え方を導入してオフチェーンの取引チャネルを改善します。核心的な概念は主に2つあります：RSMC（Recoverable Sequence Maturity Contract）とHTLC（Hashed Timelock Contract）。前者はオフチェーン取引の確認問題を解決し、後者は支払いチャネルの問題を解決します。
ライトニングネットワークでは、2人のユーザー間に支払いチャネルを確立できます。これは通常、ビットコインのブロックチェーン上に特別な取引を作成することで実現され、この取引は一定量のビットコインをマルチシグウォレットに「ロック」します。この取引は「資金エスクロー取引」と呼ばれ、支払いチャネルの開始を示します。
従来のブロックチェーンネットワークでは、各ノードは各取引を全体としてネットワークにブロードキャストした後に処理します。その結果、ネットワークが混雑すると、取引の処理が遅くなり、高額な手数料が発生する可能性があります。ライトニングネットワークは、ユーザー間に支払いチャネルネットワークを構築することで、オフチェーン取引を瞬時に完了させ、基盤となるブロックチェーンネットワークの確認を待つ必要がありません。
（二）ライトニングネットワークの運用方法
チャネルの開設：2人のユーザーは共同でライトニングネットワークチャネルを作成でき、各自がブロックチェーン上に一部のビットコインをロックしてチャネルの初期資金とします。これらの資金はチャネル内のオフチェーン取引に使用されます。
オフチェーン取引：チャネルが開設された後、2人のユーザーはチャネル内で複数回のオフチェーン取引を行うことができ、これらの取引は実際にはメインブロックチェーンに提出されず、チャネル内部でのみ決済されます。
チャネルの閉鎖：ユーザーがチャネルを終了し、最終的な取引結果をメインブロックチェーンに提出したい場合、チャネルを閉じることができます。これにより、最終的な取引状態がブロックチェーンに記録され、決済が完了します。
三、ビットコインUTXOモデル
ビットコインの取引では、入力と出力を指定する必要があります。入力は支払い側が使用するUTXO（未使用取引出力）であり、出力は受取側に支払われるUTXOです。
UTXOはどう理解すればよいでしょうか？例を挙げて説明します：
仮にAとBのウォレットにそれぞれ10ドルがあるとします。今、AがBに5ドルを送金したい場合、イーサリアムの方法（イーサリアムが採用しているアカウント残高モデル）で送金する場合、Aのウォレット残高を5ドルに変更し、Bのウォレット残高を15ドルに変更すれば、この取引プロセスは完了します。
しかし、UTXOモデルを使用して取引を行う場合は全く異なります。Aは10ドルを一括で使い、これがビットコインネットワーク内で2つの5ドルに分割されます。そのうちの1つはBに移転され、もう1つはAに戻ります。このプロセスは、Bのウォレットが新しい5ドルを受け取ったことに相当します。そして、Aのウォレットにはお釣りの4ドル（マイナー手数料が1ドル引かれたと仮定）が戻ります。これは、あなたが現金を使ってオフラインで支払うのに似ています。
次に、インスクリプションに戻ります。もしあなたがインスクリプションを作成するために取引所から0.1BTCをウォレットに引き出した場合（つまり、あなたは現在0.1BTCのUTXOを持っていることになります）、インスクリプションを鋳造（取引）する際、この唯一のUTXOは「提出段階」で使われます。仮にインスクリプションに0.05BTCが必要だとすると、余分なビットコインは理論的にはあなたのアドレスに戻ることになります。しかし、あなたのアドレスには現在1つのUTXOしかなく、ちょうどビットコインのブロック生成時間が10分かかる（ここでは10分と仮定していますが、もっと長くなる可能性もあります）ため、その10分間、あなたのアドレスのUTXOは0に相当します（すでに使われているUTXOは再度使用できないため）、つまり、新しいUTXOを作成することができず、インスクリプションが失敗することになります。これが、残高不足が表示される根本的な理由です。
四、ビットコインの主要なエコシステムの発展状況を振り返る
（ビットコインエコシステムの地図）
ビットコインLayer2とは何ですか？
Layer2はLayer1の上に構築された独立したブロックチェーンネットワークであり、Layer1の大部分の取引をLayer2にパッケージ化して負荷を軽減し、容量を拡大することを目的としています。
注：ビットコインエコシステムの知識体系のマインドマップ（公式アカウントに「ビットコインマップ」と返信すると高解像度の原図が得られます）
知識索引
ビットコインLayer2の発展の歴史の簡単な説明
SegWit（Segregated Witness）：2015年12月にBitcoin Coreの開発者Eric Lombrozo、Johnson Lau、BlockStreamの共同創設者Pieter Wuilleによって提案されたビットコインのスケーラビリティ改善提案。
SegWit（BIP141）は2017年に実施されました。SegWitのアップグレードによってもたらされた最も顕著な利点は、ブロック容量の増加であり、Layer2の発展の基盤を築きました。
Taproot：2018年1月にBitcoin Coreの開発者Greg Maxwellによって発表されたTaproot提案は、2021年に正式に実施されました。TaprootはSegWit以来の重要なアップグレードであり、プライバシーの向上、取引検証の簡素化、効率の向上、より複雑なスマートコントラクト処理能力を目指しています。
これらのアップグレードはビットコインLayer2の発展への道を開きました。主流のLayer2ソリューションには以下が含まれます：
ステートチャネル（State Channels）：参加者がすべての取引をブロックチェーンに記録することなく、複数回の取引を行うことを可能にします。
サイドチェーン（Sidechains）：メインチェーンとは独立して動作するブロックチェーンであり、資産をメインチェーンとサイドチェーンの間で移転することを許可します。
ロールアップ（Rollup）：大量の取引をパッケージ化してメインチェーンに提出することで、高効率のスケーリングソリューションを提供します。
PoS拡張：プルーフ・オブ・ステーク（PoS）に基づく拡張ソリューションであり、ネットワークの拡張能力と効率をさらに向上させます。
五、ビットコインETF
（一）ETF（上場投資信託）とは何ですか？
上場投資信託（ETF）は、株式取引所で取引される投資信託であり、その取引方法は株式に似ています。ETFは株式、商品、債券などの資産を保有し、通常はその取引価格が純資産価値に近づくように設計された仲裁メカニズムを運用しています。
ビットコインETFは、実際に暗号通貨を所有することなくビットコインに間接的に投資できる投資信託です。ETFは従来の金融システムに存在するため、ビットコインETFはより広範な投資家層に門戸を開きました。
2024年1月、アメリカ証券取引委員会は、アメリカで上場される11のビットコイン現物ETFを承認しました。
（二）現物と先物の暗号通貨ETFの違いは何ですか？
対象資産：現物ビットコインETFは、ビットコインを対象資産として直接保有します。これは、ファンドが実際のビットコインを所有し、管理していることを意味します。ETFの価格はビットコインの価格変動を追跡し、価格の関連性を維持するためのさまざまな埋め込みメカニズムを持っています。一方、先物ビットコインETFは、通常ビットコインを対象資産とする先物契約を保有します。これらの契約は、将来の特定の日にビットコインを予め定めた価格で売買する合意を表します。
取引メカニズム：現物ビットコインETFはビットコインのリアルタイム価格を追跡します。トレーダーが現物ビットコインETFの株式を購入すると、ファンドは同等のビットコインを購入し、保有します。先物ビットコインETFは、先物契約の価格を追跡し、これらの契約は規制された先物取引所で取引され、満期日があります。ETFのパフォーマンスはこれらの先物契約のパフォーマンスに関連しており、ビットコインの現物価格とは異なります。
リスクプロファイル：現物ビットコインETFは、ビットコインを所有し管理することに関連するリスクを負います。ETFの価値はビットコインの価格変動に応じて変動する可能性があります。先物ビットコインETFは、先物契約の満期リスクやビットコイン先物価格と現物価格の間に生じる可能性のある価格差など、追加のリスクを伴います。これらのETFは、先物取引に関連する市場リスクや流動性リスクも持っています。
この小節の内容はここまでにします。これは「暗号基礎知識ノート」シリーズの第2部の内容です。知識構造図の中のさらなる内容については、引き続き連載していきます。完全版の「暗号基礎知識ノート」は連載が完了した後、統一してPDFに整理し、ダウンロードして読めるように提供します。
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