どのデータがブロックに保存されますか？

ブロックチェーンブロックの構造を理解する

ブロックチェーンのブロックは、ネットワーク全体でトランザクションデータを集約および保護するコンテナデータ構造です。各ブロックは、暗号化されたハッシュを介して前のブロックにリンクしており、不変のチェーンを形成します。ブロック内に保存されている情報により、記録されたすべてのアクティビティの透明性、セキュリティ、およびトレーサビリティが保証されます。正確な構成は、Bitcoin 、イーサリアム、ライトコインなど、ブロックチェーンプロトコル（などのようなブロックチェーンプロトコル）によってわずかに異なりますが、コアコンポーネントは一貫しています。

ブロックヘッダーコンポーネント

ブロックヘッダーは、ブロックチェーンの完全性と連続性を保証するメタデータを含むすべてのブロックの重要なセグメントです。いくつかの重要なフィールドが含まれています。

• バージョン番号：ブロックが接着する検証ルールを示し、プロトコルのアップグレードを可能にします。
• 前のブロックハッシュ：前のブロックのヘッダーのSHA-256ハッシュ（Bitcoinで）。ブロック間の暗号化リンクを作成します。
• 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。これは、1つのハッシュが残るまで、トランザクションIDのペアを再帰的にハッシュすることによって生成されます。
• タイムスタンプ： UNIX時間で測定されたブロックが作成された近似時間を記録します。
• 難易度ターゲット（ビット） ：ネットワークの現在のマイニング難易度をエンコードし、有効なハッシュを見つけるのがどれほど難しいかを判断します。
• NONCE ：32ビットのフィールドマイナーは、ネットワークの難易度要件を満たすハッシュを生成するために繰り返し調整します。

これらのヘッダー要素により、すべてのトランザクションを検査せずに、ノードがブロックの妥当性をすばやく検証できます。

ブロックに保存されているトランザクションデータ

ブロックの主な目的は、トランザクションレコードを保存することです。たとえば、Bitcoinでは、すべてのトランザクションには以下が含まれます。

• 入力：以前のトランザクションからの未使用のトランザクション出力（UTXOS）への参照。送信者が資金を所有していることを証明します。
• 出力：受信者の公開キーハッシュ（Bitcoinアドレス）と転送される金額を指定します。
• ScriptsigおよびScriptPubkey ：これらは、支出を承認し、将来の支出の条件を定義するスクリプトコマンドです。
• トランザクションID（TXID） ：トランザクションデータをハッシュすることにより生成される一意の識別子。

ブロック内のすべてのトランザクションはハッシュされ、メルクルツリーに編成され、メルクルルートがブロックヘッダーに保存されています。この構造により、効率的な検証が可能になります。ノードは、ブロック全体をダウンロードせずにマークルプルーフを使用してトランザクションの包含を確認できます。

ブロックサイズと容量の考慮事項

ブロックが保存できるデータの量は、ブロックチェーンのブロックサイズ制限または重量単位（Segwit対応チェーン）によって制限されます。例えば：

• Bitcoinの元のブロックサイズの制限は1 MBですが、分離された証人（SEGWIT）は署名データを分離することにより有効容量を増加させます。
• Ethereumには固定ブロックサイズはありませんが、ブロックガス制限によって制約されています。これにより、計算操作の数が含まれます。

より大きなブロックは、より多くのトランザクションを保持し、スループットを改善できますが、ノードのストレージと帯域幅の需要も増加させます。このトレードオフは、より大きなブロックが復活した参加者を好む可能性があるため、地方分権化に影響を与えます。

追加データ：コインベースと証人情報

すべてのブロックには、ブロック内の最初のトランザクションであるCoinbaseトランザクションとして知られる特別なトランザクションが含まれています。このトランザクション：

• マイナーに対するブロック報酬として新しいコインを作成します。
• メッセージやタイムスタンプによく使用されるオプションの任意のデータフィールドが含まれています（たとえば、Bitcoinの創世記ブロックには新聞の見出しが含まれています）。
• マイニング報酬を送信する場所を指定します。

BitcoinなどのSegwitをサポートするブロックチェーンでは、証人データ（署名）はメイントランザクションデータとは別に保存されます。これにより、閉鎖性の問題が減り、ブロック容量が増加します。証人セクションはブロックの一部ですが、レガシートランザクションハッシュ計算には含まれていません。

ノードによってブロックが検証される方法

新しいブロックがブロードキャストされると、ノードは一連のチェックを実行して、その有効性を確保します。

• ブロックヘッダーハッシュを確認すると、現在の難易度のターゲットを満たします。
• 前のブロックハッシュがチェーンの最新ブロックに一致することを確認してください。
• 付属のトランザクションから再構築して、 Merkleルートを検証します。
• 各トランザクションでは、正しいデジタル署名、有効な入力、および2倍の支出なしで確認してください。
• Coinbaseトランザクションが許可されたブロック報酬（補助金 +料金）以外に支払わないことを確認してください。
• ブロックサイズやトランザクション形式などのコンセンサスルールを実施します。

これらすべてのチェックを通過した後にのみ、ブロックチェーンのローカルコピーに追加されたブロックがあります。

ネットワーク全体のストレージと伝播

ブロックは、ネットワーク内のすべてのノードに永久に保存されます。各ノードは、ブロックチェーンの完全なコピーを維持し、信頼のない検証を可能にします。鉱夫がブロックを正常に採掘するとき：

• ブロックチェーンのコンセンサスエンコードを使用してバイナリ形式にシリアル化されます（例：Bitcoinは生のバイトを使用します）。
• ブロックは、 invやgetdataなどのメッセージを使用して、P2Pネットワークを介してピアノードにブロードキャストされます。
• ブロックが表示されていないノードは、それを要求し、独立して検証します。
• 検証されると、ブロックはノードのデータディレクトリ、通常は.blkファイル（Bitcoinコア）のディスクに書き込まれます。

この分散型ストレージは、単一の障害点を保証せず、データの改ざんから保護します。

よくある質問

誰かがブロック内のトランザクションデータを変更することを妨げるものは何ですか？トランザクションの変更はハッシュを変更し、ブロックヘッダーのマークルルートを無効にします。ヘッダーハッシュは難易度のターゲットを満たす必要があるため、データを変更するには、ブロックと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。これは、計算的に実行不可能なタスクです。

ブロックヘッダーのタイムスタンプは常に正確ですか？タイムスタンプは、前の11ブロックの中央値よりも大きく、数時間以内にリアルタイムでなければなりません。完全に正確ではありませんが、ブロックの報酬を操作するための極端な裏付けまたは将来の日付を防ぎます。

ブロックにはゼロトランザクションを含めることができますか？いいえ。すべてのブロックには、少なくともコインベーストランザクションを含める必要があります。他のトランザクションが含まれていなくても、マイナーはブロック報酬を請求するためにこのトランザクションを生成する必要があります。

軽いクライアントは、フルブロックをダウンロードせずにトランザクションをどのように検証しますか？軽いクライアントは、簡素化された支払い検証（SPV）を使用します。ブロックヘッダーのみをダウンロードし、完全なノードからメルクルプルーフを要求して、特定のブロックにトランザクションが含めることを確認します。