ブロックチェーンの文脈における暗号化とは何ですか？

ブロックチェーンにおける暗号化の役割を理解する

ブロックチェーンのコンテキストでの暗号化とは、データを保護し、分散型ネットワーク全体に保存および送信される情報の整合性、信頼性、および機密性を確保する数学的手法の適用を指します。これは、ブロックチェーンテクノロジーのバックボーンを形成し、中央当局を必要とせずに、当事者間の信頼のない相互作用を可能にします。暗号化により、データがブロックチェーンに書き込まれると変更できず、システムが改ざんに対して非常に耐性があることが保証されます。これは、ハッシュ、デジタル署名、パブリックキー暗号化などのメカニズムを通じて達成されます。これらの暗号化ツールがなければ、ブロックチェーンシステムは詐欺、二重の支出、および不正アクセスに対して脆弱になります。

ハッシュ関数とデータの整合性

ブロックチェーンの基本的な暗号成分の1つは、ハッシュ関数、特にBitcoinで使用されるSHA-256アルゴリズムです。ハッシュ関数は、任意のサイズの入力データを取得し、ハッシュと呼ばれる固定サイズの出力を生成します。このハッシュは入力データに固有のものです。つまり、入力のわずかな変更でさえ、まったく異なるハッシュになります。このプロパティは、ブロックチェーンのデータの整合性を維持するために不可欠です。各ブロックには、前のブロックのハッシュが含まれており、相互依存ブロックのチェーンが作成されます。誰かが前のブロックでトランザクションを変更しようとした場合、そのブロックのハッシュが変更され、後続のすべてのブロックが無効になります。これにより、改ざんが明らかになり、計算的に実行不可能になります。ブロックチェーンの不変性は、暗号化ハッシュ関数の決定論的で一方向の性質に直接結び付けられています。

パブリックキー暗号化とデジタル署名

非対称暗号化としても知られるパブリックキー暗号化は、もう1つのコア要素です。これには、公開キーと秘密鍵の使用が含まれます。公開鍵は公然と共有でき、資金を受け取ったり署名を検証したりするために使用されますが、秘密鍵は秘密に保ち、トランザクションに署名するために使用する必要があります。ユーザーがトランザクションを開始すると、秘密鍵で署名します。ネットワーク内の他のノードは、送信者の公開キーを使用して、署名が有効であること、およびトランザクションが正当な所有者から発生したことを確認できます。このプロセスにより、認証と非繰り返しが保証されます。つまり、送信者はトランザクションを送信したことを否定できません。このシステムのセキュリティは、ほとんどのブロックチェーンで楕円曲線暗号化（ECC）が提供する機能である公開鍵から秘密鍵を導き出すことの計算上の難しさに依存しています。

暗号化を使用してトランザクションを保護する方法

ユーザーが暗号通貨を送信すると、トランザクションは入力（資金源）、出力（宛先アドレス）、およびメタデータで構築されます。ブロードキャストの前に、トランザクションは送信者の秘密鍵を使用して署名されます。この署名はトランザクションデータに添付され、ネットワークノードによって検証されます。検証プロセスには、それをチェックすることが含まれます。

• デジタル署名は、トランザクションデータと一致します
• 公開鍵は、資金が使われている住所に対応しています
• 署名を生成するために使用される秘密鍵は、実際に入力資金を制御しますこの暗号化の検証は、不正な支出を防ぎ、正当な所有者のみが資産を譲渡できることを保証します。検証されると、トランザクションはブロックにグループ化され、コンセンサスが到達した後にブロックチェーンに追加されます。

  暗号化コンセンサスとネットワークセキュリティ

  暗号化は、コンセンサスメカニズムにも役割を果たしています。 Bitcoinのような仕事の証明システムでは、鉱夫はSHA-256ハッシュ関数を含む暗号化パズルを解決する必要があります。彼らは、結果として生じるハッシュが特定の難易度のターゲットを満たすまで、変化するノンセでブロックヘッダーを繰り返しハッシュします（例えば、特定の数のゼロから始めます）。このプロセスは意図的にリソース集約型であり、ブロックチェーンを操作するのに費用がかかります。有効なハッシュを見つけた最初のマイナーはブロックをブロードキャストし、他の人は同じハッシュ関数を使用してそれを確認します。この暗号化の証明により、ブロックを追加するには、実際の計算努力が必要であり、悪意のある俳優を阻止することが保証されます。証明システムでは、暗号化はバリッターの選択と署名検証を保護し、適格な参加者のみがブロックを提案し、証明できるようにします。

  ウォレットのセキュリティと主要な管理

  暗号化の原則は、ユーザーが資産を保存および管理する方法にまで及びます。ブロックチェーンウォレットにはコインが保管されていません。彼らは、ブロックチェーンの資金へのアクセスを付与するプライベートキーを保管しています。ウォレットは、これらのキーを保護するために暗号化技術を使用します。
• 階層的決定論（HD）ウォレット暗号化派生関数を使用して、単一の種子フレーズからキーの木を生成します
• シードフレーズ（12または24ワード）は、BIP-39標準を使用して生成され、エントロピーを人間の読み取り可能な形式に変換します
• 暗号化はウォレットファイルに適用され、休息時のプライベートキーを保護します秘密鍵を失うということは、中央の回復メカニズムがないため、ファンドへのアクセスを永久に失うことを意味します。逆に、秘密鍵を公開することで、誰でもトランザクションに署名して資金を盗むことができます。ユーザーは、シードフレーズをオフラインで保存し、インターネットに接続されたデバイスからプライベートキーを分離するハードウェアウォレットを使用することをお勧めします。

  ブロックチェーンの暗号化に関する一般的な質問

  暗号化が壊れている場合、ブロックチェーンをハッキングできますか？はい、基礎となる暗号化アルゴリズム（SHA-256やECDSAなど）が危険にさらされている場合、ブロックチェーンのセキュリティモデル全体が危険にさらされます。たとえば、攻撃者がハッシュを逆転させたり、公開鍵から秘密鍵を導き出すことができる場合、トランザクションを築き、ブロックを変更することができます。ただし、これらのアルゴリズムは現在、古典的なコンピューターに対して安全であると見なされています。量子コンピューティングは理論的な脅威をもたらしますが、これに対処するために、質量後の暗号化が研究されています。

  2つのトランザクションが同じハッシュを持っている場合はどうなりますか？ 2つの異なる入力が同じハッシュを生成すると、ハッシュ衝突が発生します。 SHA-256のような暗号化ハッシュ関数は、これを計算的に実行不可能にするように設計されています。衝突がブロックチェーンで発生した場合、攻撃者があるブロックを別のブロックに置き換えることができる可能性があります。 SHA-256でこれまでに実用的な衝突は見つかりませんでした。これは、システムの信頼性を確保しています。

  ノードは、秘密鍵を知らずにデジタル署名をどのように検証しますか？ノードは、楕円曲線暗号化のプライベートキーと公開鍵の数学的関係を使用します。署名は、秘密キーとトランザクションデータを使用して生成されます。検証アルゴリズムは、公開キー、署名、および元のデータを使用して、署名の有効性を確認します。これは、アルゴリズムが署名がそれを明らかにせずに対応する秘密鍵によって作成されたことを証明できるため、機能します。

  失われた秘密鍵を回復することは可能ですか？いいえ、失われた秘密鍵を回復する方法はありません。パブリックキー暗号化のセキュリティは、公開キーから秘密鍵を計算上不可能にする一方向関数に依存しています。ユーザーは、シードフレーズなどのバックアップに依存する必要があります。秘密鍵とシードフレーズの両方が失われた場合、資金は永久にアクセスできません。