ハッシュ機能とは何ですか？ブロックチェーンではどのような役割が果たしていますか？

ハッシュ関数は暗号システムの基本的なコンポーネントであり、ブロックチェーン技術の運用において重要な役割を果たします。そのコアでは、ハッシュ関数は入力または「メッセージ」を取得し、通常、入力データのデジタル指紋として使用される固定サイズのバイト文字列を返すアルゴリズムです。ハッシュ値またはハッシュコードと呼ばれるこの出力は、それぞれの一意の入力に固有のものであり、ブロックチェーンエコシステムのデータの整合性とセキュリティに不可欠なツールになっています。

ハッシュ関数のメカニズム

ハッシュ関数は、一連の数学操作を介して入力データを処理することにより動作し、一見ランダムな出力をもたらします。ハッシュ関数の重要な特性は次のとおりです。

• 決定論的：特定の入力が与えられた場合、ハッシュ関数は常に同じ出力を生成します。
• クイック計算：ハッシュ関数は、出力を迅速に生成できるはずです。
• 固定出力サイズ：入力サイズに関係なく、出力ハッシュ値は常に固定長です。
• 一元配置関数：ハッシュ出力からの元の入力をリバースエンジニアリングすることは、計算上無効でなければなりません。
• 衝突抵抗：同じハッシュ出力を生成する2つの異なる入力を見つけることは非常に難しいはずです。

これらのプロパティにより、ハッシュ関数は、トランザクションの確保やブロックチェーンの完全性の維持など、ブロックチェーンテクノロジー内のさまざまなアプリケーションに最適です。

ハッシュはブロックチェーンで機能します

ブロックチェーンのコンテキストでは、ハッシュ関数は、システムのセキュリティと機能を支えるいくつかの重要な関数を提供します。ブロックチェーンにおけるハッシュ関数の最も顕著な役割は、ブロックの作成とブロックチェーンの完全性の維持です。

作成とリンクをブロックします

ブロックチェーン内の各ブロックには、トランザクションのリスト、タイムスタンプ、およびブロックヘッダーとして知られる前のブロックへの参照が含まれています。ブロックヘッダーには、前のブロックのハッシュが含まれており、暗号化によってリンクされたブロックのチェーンを作成します。このプロセスは、ブロックチェーンリンクとして知られています。

• 前のブロックのハッシュは、現在のブロックのヘッダーに含まれています。
• ブロックを変更すると、ハッシュが変更され、それが後続のブロックに保存されたハッシュで不一致し、それによりチェーンが破壊されます。

このメカニズムにより、ブロックがブロックチェーンに追加されると、その後のすべてのブロックを再マイニングせずに変更できないことが保証されます。

トランザクションの整合性

ハッシュ関数は、ブロック内の個々のトランザクションを保護するためにも使用されます。各トランザクションはハッシュされており、これらのハッシュは組み合わされて、大規模なデータセットの整合性を効率的に検証するデータ構造であるマークルツリーを形成します。

• トランザクションは個別にハッシュされます。
• 次に、これらのハッシュがペアになり、再びハッシュされ、単一のルートハッシュが生成されるまで続きます。
• ルートハッシュはブロックヘッダーに含まれており、ブロック内のすべてのトランザクションを迅速に確認できます。

この方法により、トランザクションの変更がマークルルートを変更することを保証し、ブロックが改ざんされていることが明らかになります。

仕事と鉱業の証明

Bitcoinのような仕事の証明（POW）ブロックチェーンでは、ハッシュ関数はマイニングプロセスで重要な役割を果たします。鉱山労働者は、複雑な数学的パズルを解決するために競争します。これは、特定の基準を満たすハッシュ、通常は特定の数の主要なゼロを備えたハッシュを見つけることを伴います。

• マイナーはブロックヘッダーを取り、ノンセ（1回のみ使用される数）を追加します。
• それらは、ブロックヘッダーとノンセの組み合わせをハッシュします。
• 結果のハッシュが難易度のターゲットを満たしている場合、マイナーはブロックを採掘し、報われます。

このプロセスは、作業の実証として知られているため、ブロックチェーンに新しいブロックを追加するには、大幅な計算努力が必要であり、攻撃に対してネットワークを保護することが保証されます。

データプライバシーと匿名性

ハッシュ関数は、仮名取引を許可することにより、ブロックチェーンユーザーのプライバシーと匿名性に貢献します。ハッシュ関数を使用したプライベートキーから派生したパブリックキーは、ブロックチェーン上のユーザーを識別するために使用されます。

• ユーザーの秘密鍵は、公開キーを生成するためにハッシュされています。
• その後、公開鍵が再びハッシュされ、公開アドレスが作成されます。
• トランザクションは秘密鍵で署名されますが、ユーザーの匿名性を維持し、パブリックアドレスを介してブロックチェーンに表示されます。

このシステムを使用すると、ユーザーは実際のアイデンティティを明らかにすることなく、ブロックチェーンで取引でき、プライバシーとセキュリティを向上させることができます。

スマートコントラクトとハッシュロック

Ethereumなどのスマートコントラクトをサポートするブロックチェーンプラットフォームでは、ハッシュ関数を使用して、条件付き支払いメカニズムであるハッシュロックを作成します。ハッシュロックでは、受信者が、ハッシュしたときに、ファンドをリリースする前に事前にアグリーのハッシュ値に一致するデータを提供する必要があります。

• 送信者は、秘密の値のハッシュを作成し、スマートコントラクトにそれを含めます。
• 受信者は、ハッシュしたときに事前にアグレッドハッシュと一致して資金のロックを解除する秘密の価値を提供する必要があります。

このメカニズムは、特定の条件が満たされたときにのみ資金がリリースされることを保証し、ブロックチェーントランザクションにセキュリティと機能の追加層を追加します。

よくある質問Q1：2つの異なる入力が同じハッシュ出力を生成できますか？

理論的には可能ですが、衝突として知られる同じハッシュ出力を生成する2つの異なる入力の確率は、暗号化されたハッシュ関数で非常に低いです。たとえば、Bitcoinで使用されるSHA-256ハッシュ関数には256ビット出力スペースがあり、衝突が実質的に実行不可能です。

Q2：ハッシュ機能の選択は、ブロックチェーンのセキュリティにどのように影響しますか？

ハッシュ関数の選択は、ブロックチェーンのセキュリティにとって重要です。弱いハッシュ関数は、衝突をより簡単に見つけるなど、攻撃に対して脆弱である可能性があり、ブロックチェーンの完全性を損なう可能性があります。したがって、ブロックチェーンネットワークは通常、SHA-256やKECCAK-256などの定評のある暗号化されたハッシュ関数を使用します。

Q3：ブロックチェーンテクノロジーのハッシュ関数に代わるものはありますか？

ハッシュ関数はブロックチェーンで最も一般的に使用される暗号化ツールですが、セキュリティとプライバシーを強化するために、デジタル署名やゼロ知識証明などの代替案も採用されています。ただし、ハッシュ関数は、データの整合性を維持し、ブロックをリンクする役割について不可欠なままです。

Q4：ハッシュ機能は、ブロックチェーンの不変性にどのように寄与しますか？

ハッシュ関数は、各ブロックのハッシュが前のブロックのハッシュに依存するブロックのチェーンを作成することにより、ブロックチェーンの不変性に寄与します。ブロックを変更すると、ハッシュが変更され、その後、ハッシュが後続のブロックに保存されて不一致になり、ブロックチェーンが改ざんされていることが明らかになります。この相互接続性により、ブロックチェーンにデータが追加されると、変更することが非常に困難になります。