ブロックチェーンはどのようにトランザクションを記録しますか？

ブロックチェーンの構造を理解する

ブロックチェーンは、暗号原理を使用して一緒にリンクされたブロックで構成される分散型デジタル元帳です。各ブロックには、一連のトランザクション、タイムスタンプ、および暗号化ハッシュを介した前のブロックへの参照が含まれています。この構造は、データの整合性を保証し、改ざんを防ぎます。前のブロックのハッシュは現在のブロックに埋め込まれ、時系列鎖が形成されます。ブロック内のデータが変更された場合、ハッシュは変更され、チェーンを破り、改ざんが明らかになります。この相互接続された設計は、トランザクションが安全に記録される方法の基本です。

ブロックヘッダーには、バージョン番号、タイムスタンプ、マークルルート、難易度ターゲット、ノンセなどのメタデータが含まれます。これらの中で、マークルルートは、ブロック内のすべてのトランザクションを要約することにより、重要な役割を果たします。 1つのハッシュが残るまで、トランザクションIDのペアを繰り返しハッシュすることによって生成されます。これにより、トランザクションが特定のブロックに属しているかどうかを効率的かつ安全に検証できます。

ネットワーク内のノードは、ブロックチェーン全体のコピーを維持します。新しいトランザクションが発生すると、すべての参加ノードにブロードキャストされます。これらのノードは、新しいブロックに含める前にコンセンサスルールに基づいてトランザクションを検証します。この分散型検証プロセスにより、単一のエンティティが元帳を制御しないことが保証されます。

トランザクションの開始と伝播

ユーザーが暗号通貨トランザクションを開始すると、資金の所有権を証明するために秘密鍵で署名します。トランザクションには、送信者のアドレス、受信者のアドレス、金額、デジタル署名が含まれます。このデータは、ノードを介してピアツーピアネットワーク全体でブロードキャストされます。

トランザクションを受信する各ノードは、予備的な検証を実行します。

• デジタル署名を検証して、信頼性を確認します
• 送信者が十分なバランスをとることを保証します
• 二重支出の試みを確認します
• トランザクションの確認は、ネットワークプロトコルに準拠しています

検証されると、トランザクションはMempool （Memory Pool）と呼ばれるプールに配置され、鉱山労働者または検証装置によって拾われるのを待ちます。 Mempoolは、未確認の取引の保有エリアとして機能します。通常、より高い料金のある取引が優先順位を付けられ、ブロックに迅速に含めることを奨励します。

ブロックの形成とマイニングプロセス

鉱山労働者またはバリデーターは、Mempoolから取引を収集し、新しいブロックの形成を開始します。彼らは、料金のインセンティブとサイズの制約に基づいてトランザクションを選択します。選択されたトランザクションはマークルツリーに編成され、結果のマークルルートがブロックヘッダーに配置されます。

ブロックをブロックチェーンに追加するには、鉱夫は仕事の実証（POW）として知られる計算集中的なパズルを解決する必要があります。これには、結果として生じるハッシュがネットワークの難易度のターゲットを満たすまで、変化するノンセ値でブロックヘッダーを繰り返しハッシュすることが含まれます。

このプロセスには、実質的な計算能力とエネルギーが必要です。有効なハッシュが見つかると、マイナーは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。他のノードは確認してください：

• 仕事の証明解決策
• ブロック内のすべてのトランザクションの有効性
• マークルルートの正しさ
• 前のブロックハッシュの一貫性

ブロックがすべてのチェックを通過した場合、ノードはブロックチェーンのコピーに追加します。

コンセンサスメカニズムと最終性

コンセンサスメカニズムにより、すべてのノードがブロックチェーンの状態に一致するようになります。 Bitcoinのような仕事の証明（POW）システムでは、最も長い有効なチェーンが真実として受け入れられています。ノードは、コンセンサスルールに準拠していないブロックを自動的に拒否します。

登録後のイーサリアムのようなSport of Stake（POS）システムでは、バリデーターが選択され、担保として「利害関係」である暗号通貨の量に基づいてブロックを作成します。バリデーターはブロックを提案し、証明し、スーパーマジョリティがブロックの有効性に同意したときにコンセンサスが達成されます。これにより、POWと比較してエネルギー消費が削減されます。

トランザクションの最終性は、ブロックが後続のブロックの下に十分に埋もれている場合に発生します。 POWでは、6つの確認（6つの後続のブロック）がしばしば安全であると見なされます。 POSでは、特定の証明の後にブロックをロックするチェックポイントメカニズムにより、最終性が高速になる可能性があります。

不変性とセキュリティ機能

トランザクションが確認されたブロックに含まれ、複数の後続のブロックが追加されると、それが実際に不可能になります。トランザクションを変更するには、攻撃者は、ネットワークの他の部分よりも速いターゲットブロックとすべての次のブロックを再マイニングする必要があります。これは、 51％の攻撃として知られるネットワークの総計算能力の50％以上を必要とする偉業です。

暗号化されたハッシュは、各ブロックが前任者と一意に結びついていることを保証します。トランザクションデータのわずかな変更でさえ、まったく異なるハッシュが生成され、チェーンが破壊されます。デジタル署名は、正しい秘密鍵の所有者のみが取引を承認できるため、不正な支出を防ぎます。

さらに、パブリックキー暗号化により、機密情報を公開することなく、送信者の公開キーを使用してトランザクションの信頼性を確認できます。分散化、暗号化、コンセンサスのこの組み合わせは、トランザクションを記録するための非常に安全な環境を作成します。

レコードの透明性とアクセシビリティ

パブリックブロックチェーン上のすべてのトランザクションは透明であり、ブロックチェーンエクスプローラーを使用している人は誰でも表示できます。各トランザクションは、個人的なアイデンティティではなくウォレットアドレスに関連付けられており、仮名を提供します。ユーザーは、ある住所から別の住所への資金の流れを追跡できます。

ノードは、ブロックチェーンの完全なコピーを維持し、冗長性と可用性を確保します。一部のノードがオフラインになっても、ネットワークは動作し続けます。軽いクライアントは、ブロックヘッダーとマークルプルーフを使用する簡素化された支払い検証（SPV）に依存することにより、チェーン全体を保存せずにトランザクションデータにアクセスできます。

この透明性により、分散化を維持しながら監査可能性が可能になります。組織と個人は、中央当局に依存することなく、取引履歴を独立して検証できます。

FAQ

ブロックに追加される前に、トランザクションはどのように検証されますか？トランザクションは、暗号化方法を使用してノードによって検証されます。各ノードはデジタル署名をチェックして、送信者が資金を所有していることを確認し、過去のトランザクションをレビューすることで送信者が十分なバランスをとっていることを確認し、トランザクションが以前に費やされていないことを保証します（2倍の支出なし）。これらのチェックに合格した後にのみ、ブロックに潜在的に含めるためにメモリに追加されたトランザクションがあります。

2人の鉱夫が同時にブロックを作成するとどうなりますか？ 2つのマイナーが有効なブロックを同時にブロードキャストすると、ネットワークは一時的に2つのチェーンに分割されます。ノードは、最初に受け取ったブロックに基づいて構築され続けます。最終的に、より累積的な作業証明（長いチェーン）を備えたチェーンが受け入れられたバージョンになります。もう1つのブロックは孤児ブロックになり、その中のトランザクションは、メンバーへの勝利チェーンリターンに含まれていませんでした。

記録されたトランザクションを逆にすることはできますか？いいえ、ブロックチェーン上のトランザクションは、一度確認されると不変です。トランザクションを逆転させる中央の権限はありません。トランザクションが誤って送信された場合、回復は受信者が自発的に資金を返すことに依存します。これは、送信する前にアドレスと量を確認することの重要性を強調しています。

トランザクションの記録において、マークルツリーはどのような役割を果たしますか？ Merkle Treeは、ブロック内のすべてのトランザクションを効率的に要約します。トランザクションペアを再帰的にハッシュすることにより、ブロックヘッダーに保存された単一のマークルルートを生成します。これにより、特定のトランザクションがすべてのトランザクションをダウンロードせずにブロックの一部であるかどうかを迅速に検証し、スケーラビリティとセキュリティを向上させることができます。