ブロックチェーンにおける暗号化の役割は何ですか？

ブロックチェーンセキュリティの基盤を理解する

暗号化はブロックチェーンテクノロジーの基礎であり、データの整合性、認証、および機密性を確保するための重要なツールを提供します。暗号化技術がなければ、ブロックチェーンの分散化された性質は、改ざん、詐欺、および不正アクセスに対して脆弱です。ブロックチェーンに記録されたすべてのトランザクションは、暗号化されたアルゴリズムを使用して保護され、確認されると変更することはほぼ不可能になります。このレベルのセキュリティは、ハッシュ関数、デジタル署名、およびパブリックキー暗号化を使用して達成されます。これは、信頼のないネットワーク全体で信頼を維持するために連携して機能します。

ブロックチェーンの不変性は、暗号化のハッシュに大きく依存しています。各ブロックには、そのデータと前のブロックのハッシュから派生した一意のハッシュが含まれています。データの変更はハッシュを劇的に変化させ、チェーンを破壊し、ネットワークを潜在的な改ざんを警告します。これにより、すべてのノードがチェーン全体の完全性を検証できる自己監査エコシステムが作成されます。

パブリックキー暗号化が所有権とアイデンティティを可能にする方法

ブロックチェーンにおける暗号化の最も重要なアプリケーションの1つは、非対称暗号化としても知られるパブリックキー暗号化です。このシステムは、ネットワーク上のすべての人に見えるアドレスとして機能する公開キーのペアと、秘密にされ、トランザクションに署名するために使用される秘密鍵を使用します。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、他の人は対応する公開キーを使用して信頼性を確認できます。

このメカニズムにより、デジタル資産の正当な所有者のみがその譲渡を承認できることが保証されます。たとえば、Bitcoinでは、アリスがBOBにBTCを送りたい場合、彼女は秘密鍵でトランザクションに署名します。ネットワークノードは、彼女の公開キーを使用して署名を検証し、リクエストが合法であることを確認します。このプロセスは、中央当局が所有権を検証する必要性を排除し、ピアツーピアの価値転送を可能にします。

秘密鍵を失うことは、関連する資産へのアクセスを永久に失うことを意味することを理解することが重要です。システムは、信頼性が高く分散化されるように設計されているため、回復メカニズムはありません。したがって、ユーザーはプライベートキーを安全に保存する必要があります。多くの場合、ハードウェアウォレットまたは暗号化されたソフトウェアソリューションを使用します。

データの整合性におけるハッシュ関数の役割

ハッシュ関数は、ブロックチェーンデータの完全性を維持する上で極めて重要な役割を果たします。暗号化ハッシュ関数は、任意のサイズの入力データを取得し、ハッシュとして知られる固定サイズの出力を生成します。同じ入力は常に同じハッシュを生成しますが、単一の文字を変更するなど、入力のわずかな変化でさえ、まったく異なるハッシュになります。

ブロックチェーンでは、各ブロックには、独自のデータのハッシュと前のブロックのハッシュが含まれています。これにより、各リンクがその前のリンクに依存するブロックのチェーンが作成されます。攻撃者が過去のブロックでトランザクションを変更しようとすると、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。ネットワークは最も長い有効なチェーンのコンセンサスを必要とするため、このような攻撃では、チェーン内のすべてのハッシュを再計算し、ネットワークの計算能力の50％以上を制御する必要があります。これは、 51％の攻撃として知られる偉業であり、非常に困難で費用がかかります。

ブロックチェーンで使用される一般的なハッシュ関数には、Bitcoinで採用されているSHA-256と、Ethereumが使用するKeccak-256が含まれます。これらのアルゴリズムは、衝突耐性を持つように設計されています。つまり、同じハッシュを生成する2つの異なる入力を見つけることは計算不可能です。

デジタル署名とトランザクション認証

デジタル署名は、トランザクションを認証し、非和解を確保するために使用される暗号化ツールです。ブロックチェーンでは、すべてのトランザクションが送信者の秘密鍵を使用して署名されます。署名はトランザクションに添付され、ネットワークにブロードキャストされます。ノードは、送信者の公開キーを使用して署名を検証し、トランザクションが正当な所有者によって承認されたことを確認します。

このプロセスにはいくつかのステップが含まれます。

• トランザクションデータは、一意のダイジェストを作成するためにハッシュされています。
• ダイジェストは、送信者の秘密鍵で暗号化され、デジタル署名が作成されます。
• 署名は、元のトランザクションと公開キーとともに、ネットワークに送信されます。
• ノードは、公開キーを使用して署名を復号化し、受信したトランザクションデータのハッシュと比較します。
• 値が一致する場合、トランザクションは有効と見なされます。

このシステムはなりすましを防ぎ、トランザクションを偽造できないことを保証します。また、誰でも、秘密鍵のような機密情報へのアクセスを必要とせずに、トランザクションの信ity性を確認することができます。

暗号化によるコンセンサスメカニズムの確保

暗号化は、仕事の証明（POW）や株式証明（POS）などのコンセンサスメカニズムの操作にも不可欠です。 Powでは、鉱夫はハッシュ関数に基づいて暗号化パズルを解決するために競争します。パズルでは、ブロックデータと組み合わせると、特定のターゲット値を下回るハッシュを生成する非CE（乱数）を見つける必要があります。このプロセスは計算的に集中的ですが、検証しやすく、鉱夫がブロックを追加するために実際のリソースを投資することを保証します。

POSシステムでは、暗号化はその利害関係に基づいてバリデーターをランダムに選択するために使用されますが、デジタル署名はブロックの有効性を証明するために使用されます。暗号化検証可能なランダム関数（VRF）を採用して、検証装置の選択における公平性と予測不可能性を確保することができます。

これらのメカニズムは、悪意のあるアクターがネットワークを制御するのを防ぐために、暗号化の原則に依存しています。ブロックチェーン全体のセキュリティは、暗号化アルゴリズムが安全であり、プライベートキーが機密のままであるという仮定に依存します。

ユーザーが暗号化セキュリティを活用するための実用的な手順

ブロックチェーンの暗号化保護から完全に利益を得るには、ユーザーはベストプラクティスに従う必要があります。

• 安全な乱数ジェネレーターを使用する評判の良いウォレットソフトウェアを使用して、強力なプライベートキーを生成します。
• ハッキングを防ぐために、ハードウェアウォレットまたは紙ウォレットを使用してオフラインでプライベートキーを保管してください。
• 取引は不可逆的であるため、資金を送る前にパブリックアドレスを慎重に確認します。
• セキュリティを追加するためにマルチシグネチャウォレットを使用して、トランザクションを承認するために複数のプライベートキーが必要です。
• ソフトウェアウォレットで暗号化を有効にし、アクセスを保護するために強力なパスワードを使用します。

これらの手順に従わないと、基礎となるブロックチェーンが安全であっても、資金の損失につながる可能性があります。

よくある質問

誰かが私の秘密鍵を推測できますか？理論的には可能ですが、確率は天文学的に低いです。プライベートキーは256ビットの数字です。つまり、2^256の組み合わせがあります。これは、観察可能な宇宙の原子数よりも多くあります。ブルートフォーチングキーは、現在のテクノロジーでは事実上不可能です。

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？暗号化ハッシュ関数は、衝突耐性になるように設計されています。衝突は数学的に可能ですが、SHA-256またはKeccak-256では実用的な衝突は見つかりませんでした。衝突が発見された場合、ブロックチェーンのセキュリティが損なわれ、緊急のプロトコルの更新が必要になります。

ブロックチェーン暗号化はエンドツーエンド暗号化と同じですか？いいえ。ブロックチェーンはデフォルトでトランザクションデータを暗号化しません。ほとんどのトランザクションは公開されています。暗号化は、機密性ではなく、認証と完全性に使用されます。一部のブロックチェーンは、ゼロ知識証明などの高度な手法を使用して、オプションのプライバシー機能を提供します。

ブロックチェーントランザクションでデジタル署名を検証するにはどうすればよいですか？ Bitcoin Coreのverifymessageなどのブロックチェーンエクスプローラーまたはコマンドラインツールを使用できます。メッセージ、署名、およびパブリックアドレスを入力します。このツールは、ハッシュを再計算し、楕円曲線暗号化を使用して署名を検証します。