ブロックはブロックチェーンでどのようにリンクされていますか？

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、安全で改ざん抵抗性のある方法で複数のコンピューターにわたってデータを記録する分散型および分散デジタル元帳です。そのコアでは、ブロックチェーンは一連のブロックで構成されており、それぞれにトランザクションまたはデータエントリのリストが含まれています。これらのブロックは、スタンドアロンのエンティティではありません。これらは、連続チェーンを形成するために暗号化されているようにリンクされています。このリンクは、ブロックチェーンに完全性と不変性を与えるものです。

チェーン内の各ブロックには、ブロックヘッダー、トランザクションデータ、タイムスタンプ、前のブロックへの参照など、いくつかの重要なコンポーネントが含まれています。リンクメカニズムを可能にする最も重要な要素は、前のブロックのヘッダーのハッシュです。このハッシュは、ユニークなデジタル指紋として機能し、現在のブロックに埋め込まれ、後方参照を作成します。その結果、以前のブロックの変更はハッシュを変更し、再測定または再検証されない限り、後続のすべてのブロックを無効にします。

暗号化の役割

暗号化ハッシュは、ブロックの接続方法の基本です。 Bitcoinで使用されるSHA-256などのハッシュ関数は、任意のサイズの入力データを取り、固定サイズの出力、通常は64文字の六量体文字列を生成します。この出力は決定論的であるため、同じ入力が常に同じハッシュを生成し、入力のわずかな変化でさえ完全に異なるハッシュになります。

ブロックチェーンのコンテキストで：

• 各ブロックのヘッダーは、一意の識別子を生成するためにハッシュされています。
• このハッシュは、次のブロックのヘッダーに含まれています。
• これにより、依存関係の後方チェーンが作成されます。

たとえば、ブロック2には、ヘッダーにブロック1のハッシュが含まれています。ブロック3には、ブロック2のハッシュなどが含まれています。この構造により、ブロックを変更すると、その後のすべてのブロックのハッシュを再計算する必要があります。これは、作業の証明またはその他のコンセンサスメカニズムのために、よく測定されたネットワークで計算的に実行不可能です。

ブロックヘッダーとそのコンポーネント

ブロックヘッダーは各ブロックの重要な部分であり、リンクと検証に必要なメタデータが含まれています。通常、次のものが含まれます。

• 前のブロックハッシュ：直前のブロックのヘッダーのハッシュ。
• Merkle Root ：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で、トランザクションの整合性を確保します。
• タイムスタンプ：ブロックが作成された時間。
• ノンセ：仕事の証明採掘で使用される乱数。
• バージョン番号：ブロックの形式とルールを示します。

前のブロックハッシュを含めることは、時系列および暗号化シーケンスを確立するものです。新しいブロックがマイニングまたは検証された場合、ノードは、前のブロックハッシュがチェーン内の最後の確認されたブロックの実際のハッシュと一致することを確認します。そうでない場合、ブロックは拒否されます。この検証プロセスは、ネットワークのコンセンサスルールによって自動的に実施されています。

新しいブロックがチェーンにどのように追加されるか

新しいブロックを追加するプロセスは、コンセンサスメカニズム（Proof-of-Work（POW） 、 Proof-of-Stake（POS） 、またはその他）によって異なりますが、リンクの原則は一貫しています。 Bitcoinのような典型的なPOWシステムでの作品は次のとおりです。

• 鉱夫は未確認のトランザクションを収集し、候補ブロックを形成します。
• これらのトランザクションのマークルルートを計算し、ブロックヘッダーに含めます。
• メインチェーンの最新ブロックのハッシュを取得し、新しいブロックのヘッダーに挿入します。
• その後、マイナーは、NONCEを調整してネットワークの難易度のターゲットを満たすハッシュを見つけることにより、暗号化パズルの解決を開始します。
• 有効なハッシュが見つかると、ブロックはネットワークにブロードキャストされます。
• 他のノードは、前のブロックハッシュの正しさを含むブロックの妥当性を検証します。
• 有効な場合、ブロックはチェーンに追加されます。

このプロセスにより、すべての新しいブロックが既存のチェーンを明示的に認め、構築し、シーケンスとセキュリティを強化することが保証されます。

不変性と鎖の完全性

ブロック間の暗号化のリンケージは、ブロックチェーンを不変にするものです。各ブロックにはその前のブロックのハッシュが含まれているため、以前のブロックのデータを変更するとハッシュが変更されます。これにより、古いハッシュが含まれている次のブロックとのリンクが破損します。これを修正するには、攻撃者はその後のすべてのブロックを再マイニングする必要があります。これには、特にBitcoinのような大きなネットワークで、膨大な量の計算能力が必要です。

さらに、最も長い有効なチェーンは、元帳の権威あるバージョンと見なされます。ノードは、このルールから逸脱するチェーンを自動的に拒否します。これは、誰かが詐欺的なブランチを作成しようとしたとしても、メインチェーンの長さと仕事の長さと仕事の証明を超えない限り、それは受け入れられないことを意味します。

チェーンフォークとコンセンサスの取り扱い

時折、2人の鉱山労働者がほぼ同時にパズルを解くことができ、同じ親を参照する2つの有効なブロックが発生する可能性があります。これにより、チェーン内に一時的なフォークが作成されます。ネットワークは、最長のチェーン（最も蓄積された仕事の証明を持つもの）が有効なチェーンであるというルールに従ってこれを解決します。

ノードは、最初に受け取ったブランチの上に構築を続けます。最終的には、1つのブランチがより長くなり、ブロックが追加されると、1つのブランチが長くなります。これが起こったら：

• より短い分岐のノードは、不一致を検出します。
• 彼らは、より短いチェーンのブロックを廃棄します（トランザクションを除き、これは再インドされる可能性があります）。
• 彼らはより長くて有効なチェーンに切り替えます。

このメカニズムにより、一時的な発散の場合でも、ブロックチェーンが単一の合意された歴史を維持することが保証されます。新しいブロックごとの前のブロックハッシュにより、時間の経過とともに1つの連続パスのみが維持できるようになります。

よくある質問

誰かが古いブロックでトランザクションを変更するとどうなりますか？トランザクションを変更すると、ブロックのデータが変更され、ハッシュが変更されます。次のブロックには元のハッシュが含まれているため、リンクが破損します。変更を有効にするために、攻撃者は変更されたブロックとその後のすべてのブロックを再埋める必要があります。これは、安全なネットワークでは実際には不可能です。

2つのブロックには同じ前のブロックハッシュを持つことができますか？はい。一時的なフォーク中、2つの異なるブロックが同じ前のブロックを参照することができます。ただし、コンセンサスに達すると、最終チェーンにとどまることができるのは1つだけです。

チェーン内の最初のブロックは別のブロックにリンクされていますか？いいえ。ジェネシスブロックと呼ばれる最初のブロックには、以前のブロックハッシュはありません。ブロックチェーンソフトウェアにハードコードされており、チェーン全体の基礎として機能します。

ノードは、以前のブロックハッシュをどのように検証しますか？ノードは、チェーンのローカルコピーの最後のブロックのハッシュを独立して計算します。新しいブロックが到着すると、記載されていた以前のブロックハッシュを計算値と比較します。それらが一致する場合、ブロックはリンクに有効であると見なされます。