ブロックチェーンの状態とは何ですか?新しいブロックごとにそれはどのように変化しますか?

ブロックチェーンの状態を理解する

1. ブロックチェーンの状態とは、特定の瞬間にネットワーク上に保存されているすべてのデータの現在のスナップショットを指します。これには、アカウント残高、スマート コントラクト コードとストレージ、トランザクション履歴、およびシステムによって維持されるその他の情報が含まれます。

2. イーサリアムのようなシステムでは、状態はブロックに直接保存されません。代わりに、マークル パトリシア トライとして知られる構造を通じて管理され、データの効率的かつ安全な検証が可能になります。ネットワーク内の各ノードは、この状態のローカル コピーを維持します。

3. 状態は動的であり、チェーンに新しいブロックが追加されるたびに進化します。これは、その時点までに実行されたすべてのトランザクションの累積結果を反映し、分散された参加者間の一貫性と整合性を確保します。

4. 追加専用であるブロックチェーン自体とは異なり、状態は更新できます。ただし、これらの更新はコンセンサス ルールによって厳密に決定され、トランザクションが検証されて新しいブロックに含まれる場合にのみ発生します。

5.すべての参加者が中央機関に依存せずにトランザクションの結果を独立して検証できるため、この状態によりトラストレスな対話が可能になります。

新しいブロックが状態をどのように変更するか

1. 新しいブロックがマイニングまたは提案されると、そのブロックにはネットワークのコンセンサス メカニズムに従って検証されたトランザクションのリストが含まれます。これらのトランザクションには、暗号通貨の転送、スマート コントラクトの実行、または分散アプリケーション データの変更が含まれる場合があります。

2. ノードは各トランザクションを順番に処理し、その効果を現在の状態に適用します。たとえば、アリスがボブに 5 ETH を送金した場合、システムはアリスの残高から 5 ETH を差し引き、それをボブの残高に追加します。

3. スマート コントラクトの相互作用により、より複雑な状態変化がトリガーされます。関数を呼び出すと、変数が更新されたり、イベントが発行されたり、トークンが転送されたりする可能性があります。これらはすべてコントラクトの内部ストレージを変更し、他のアカウントに影響を与える可能性があります。

4. ブロック内のすべてのトランザクションが実行されると、最終状態がハッシュ化され、「状態ルート」としてブロック ヘッダーに保存されます。この暗号化コミットメントにより、すべてのノードが同じ結果に同意することが保証されます。

5.計算された状態のルートに不一致があるとブロックが無効になり、悪意のある攻撃者による不正な変更の導入が防止されます。

状態遷移におけるコンセンサスの役割

1. Proof of Work や Proof of Stake などのコンセンサス アルゴリズムにより、どのブロックが正規チェーンの一部になるかについてすべてのノードが同意することが保証されます。ブロックに関する合意は、結果として生じる状態遷移に関する合意を意味します。

2. 各ノードは独立してトランザクションを実行しますが、決定的な実行のため、トランザクションは同一の結果に到達する必要があります。このプロパティは、ネットワーク全体で統一された状態を維持するために不可欠です。

3. フォークは一時的に競合状態を作成できます。 2 つのブロックがほぼ同時に生成されると、ネットワークの異なる部分が異なるバージョンを受け入れる可能性があります。最長のチェーンや最大の重みなどのコンセンサス ルールによって、最終的にこの相違は解決されます。

4. ブロックが後続のブロックの下に十分に埋め込まれると、それに関連する状態変更は完了したとみなされます。それらを逆転するには、実行不可能な量の計算能力またはステークが必要になります。

5.攻撃者がコンセンサスを破壊するには高額なコストがかかるため、状態遷移は暗号的にだけでなく経済的にも保護されます。

よくある質問

2 つのノードが異なる状態ルートを計算するとどうなるでしょうか? 2 つの正直なノードが同じブロックの処理後に異なる状態ルートを計算する場合、それはソフトウェアのバグまたはトランザクション実行における非決定的な動作を示します。このような不一致はチェーンの分割につながり、ノードが互いのブロックを拒否します。コミュニティは問題を迅速に特定して修正し、コンセンサスを回復する必要があります。

ブロックチェーンの状態をロールバックすることはできますか?技術的には、特にチェーンフォークや攻撃の場合、再編成中にロールバックが発生する可能性があります。より長いまたはより重いチェーンが出現すると、ノードはそれに切り替えて、以前のブロックを破棄し、状態の変更を元に戻します。ただし、特に十分にセキュリティが確保されたネットワークでは、深いロールバックは非常にまれであり、コストがかかります。

状態はどのようにオフチェーンに保存されますか?ノードは、高速な検索と更新のために最適化されたデータベースに状態をローカルに保存します。ブロックチェーンは何が変化したかを記録しますが、現在の状態自体はそれらの記録を処理することで得られます。一部のレイヤー 2 ソリューションおよびインデックス サービスは、クエリ目的で状態の外部ビューも維持します。

各ブロックに完全な状態が含まれていないのはなぜですか?すべてのブロックに状態全体を含めると、ブロックが過度に大きくなり非効率になります。代わりに、状態ルート (固定サイズのハッシュ) のみが含まれます。これにより、軽量クライアントはすべてのデータを保存せずに状態の変化を検証できるようになり、スケーラビリティとアクセシビリティが向上します。