ブロックチェーンで新しいブロックはどのように作成されますか？

鉱山労働者とバリデーターの役割を理解する

ブロックチェーンネットワークでは、Proof-of-Stake（POW）システムの鉱夫として知られる参加者を含む分散プロセスを通じて、新しいブロックが作成されます。これらの参加者は、トランザクションを確認し、それらをブロックにパッケージ化する責任があります。仕事の証明において、鉱夫は計算能力を使用して複雑な暗号化パズルを解決するために競争します。パズルを解決した最初の鉱山労働者は、ブロックチェーンに新しいブロックを追加する権利を得ます。証明の場合、バリデーターは、担保として「利害関係」である暗号通貨の量に基づいて選択され、エネルギー集約型計算の必要性を減らします。選択プロセスにより、信頼できる参加者のみが新しいブロックを提案できるようになります。

トランザクションの集約と検証

新しいブロックが作成される前に、トランザクションを収集して検証する必要があります。ネットワーク全体のノードは、ユーザーのウォレットから放送された保留中のトランザクションを受け取ります。各ノードは、次のことを確認することにより、これらのトランザクションの有効性をチェックします。

• 送信者には十分な資金があります。
• デジタル署名は正しいです。
• トランザクションはネットワークルールに準拠しています。検証されると、取引はメンバーに配置されます。これは、未確認の取引のための一時的な保有エリアです。鉱夫またはバリデーターは、これらのトランザクションのグループを選択して、次のブロックに含まれます。多くの場合、この選択は、より高い取引手数料で取引を優先し、より速い包含を奨励します。

ブロックヘッダーの構築

ブロックチェーンの各ブロックには、ブロックヘッダーとトランザクションのリストの2つの主要なコンポーネントが含まれています。ブロックヘッダーには、チェーンの完全性と連続性を維持するために必要な重要なメタデータが含まれています。ヘッダーの重要な要素は次のとおりです。

• 前のブロックハッシュ：最新のブロックのハッシュへの参照、時系列のリンケージを確保します。
• マークルルート：メルクルツリー構造を介して生成されたブロック内のすべてのトランザクションを表す単一のハッシュ。
• タイムスタンプ：ブロックが作成された時間。
• ノンセ：ブロックのハッシュを調整するためにPOWで使用される乱数。
• 難易度ターゲット：POWでは、これはブロックをマイニングするのがどれほど難しいかを決定します。ヘッダーを正しく構築することが不可欠です。これは、変更がブロックのハッシュを変更し、チェーン全体を無効にするためです。

ワークの証明システムでブロックをマイニングします

Bitcoinのような仕事の証明ブロックチェーンでは、新しいブロックを作成するには、暗号化の課題を解決することが含まれます。マイナーはブロックヘッダーを繰り返しハッシュし、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ノンセ値を調整します。これは、一定数のゼロビットでハッシュを開始する必要があります。このプロセスは計算的に集中的であり、重要なハードウェアリソースが必要です。有効なハッシュが見つかったら：

• 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。
• その他のノードは、ソリューションと含まれるトランザクションを確認します。
• コンセンサスに達した場合、ブロックはブロックチェーンに追加されます。成功したマイナーは、インセンティブとしてブロック報酬（新しく造られたコイン）と取引手数料を受け取ります。

証明システムのブロックの最終化

イーサリアム後の登録などの証明のブロックチェーンでは、ブロックの作成はより決定的です。バリデーターは、ランダム化選択やコイン年齢ベースの方法などのアルゴリズムを介して選択されます。選択したバリデーターは、次のように新しいブロックを提案します。

• Mempoolからの取引の収集と検証。
• 正しい以前のハッシュおよびマークルルートでブロックヘッダーを作成します。
• 真正性を証明するために、秘密鍵でブロックに署名します。その後、他のバリデーターは、ブロックの妥当性を証明します。スーパーマジョリティが同意すると、ブロックが確定し、チェーンに追加されます。不正に行動するバリデーターは、スラッシングと呼ばれるプロセスを通じて賭けの資金を失うリスクがあり、ネットワークセキュリティを確保します。

ネットワーク全体の伝播とコンセンサス

新しいブロックが作成された後、ネットワーク全体に広がっている必要があります。ブロックを作成したノードは、それを仲間に送信し、他の人に伝えます。各受信ノードは独立した検証を実行します。

• 難易度のターゲットに対してブロックのハッシュを確認します（POW）。
• すべてのトランザクション署名と入力の検証。
• 前のブロックハッシュがチェーンの最新のものと一致するようにします。ブロックがすべてのチェックを渡すと、ブロックチェーンのローカルコピーに追加されます。この伝播は、分散化されたコンセンサスを保証します。 2つの有効なブロックが同時に作成された場合（フォーク）、ノードは最長のチェーンルールまたは最も重いチェーンルール（POS）に従い、最終的に単一バージョンの真実に収束します。

孤児と古いブロックの取り扱い

ネットワークの遅延により、複数の鉱夫がほぼ同時にパズルを解決し、一時的なフォークにつながる可能性があります。メインチェーンに含まれていないブロックは、孤児（POW）または廃棄（POS）になります。これらのブロックは単独で有効ですが、ネットワークが単一のチェーンで一致すると関連性が失われます。孤立したブロックを生成する鉱山労働者は報酬を受け取らず、ネットワーク同期の重要性を強調します。 POSシステムでは、チェックポイントや最終ガジェットなどのメカニズムが、より速い最終化を確保することにより、そのようなフォークの可能性を最小限に抑えます。

よくある質問

誰かが偽のブロックを作成することを妨げるものは何ですか？偽のブロックを作成するには、トランザクションデータまたはブロックヘッダーを変更する必要があります。これにより、ブロックのハッシュが変更され、無効になります。さらに、他のノードはすべてのブロックを検証します。不一致は拒絶を引き起こします。 POWでは、履歴の書き換えには、ネットワークの計算能力の50％以上が必要です。 POSでは、染色したトークンの66％以上を制御する必要があります。どちらも経済的には非現実的です。

新しいブロックを作成するのにどれくらい時間がかかりますか？ブロック作成時間はブロックチェーンに依存します。 Bitcoinは、ブロックごとに10分間、2016年のブロックごとに難易度で調整されます。 Ethereumは、POSの下で12秒間目指しています。 Litecoinのような他のネットワークは2.5分を使用します。これらの間隔は、セキュリティ、分散化、およびトランザクションスループットのバランスを取ります。

複数のブロックを同時に作成できますか？はい、特にPOWでは、ネットワークの遅延により。 2人の鉱夫がパズルを同時に解決し、競合するブロックを作成する可能性があります。次のブロックがチェーンの1つに追加されると、ネットワークはこれを解決します。より累積的な作業を備えたチェーンが主な作業になり、もう1つが放棄されます。

どのトランザクションがブロックに入るかを誰が決定しますか？鉱山労働者または有効な人は、Mempoolからのトランザクションを選択する際に裁量権を持っています。彼らは通常、より高い取引手数料を持つ人々に優先順位を付けます。ただし、ネットワークがブロック全体を拒否するため、無効なトランザクションを含めることはできません。一部のウォレットにより、ユーザーは包含速度に影響を与えるためにカスタム料金を設定できます。