Bitcoin のブロック ヘッダーの主なコンポーネントは何ですか?

Bitcoin のブロック ヘッダー構造

1. ブロック ヘッダーは各 Bitcoin ブロックの重要な部分であり、ブロックチェーンの整合性とセキュリティを保証するメタデータが含まれています。これにはトランザクション データは含まれませんが、代わりに検証とコンセンサスに必要な情報が提供されます。

2.バージョンは、マイナーがブロックを検証するために従う一連のルールを示します。このフィールドにより、ネットワークのアップグレードと、Segregated Witness (SegWit) などの新機能のシグナリングのサポートが可能になります。

3. Previous Block Hash は、現在のブロックを直前のブロックにリンクし、切れ目のないチェーンを形成します。この暗号参照により、過去のブロックの変更が計算的に非現実的になります。

4.マークル ルートは、ブロック内のすべてのトランザクションから派生した単一のハッシュです。すべてのトランザクションをダウンロードすることなく、トランザクションがブロックに属しているかどうかを効率的かつ安全に検証できます。

5.タイムスタンプは、マイナーがブロックヘッダーのハッシュを開始した時間を記録します。改ざんを防ぐには、前の 11 ブロックの中央値より大きく、リアルタイムより 2 時間未満進んでいる必要があります。

難易度ターゲットとノンス

1. 「ビット」としてエンコードされた難易度ターゲットは、有効なブロックをマイニングすることがどれだけ難しいかを定義します。この値は、ネットワーク ハッシュ パワーの変化に関係なく、平均ブロック時間を 10 分に維持するために 2016 ブロックごとに調整されます。

2. マイナーは、試行錯誤を通じてこの目標を下回るブロック ハッシュを見つけるために競い合います。コンパクトな表現により、難易度調整全体で精度を維持しながら、効率的なストレージが可能になります。

3. Nonce は、Proof-of-Work 中に繰り返し変更される 32 ビットのフィールドです。変更が行われるたびに新しいハッシュが生成され、難易度の要件を満たすハッシュが見つかる可能性が高くなります。

4. 最大ノンス値に達すると、マイナーはマークル ルートや追加のノンスなどの他の要素を変更して検索を続行します。この柔軟性により、ノンス フィールドのスペースが限られている場合でも、継続的なマイニング操作がサポートされます。

5. これらのフィールドは一緒になって、SHA-256 ハッシュによって保護された改ざん防止構造を形成します。ブロックの内容を変更するとハッシュが無効になり、不正な変更が防止されます。

コンセンサスとセキュリティにおける役割

1. ノードは受信時に各ブロック ヘッダーを検証し、プルーフ オブ ワークの有効性、タイムスタンプの精度、前のブロック ハッシュによる適切なチェーンをチェックします。無効なヘッダーは直ちに拒否されます。

2.ハッシュ レートのコミットメントは、ヘッダーに記録される累積難易度に反映されます。履歴を書き換えるには正直なネットワークの計算能力を上回る速度が必要となるため、これにより攻撃が阻止されます。

3. Simplified Payment Verification (SPV) クライアントは、ブロック ヘッダーのみに依存してトランザクションの包含を確認します。ヘッダーとマークル パスのみをリクエストすることで、軽量ウォレットは帯域幅とストレージの必要性を削減します。

4. ヘッダー チェーンの不変性がトラストレス コンセンサスを支えます。完全なノードがオフラインになっても、暗号化リンクにより履歴記録は検証可能のままです。

5. BIP 9 や BIP 8 などのアップグレードでは、ヘッダー内のバージョン ビットを使用して、マイナーがソフト フォークに対応していることを示します。この分散型調整メカニズムにより、集中的な意思決定が回避されます。

よくある質問

ブロックヘッダーのタイムスタンプを変更できないのはなぜですか?ノードは厳密なルールを適用します。タイムスタンプは、最後の 11 ブロックの中央値より大きく、ネットワーク調整時刻より 2 時間以上進んではいけません。これらの制約により、ドリフトと改ざんが制限されます。

Merkle ルートはトランザクションの改ざんからどのように保護されますか?単一のトランザクションに変更を加えると、そのハッシュが変更され、マークル ツリーをカスケードアップしてルートが変更されます。ルートはヘッダーに含まれているため、改ざんされるとブロック全体のproof-of-workが無効になります。

2 つの異なるブロックが同じブロック ヘッダー ハッシュを持つことはできますか?いいえ。ブロック ヘッダー ハッシュは一意の識別子として機能します。入力の 1 ビットの違いでも、SHA-256 のアバランシェ効果により完全に異なるハッシュが生成され、一意性が保証されます。

ネットワークのアップグレードにおいてバージョン番号が重要なのはなぜですか?バージョン フィールドを使用すると、マイナーは提案されたプロトコル変更のサポートを通知できます。マイナーのしきい値に特定のビット パターンが含まれる場合、新しいルールのアクティブ化がトリガーされ、下位互換性のあるアップグレードが可能になります。