今日の競争の激しい採掘環境では、独立した小規模採掘者 (単独採掘者とも呼ばれる) には現実的に成功するチャンスは事実上ありません。ブロックを見つけて電気代やハードウェアのコストをまかなえるほどの収入を得られる確率は非常に低いため、ソロマイニングは宝くじを購入するのとほとんど変わりません。最も強力な消費者グレードの ASIC マイナーであっても、水力発電所などの低コストのエネルギー源の近くにある大規模なサーバー施設で数万個のチップを運用する大規模な商用マイニング ファームと競合することはできません。
その結果、マイナーはマイニングプールに参加して協力することが増えています。マイニング プールでは、何千人もの参加者のコンピューティング能力が結合され、報酬は参加者間で共有されます。プールに参加することで、マイナーは報酬総額の一部しか獲得できませんが、通常、定期的に (多くの場合は毎日) 支払いを受け取るため、不確実性が大幅に軽減されます。
具体的な例を考えてみましょう。マイナーが 6,000 GH/秒、つまり 6 TH/秒のハッシュ パワーを生成できるマシンを購入したとします。 2014 年 8 月の時点では、このようなデバイスの価格は約 10,000 ドルになる可能性があります。 3 キロワット (kW) で動作し、1 日あたり 72 キロワット時の電力を使用し、1 日あたりの電気代はおよそ 7 ～ 8 ドルかかります。当時のビットコイン ネットワークの難易度では、このマイナーはソロ マイニングでブロックを見つけることができるのは 155 日に 1 回、つまり平均すると約 5 か月に 1 回だけであると予想できます。マイナーがその期間中に成功した場合、報酬は 25 ビットコインになります。ビットコインの価格が約 600 ドルであれば、その報酬は 15,000 ドルの価値があります。これにより、期間中のハードウェアと電気のコストがカバーされ、約 3,000 ドルの純利益が残ることになります。
ただし、マイナーがその 5 か月以内に実際にブロックを見つけるかどうかは、運に大きく左右されます。マイナーは 2 つのブロックを見つけて多額の利益を得るかもしれませんが、10 か月間ブロックをまったく見つけられずに経済的損失を被るかもしれません。さらに悪いことに、その間、ビットコインのプルーフ・オブ・ワークの難易度は大幅に上昇する可能性があります。マイニング ハードウェアの改善ペースが速いことを考えると、マイナーが投資を回収するのに 6 か月以内に、機器がより効率的な新しい世代のマシンに追い越される可能性があります。
その同じマイナーが、5 か月に 1 回の高額の支払いを待つ代わりにマイニング プールに参加した場合、マイナーは週に約 500 ドルから 700 ドルを稼ぐ可能性があります。この安定した収入により、電力とハードウェアのコストが長期にわたって分散され、大きな財務リスクを負う必要性が軽減されます。 7 ～ 9 か月後、ハードウェアは依然として時代遅れになる可能性があり、全体的なリスクは高いままである可能性がありますが、少なくともその期間の収入はより定期的で予測可能になります。
マイニング プールは、専用のマイニング プロトコルを通じて数百、場合によっては数千のマイナーの取り組みを調整します。プールにアカウントを登録した後、各マイナーはプール サーバーに接続するようにマイニング マシンを構成します。マイニング中、デバイスはサーバーに接続されたままとなり、その作業を他の参加者の作業と同期させます。このようにして、プール内のマイナーはマイニング作業を自分たちで分担し、後で報酬を共有します。
ブロックのマイニングが成功すると、ブロック報酬は個々のマイナーではなくプールのビットコイン アドレスに支払われます。マイナーの累積報酬が指定されたしきい値に達すると、プールサーバーは定期的にそのマイナーのビットコインアドレスに支払いを送信します。ほとんどの場合、プール運営者はこのサービスの提供に対して一定の割合の料金を請求します。
プール内のマイナーは、候補ブロックを検索する作業を共有し、貢献した作業量に基づいて「シェア」を受け取ります。これらのシェアを計算するために、マイニング プールは実際のビットコイン ネットワークの難易度よりもはるかに低い難易度の目標を設定します (通常は 1,000 倍以上簡単です)。プール内の誰かが最終的に有効なブロックを見つけると、プールは報酬を受け取り、参加しているマイナー全員に、送信したシェア数に比例して報酬を分配します。
マイニング プールは、規模の大小、プロかアマチュアを問わず、すべてのマイナーに公開されています。参加者の中には、小型のマイニング デバイスを 1 つだけ操作する人もいますが、高度なハードウェアを満載したガレージを操作する人もいます。わずか数十キロワットの電力しか消費しない施設もあれば、データセンター全体を使用してメガワットの電力を消費する施設もあります。したがって、課題は、不正行為を防止しながら、各マイナーの貢献を公平に測定する方法です。
解決策は、ビットコインのプルーフ・オブ・ワーク・アルゴリズム自体を使用することですが、難易度のしきい値は低くなります。これにより、プールは公平かつ検証可能な方法で各マイナーの貢献を測定できるようになります。プール内の最小のマイナーでも定期的にある程度のシェアを獲得できるため、参加する十分なインセンティブが得られます。シェアを獲得するために必要な難易度を下げることで、プールは各マイナーが実行している作業量を推定できます。マイナーがプールの目標難易度を下回るブロック ヘッダー ハッシュを見つけるたびに、その結果はマイナーが測定可能な量の計算作業を完了したことを証明します。
さらに重要なことは、シェアを獲得するために実行されるこの作業は、ネットワーク全体で有効なビットコイン ブロックの発見に向けた進捗状況を推定する統計的に意味のある方法を提供することです。何千人ものマイナーがそれぞれ狭い範囲のハッシュ値を検索し、集合的にビットコインネットワークの難易度目標を完全に満たす結果を生み出すことができます。
サイコロ ゲームに例えると、ゲーム全体の目標は 4 より小さい数字を出すことであると想像してください。これはネットワーク全体の難易度を表します。マイニング プールでは、8 未満のすべてのロールをカウントすることで、より簡単な中間ターゲットを作成できます。8 未満のロールはゲームに勝ちませんが、シェアとしてカウントされます。この簡単な目標は頻繁に達成されるため、ゲーム自体に勝つために必要な難しい目標を達成することはめったにありませんが、プレイヤーは定期的にシェアを獲得します。
時折、プール内の誰かが 4 未満の目で出た場合、プールが勝ちます。その後、各参加者が獲得したシェア数に応じて報酬を分配できます。 8 より低い出目だけではゲームに勝利しませんが、各プレイヤーの貢献度を測定する公平な方法となり、場合によっては勝利の結果も得られます。
同様に、マイニング プールは、個々のマイナーがシェアを獲得するのに十分な頻度でプールのターゲットを満たすブロック ヘッダー ハッシュを見つけられるように、内部難易度を設定します。場合によっては、これらの試みの 1 つが、より困難なビットコイン ネットワークの目標にも到達し、有効なブロックが生成されることがあります。そうなると、プール全体が勝利します。