NONCEとは何ですか、そしてそれは仕事の証明でどのように使用されていますか？

暗号化におけるノンセの概念を理解する

非CEは、暗号化通信で1回だけ使用される数です。 「NonCe」という用語は、「1回使用される数」から派生しており、データの整合性を確保し、リプレイ攻撃を防ぎ、ブロックチェーンネットワークのセキュリティを維持する上で重要な役割を果たします。ブロックチェーンテクノロジーのコンテキスト、特に仕事の実証（POW）コンセンサスメカニズムにおいて、NonCEは、鉱夫がネットワーク定義の難易度ターゲットを満たすハッシュ出力を生成するために調整するランダム値です。この値はブロックヘッダーに含まれており、有効なハッシュが見つかるまでマイニングプロセス中に繰り返し変更されます。 Nonceの一意性により、ブロックデータの残りの部分が変更されていなくても、結果のハッシュは新しいNonCe値ごとに異なることが保証されます。

労働採掘の証明におけるノンセの役割

仕事の証明において、鉱夫はトランザクションの検証とブロックチェーンに新しいブロックを追加するために競争します。そのためには、計算集中的な暗号化パズルを解決する必要があります。このパズルには、ネットワークによって設定された現在の難易度ターゲット以下のブロックヘッダーのハッシュを見つけることが含まれます。ブロックヘッダーには、以前のブロックハッシュ、トランザクションのマークルルート、タイムスタンプ、 NonCEを含むいくつかのコンポーネントが含まれています。他のフィールドは固定または制約されているため、Nonceは鉱夫が操作する主要な変数です。非CEを増加させ、ハッシュを繰り返し再計算することにより、鉱夫は難易度の状態を満たすハッシュを見つけようとします。このプロセスは完全に確率的であり、大規模な計算能力が必要です。

マイナーがノンセを使用して有効なハッシュを見つける方法

マイニングプロセスは、鉱山労働者が保留中のトランザクションを収集し、候補ブロックを形成することから始まります。ブロックヘッダーが組み立てられると、マイナーは初期のnonce値を設定します。次に、SHA-256ハッシュアルゴリズム（Bitcoinで使用）がブロックヘッダーに適用されます。結果のハッシュが難易度要件を満たしていない場合（つまり、ターゲット以上）、マイナーはNonCeを1つずつ増分し、ブロックヘッダーを再びハッシュします。このループは、有効なハッシュが発見されるまで続きます。関係するステップは次のとおりです。

• トランザクションデータとメタデータを使用してブロックヘッダーを組み立てます
• ノンセを初期値に設定します（例：0）
• SHA-256を使用して、ブロックヘッダーのハッシュを計算します
• ハッシュをネットワークの難易度のターゲットと比較します
• ハッシュが無効な場合は、NonCeを増やし、ハッシュ計算を繰り返します
• 十分な主要なゼロを備えたハッシュが見つかるまで続行します

Bitcoinの非CEフィールドは32ビットであるため、40億を超える可能な値（0から2^32-1）が可能になります。すべてのNonCE値が成功せずに使い果たされると、鉱夫はCoinbaseトランザクションやタイムスタンプなど、ブロックの他の側面を変更して、新しいブロックヘッダーを生成し、NONCE検索を再起動します。

NonCeサイズの制限とエクストラノンステクニック

NonCEフィールドの32ビット制限は、マイナーがブロック構成ごとに約43億のNonCE値しかテストできないことを意味します。最新の鉱山リグの計り知れないハッシュパワーを考えると、この範囲は数秒で使い果たすことができます。この制限を克服するために、鉱夫はエクストラノンセ戦略を採用しています。エクストラノンセは、ブロックのトランザクションデータの一部であるCoinbaseトランザクションに保存されている値です。エクストラノンセを変更することにより、マイナーはブロックのマークルルートを効果的に変更し、新しいブロックヘッダーを生成してノンセカウンターをリセットできるようにします。この手法により、検索スペースが元の32ビット制限をはるかに超えて拡張され、非CEの疲労に制約されることなく持続的なマイニング操作が可能になります。

ネットワークによる非CEの検証

マイナーが許容可能なハッシュを生成する有効なノンセを発見すると、新しいブロックをネットワークにブロードキャストします。その後、他のノードは、提供されたブロックヘッダーとNonCEを使用して単一のハッシュ計算を実行してブロックを検証します。この検証は、採掘プロセスと比較して計算的に些細なものであり、作業証明の非対称性と一致するものです。解決が難しく、簡単に検証します。ノードはそれをチェックします：

• ブロックヘッダーのハッシュは、現在の難易度のターゲットよりも少ない
• ブロックヘッダーに含まれるノンセは正しく使用されました
• ブロック内のすべてのトランザクションは有効です
• ブロックはコンセンサスルールに従います

すべてのチェックが通過した場合、ブロックはブロックチェーンに受け入れられ、マイナーは報われます。 NonCeの正確性は、この1回限りのハッシュ検証によって確認され、作業を確認するためにネットワークが追加の計算を必要としないようにします。

実用的な例：Bitcoinマイニングのノンセ

鉱夫がBitcoinブロックをマイニングしようとしている単純化された例を考えてみましょう。ブロックヘッダーには、以前のブロックハッシュ、マークルルート、タイムスタンプ、バージョン、難易度ターゲット、およびNonCEが含まれます。マイナーはnonCe = 0から始まり、ヘッダーの二重SHA-256ハッシュを計算します。結果は次のとおりです。

SHA256(SHA256(block_header)) = f43a...

このハッシュは、難易度の要件を満たしていません（例えば、十分な主要なゼロがありません）。マイナーは非CEを1に増加させ、再計算します。これは、NonCe = 2,147,856で、ハッシュが次のようになるまで続きます。

0000000abc12...

このハッシュは、現在の困難を満たしている7つの主要なゼロから始まります。マイナーはその後、勝利のノンセでブロックをブロードキャストします。他のノードは、非CE = 2,147,856で同じブロックヘッダーをハッシュすることにより検証し、結果を確認すると、必要なしきい値と一致します。したがって、ノンセの妥当性は、単一の高速検証ステップで証明されます。

よくある質問

同じノンセをさまざまなブロックで再利用できますか？はい、各ブロックには一意のヘッダーがあるため、Noncesはさまざまなブロックで再利用できます。ブロックヘッダーには以前のブロックハッシュデータとトランザクションデータが含まれているため、同じノンセ値でも、異なるブロックに適用すると、まったく異なるハッシュが生成されます。

ノンセは常に連続的に増加していますか？鉱夫は通常、ゼロから始まり、順次増加しますが、高度なマイニングソフトウェアは、ランダムなNonCE値から開始したり、複数の処理ユニットにわたって非CEの範囲を分配して冗長な計算を回避するなど、最適化された戦略を使用する場合があります。

有効な非CEが見つからないとどうなりますか？ 32ビット範囲内に有効な非CEが見つからない場合、マイナーは、エクストラノンセを介してコインベーストランザクションを変更するなど、ブロックデータを変更して新しいマークルルートを生成します。これにより、新しいブロックヘッダーが作成され、nonce検索がゼロから再起動できます。

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NonCE値は、難易度のターゲットを満たすハッシュを生成できます。ただし、有効なNONCEを見つけてブロックをブロードキャストした最初の鉱山労働者は報酬に勝ちます。ブロックが確認されると、同じブロックの他の有効なノンセスが無関係になります。