グレースケール：ビットコイン・マイニングは世界のエネルギー・インフラにどう影響するか

Source: Grayscale; Compiled by Five Baht, Golden Finance

Summary

• ビットコインが世界的なデジタル通貨システムとして機能できるようになったのは、ビットコインのマイニングのおかげである。style-type: disc;">

• ビットコインがグローバルなデジタル通貨システムとして機能できるようになったのは、ビットコインのマイニングのおかげである。今日、ビットコインのマイニング・ネットワークは、毎秒700兆を超える速度で「ハッシュ」を生成するほど大規模になっている。[1]

• ビットコインの採掘者は、新しいビットコインの発行とネットワーク取引手数料から収入を得ています。また、資本設備、電気代、その他の運営コストに対する手数料も発生します。多くの採掘業者は貸借対照表にビットコインも保有しており、人工知能（AI）や高性能コンピューティング（HPC）サービスに多角化する業者も増えています。

• グレイスケールリサーチ（Grayscale Research）は、ビットコインマイニングが世界の電力使用量の0.2％を占めるに過ぎないと推定しています。クリーンエネルギーも、ビットコインマイニングが消費する電力のうち、他のどの産業よりも高い割合を占める可能性があります。ビットコインマイニングは、特にメタン排出などの分野で、環境目標の達成を加速するのに役立つ可能性があります。

ビットコインは、2兆ドル相当の分散型オープン・コンピューター・ネットワークです。[ネットワーク参加者は、ブロックチェーンに次のブロックを追加し、報酬を受け取る権利を競い合っています。今日、ビットコインの採掘者は信じられないほどの規模で活動し、現実の資源をデジタルのセキュリティに変えている。ビットコインのブロックチェーンを保護するために使用されるコンピューティングパワーは、そのデジタル「金庫の扉」であり、グローバルなデジタル通貨システムのメカニズムとして使用できる自律的なコンピュータのネットワークである。ビットコインの採掘施設を運営するために必要な技術的専門知識、資本支出、継続的な運営費、そして競争の激しいビジネスの性質は、ビットコインのネットワークを分散化し、攻撃するためのコストを維持するのに役立っています。

上場しているビットコインマイナーに投資することで、ブロック生産による収入を得ることができるほか、時間の経過とともに上昇するネットワーク取引手数料から収益が増加する可能性があります。実際、上場しているビットコインマイナーの多くは、採掘されたビットコインをバランスシートに保持したり、公開市場でビットコインを購入したりしており、異なるビジネスモデルに従っている。ビットコイン・マイナーはまた、人工知能やハイパフォーマンス・コンピューティング（HPC）用のデータセンターを運営するなど、多角化も始めている。

現代の奇跡

技術的に複雑であるにもかかわらず、ビットコインの採掘プロセスは概念的には単純です。専用のコンピューターが乱数を推測する競争を行い、最初に正しい数字を推測したマシンがブロックチェーン（「マイニングブロック」）を更新する権利を得る。勝利した採掘者は、新しく発行されたビットコインと取引手数料（「ブロック報酬」）を受け取ります。[3]

この競争には近道はなく、たとえば正しい数字をより速く見つけるためのアルゴリズムもない。このプロセスは偶然のゲームと見なすことができる。マイナーは正しい解を見つけるまで推測を続ける。望む数字が出るまで多面体のサイコロを振るようなものだ。したがって、勝つ確率は、採掘者が1秒間にできる推測（「サイコロの目」）の数の関数である。最も多くのマシンや最も効率的なマシンを持つオペレーターは、最も多くの推測を行い、ブロックで報われる可能性が最も高くなります。

技術的には、勝利の結果は単なる乱数ではなく、その数字を他のデータと組み合わせた「ハッシュ」です。コンピュータサイエンスにおいて、ハッシュ関数とは、任意のデータをハッシュ値と呼ばれる文字列や数字に変換する数学的演算のことである。例えば、ビットコインネットワークで同じハッシュ関数を使用すると、「Bitcoin」という単語のハッシュ値は次のようになります：

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つまり、ビットコインのマイナーの目標は、ハッシュを素早く生成することです。乱数を他のデータと組み合わせること）を計算し、それが正しいかどうかをチェックすることです。

現在、推定500万から600万人のビットコインマイナー[4]が驚くべき規模でハッシュを生成している（図1）。合計で、ビットコインのマイナーは、過去90日間で、毎秒765エセリアルハッシュ（EH/s）の平均レートでハッシュを生成している[5]。[5] EHは1兆(10^18)個のハッシュに等しい。つまり、簡単に言えば、平均的なビットコインのマイナーは、1秒間に7000万回以上、乱数を推測し、そのハッシュを計算していることになります。この数字を文脈に当てはめると、地球上にはおよそ7.5兆個の砂粒と10兆匹の生きた昆虫がいると推定される。[6]

図1：ビットコインの採掘者はハッシュを大量生産する

これらすべてのハッシュを生成するにはコストがかかります。報酬を競うために、マイニング事業者は特殊なマシンやその他のハードウェアを購入し、継続的な電力とメンテナンスコストを支払う必要があります。つまり、正しいハッシュを生成することで、採掘者は「プルーフ・オブ・ワーク」、つまり経済資源を費やしたことを証明し、ブロックチェーンを更新することを信頼されるのだ。

ビットコインを攻撃することは、既存のビットコインマイニング産業を破壊することを意味します。理論的には、悪意のあるアクターがネットワークのハッシュレートの51%をコントロールし、ほとんどのブロックを採掘できるようにすれば、ネットワークを混乱させることができます（たとえば、ビットコインを二重に支払ったり、特定のトランザクションを検閲したり）。ある論文で研究者は、2024年2月の時点で、ビットコインネットワークに対する1時間の51％攻撃のコストは50億ドルから200億ドル（攻撃者がマイニングマシンにアクセスする方法によって異なる）になると推定しています[7]。 悪意のある行為者がビットコインネットワークを混乱させる方法は事実上ありません。[7] 現実には、どの行為者もこれらのリソースを費やす金銭的インセンティブを持っておらず、いずれにせよ、ネットワークにはマイニング以外の防御メカニズムがある。[8]

The Business of Bitcoin Mining

Bitcoin miners earn an income that is equal to the reward for mining a new block, and they are also required to pay the electricity to run the machine and generate the hashes (as well as potentially other operational costs such as maintenance, mining pool fees, etc.)。したがって、ビットコインマイナーの目標は、可能な限り低いコストで1秒間に最も多くのハッシュを生成することです。

2024年、マイナーは合計で約230,000ビットコインを作り、150億ドル近くの価値がありました（同時期の価格で）。[9]これは2014年から約19倍に増加し、年平均成長率は34%になります（図表2）。ビットコインの新規発行率は4年ごとに減少し、これはビットコインの半減として知られる現象です。ビットコインベースでの発行量は減少しているものの、米ドルでのビットコイン価格の上昇により、マイニング収入は長期的に増加している。将来的には、ビットコイン価格の上昇および/またはネットワーク取引手数料の増加により、マイニング収入が増加する可能性があります。

図2：ビットコインマイニング収益の経年成長

マイニング業者には、主にマシンを動かすために必要な電力という形で、運営費が発生します。[10]各事業者は独自の電力購入契約を交渉するが、その内容は世界各地で大きく異なることがある。ヒューリスティック分析の目的のために、仮想的な電力コストを使用し、他のコストを無視することで、ビットコインマイナーの全体的な経済性の単純化された図を作成することができます。例えば、図 3 は、ビットコインマイナーの収益と、1 キロワット時（kWh）当たり 0.05 ドルの価格を想定した電気料金の総コストの推定値を比較したものである。収益と電力コストの差は、マイナーの営業利益率を簡略化した指標と考えることができる。マイナーは、ブロック報酬のドル価値が上昇すると利益を得、ハッシュを生成するドル価格が上昇すると損失を被ります。

図3: マイナーの営業利益率は、ブロック報酬と電力コストの差を反映しています

採掘者が世界的に直面している電力コストのばらつきを考えると、より直感的な指標は、与えられた電力消費から得られるドル価値かもしれません。-例えば、メガワット時（MWh）あたりの採掘者の収益です。マイニング業界の関係者は、「ハッシュ価格」という密接に関連する概念にしばしば言及する。この概念は非常に似ているが、ハッシュ価格はマイナーの効率が上がるにつれて低下する傾向がある。その結果、マイナーの収益と消費電力の比率は、マイナーの経時的な経済性の変化をより正確に反映する可能性がある。図4は、ビットコインマイナーの1メガワット時当たりの1日の収益を示している。この推定値は、2024年に半減される頃に大きく変動するものの、過去2年間はほぼ安定しています。

図4：マイナーのメガワット時あたりの収益は過去2年間ほぼ安定している

ビットコインの採掘業者への投資

上場している採掘業者の株式への投資は、株式市場のツールを通じてビットコイン経済へのエクスポージャーを提供します。ビットコインのマイナーのビジネスモデルはますます多様化しているかもしれませんが、すべてのマイナーは、ハッシュを生成し、ブロックを採掘し、ブロック報酬を得るという中核事業に携わっています。電力コスト、電力以外の運営費、その他の要因[11]の違いにより、各マイナーは異なる実効価格でブロック報酬を受け取る。2024年第3四半期において、上場している最大手のマイナーは、平均34,000ドルから59,000ドルのコストでビットコインを生産しています（図表5）。これに対し、今四半期のビットコインの平均価格は61,000ドルでした。

図表5：生産コストはマイナーによって異なる

ビットコインのマイナーは、さまざまな方法で貸借対照表にビットコインを保有しています。あるマイナーはブロック報酬をすぐに清算し、あるマイナーはそれを保持し、あるマイナーは公開市場で追加のビットコインを購入することさえあります。もちろん、 貸借対照表の方針の違いは、ビットコインの価格が変動したときに、上場マイナーの相対的な財務パフォーマンスに大きな影響を与える可能性がある（図6）。とはいえ、多くの要因が個々のマイナーのリスクプロファイルに影響を与え、相対的に高いビットコインのバランスシート保有額を持つマイナーは、ブロック報酬を清算するマイナーよりも必ずしもリスクが高いわけではない。

図6：一部のマイナーは貸借対照表にビットコインを保有している

最近、ビットコインマイナーは、データセンターのインフラに対する需要が急増している他のAIやハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）サービスにも進出し始めています。.例えば、ゴールドマン・サックスの調査[12]では、データセンターの電力需要（暗号通貨を除く）は2023年から2030年の間に160％成長すると推定されている。ビットコインの採掘業者は、低コストの電力と関連インフラへのアクセスを既に持っているため、AI/高性能コンピューティング市場への供給において競争上の優位性を持つ可能性がある。2024年初頭、時価総額で第3位の上場採掘業者であるCore Scientificは、専門的なAIインフラサービスを提供するCoreWeaveと長期契約を締結したと発表した[13]。[13] 2024年6月のCore ScientificとCoreWeaveの契約の発表以来、他の上場マイナー数社がAI/ハイパフォーマンスコンピューティングの分野に進出するための措置を講じている。

ビットコインの採掘と持続可能性

ビットコインの採掘は、分散型のデジタルセキュリティを作り出すために、電力という現実の経済資源を消費します。デジタル通貨システムとしてのビットコインの成功は、マイニングが現在かなりの量の電力を消費していることを意味します。ビットコインは、すでにクリーンエネルギー資源のかなりの部分を使用しているユニークなエネルギー消費者であり、Grayscale Researchは、時間の経過とともにグリーンエネルギー移行に積極的に貢献できると考えています。

コインメトリクスのMINE-MATCHアルゴリズムからのデータを使用して、ビットコインネットワークは過去12ヶ月間で約175テラワット時（TWh）の割合で電力を消費したと推定しています。[14]これは、Cambridge Centre for Alternative Financeの推定値（図7）に匹敵する。2023年（入手可能な最新の年）のデータに基づくと、ビットコインのエネルギー消費量は世界の総電力使用量の0.2％に相当する（送電中の電力損失を考慮）。[15]ケンブリッジ代替金融センターによると、データセンターは年間約200TWhの電力を消費しており、AIモデルの使用によりデータセンターのエネルギー消費量が増加する可能性があると予測されている。[16]

図7：ビットコインの採掘はデジタルセキュリティを作るために電力を消費する

ビットコインは、一般的な家庭用や商業用のユーザーと比べて、ユニークなエネルギー消費者です。ビットコインの採掘はモジュール式で持ち運び可能で、場所に依存せず、中断可能で、電力価格の変化に非常に敏感です。その結果、マイナーはクリーンなエネルギー資源が費用対効果の高い場所で操業できることが多い。ビットコインマイニング業界で使用される電力の約50～60%は、持続可能なエネルギー源（原子力を含む）から供給されていると推定されている[17]。[17] 米国と世界全体では、持続可能な発電の割合は約40パーセントである。[18]2023年（利用可能な最新の年）のデータを使用し、ビットコインの電力消費の50%～60%の持続可能なシェアを仮定すると、ビットコインのマイニングは発電に関連する世界のCO2排出量の0.2%～0.3%に責任があると推定されます。[19]

Grayscale Researchは、ビットコインのマイニングは、今後数年間で再生可能エネルギー生産の採用を加速させる一助になると考えています。ビットコインマイニングはそのユニークな特性から、特に主要な人気中心地への送電がない場所では、再生可能エネルギーインフラ開発への投資を促します。Bitcoin mining can also help stabilize grid demand - そうでなければ消費パターンや天候によって変動してしまう。-- テキサス州電力信頼性評議会（ERCOT）のシステムのように。[20] さらに、サステナブル・ビットコイン・プロトコルのような新興企業は、クリーンエネルギーの使用を奨励し、メタン排出を削減する努力に報いるための市場ベースのメカニズムを構築している。メタン排出への取り組みは、ビットコインマイナーが環境目標に貢献するための特に重要な方法となる可能性がある。メタンガスは、フレアガス、つまり石油を生産する際に燃焼して発生する天然ガスから放出される。クルーソー・エナジーのような企業は、余分な天然ガスを放出する代わりに回収し、電気に変換してビットコインの採掘者に電力を供給する方法を開発した。

デジタル資産、人工知能、その他の産業など、テクノロジー利用の拡大により、今後数年間で電力生産に対する大きな需要が生まれるでしょう。グレイスケールは、ビットコインは世界の電力インフラの健全性に貢献し、他の多くの産業と比較して、再生可能エネルギーへの移行を加速させる独自の立場にあると確信しています。

[1]出典：コインメトリックス。2025年1月31日時点のデータ。

[2]出典：Coin Metrics.2025年1月31日時点のデータ。

[3]この数字は「nonce」（一度だけ使用される数字）と呼ばれ、純粋なランダムではない。例えば、"The Mystery of Bitcoin's Nonce Pattern," BitMEX Research, 2019を参照。

[4]出典：Grayscale Research 報告されたネットワークのハッシュレートとマイナーの平均生産性の推定値に基づく計算。後者については、コインメトリクスのMINE-MATCHデータと、ハッシュと電力価格の異なる組み合わせにおける個々のマイナーの収益性の分析に基づく125TH/sという中心的な推定値を使用しています。

[5]出典：コインメトリックス。2025年1月31日時点のデータ。

[6]出典："地球上の砂粒の数と空に輝く星の数はどちらが大きいか？" , NPR 2012年9月; "地球上の砂粒の数と空に輝く星の数はどちらが大きいか？NPR, September 2012; "Insect Populations (Species and Individuals)", Smithsonian Institution.

[7] Nuzzi, Waters, and Andrade, "Breaking BFT: Quantifying the Cost of Attacking Bitcoin and Ether".15 February 2024.

[8]例えば、"Analysing the Bitcoin Consensus: The Risks of Protocol Escalation," Ren Crypto Fish, Steve Lee, and Lyn Alden, November 2024を参照。

[9] 出典：Coin Metrics.

[10]常時稼働しているマイニングマシンにはさまざまな種類がある。データプロバイダーであるCoin Metrics社は、ネットワークにハッシュレートを積極的に提供しているマシンの種類を特定する技術を開発しました。このデータを使用して、消費電力とネットワーク上のアクティブなマシンの数を推定します。

[11]例えば、マイナーはプール料金などの他のコストが発生する可能性があり、収益は特定のブロックの料金収入によって異なる可能性があります。

[12]出典：「Generational Growth - AI/データセンターにおける世界的なパワー急増と持続可能性への影響」ゴールドマン・サックス、2024年4月4月30日

[13] 出典：「コア・サイエンティフィックが人工知能企業と12年契約を締結、総収益35億ドルを見込む」『ブロック』2024年6月4日号

[14]2025年1月31日を末日とする365日間で、この方法論は177.8TWhの年間電力消費を意味する。

[15]出典：Energy Institute's Statistical Review of World EnergyとCambridge Centre for Alternative Financeのデータに基づくグレースケール計算。

[16] Source: Cambridge Centre for Alternative Finance; "AI and cryptocurrencies are surgeging carbon emissions, and tax policy can help", Shafik Hebous and Nate Vernon-Lin.IMFブログ、2024年8月15日。

[17] 出典：例えば、Daniel Battenの「Energy and Emissions Sustainability Tracker」、「Bitcoin Mining Council Survey Confirms Year-over-Year Improvements in Sustainable Electricity and Technological Efficiency」を参照。Bitcoin Mining Council、2023年8月。

[18]出典：Energy Institute's Statistical Review of World Energyのデータに基づくグレースケール計算。

[19] 出所：エネルギー研究所の「世界エネルギー統計レビュー」のデータに基づくグレースケール計算。

[20] 出所：米国エネルギー情報局。