Bitcoinネットワークはどのように動作しますか？

Bitcoinネットワークインフラストラクチャの理解

Bitcoinネットワークは、銀行や政府などの仲介者に依存せずに価値の移転を可能にする分散型のピアツーピアシステムとして動作します。そのコアでは、ノードと呼ばれるコンピューターのグローバルネットワークによって維持され、トランザクションを検証およびリレーするために互いに通信します。各ノードには、ブロックチェーンの完全なコピーが保存されます。これは、これまでに行われたすべてのトランザクションを記録するパブリック元帳です。ユーザーがトランザクションを開始すると、ネットワークにブロードキャストされ、検証のためにノードによって収集されます。これらのノードは、デジタル署名をチェックし、送信者が十分な資金を持っていることを確認し、取引がまだ費やされていないことを確認します。

ノードは、ネットワーク全体で有効なトランザクションを伝播し、 Mempoolと呼ばれるプールを形成します。ここから、マイナーは次のブロックに含めるためにトランザクションを選択します。ネットワークの分散型の性質により、単一のエンティティが情報の流れを制御しないことを保証します。代わりに、コンセンサスは、すべてのノードによって独立して実施された定義済みのルールセットを通じて達成されます。このアーキテクチャは、検閲または失敗に対する透明性、セキュリティ、および回復力を保証します。

鉱業の役割と仕事の証明

マイニングは、Bitcoinブロックチェーンに新しいブロックが追加されるプロセスです。鉱夫は、SHA-256アルゴリズムに基づいて複雑な暗号パズルを解決するために競争します。このパズルには、Bitcoinの仕事の証明（POW）コンセンサスメカニズムの基礎を形成する重要な計算能力とエネルギーが必要です。有効なソリューションを見つけた最初の鉱山労働者は、新しいブロックをネットワークにブロードキャストします。その後、他のノードは、ブロックを受け入れる前に、ブロック内のソリューションとトランザクションを検証します。

パズルの難易度は、平均ブロック時間を10分間維持するために、約2週間、特に2,016ブロックごとに約2週間ごとに調整されます。この調整により、マイナーの数に関係なく、ネットワークの安定性が保証されます。鉱夫は、2つのメカニズムを通じてインセンティブ化されます。ブロック報酬は、新たに鋳造されているBitcoin（現在は2024年時点でブロックあたり6.25 BTC）、およびトランザクションに優先順位を付けるためにユーザーが支払った取引手数料です。この組み合わせは、正直な参加を促進し、悪意のあるアクターに対するネットワークを確保します。

トランザクション検証とブロックチェーン構造

すべてのBitcoinトランザクションは、入力と出力で構成されています。入力は、送信者が所有する以前のトランザクション出力を参照し、出力は受信者のアドレスと送信された金額を指定します。各トランザクションは、送信者の秘密鍵で署名され、所有権を証明します。ノードは、対応する公開キーを使用してこれらの署名を検証します。検証されると、トランザクションは鉱夫によってブロックにグループ化されます。

各ブロックには以下が含まれます。

• 前のブロックのタイムスタンプ、ノンセ、ハッシュを含むメタデータを含むブロックヘッダー
• トランザクションのリスト
• マークルルート、ブロック内のすべてのトランザクションの暗号化の概要

前のブロックのハッシュは時系列チェーンを作成し、過去のトランザクションを変更することが非常に困難になります。以前のブロックの変更には、後続のすべてのブロックハッシュを再計算する必要があります。これは、ネットワークの累積ハッシュパワーを考慮して、計算上実行不可能なタスクです。この不変性は、Bitcoinの信頼モデルの中心です。

ウォレットとキー管理

ユーザーは、プライベートキーおよびパブリックキーを管理するウォレット、ソフトウェア、またはハードウェアツールを介してBitcoinネットワークと対話します。公開鍵はBitcoinアドレスを生成します。これは、資金を受け取るためのアカウント番号のように機能します。秘密にされた秘密鍵は、所有者がトランザクションに署名してBitcoinを費やすことを可能にします。秘密鍵へのアクセスを失うということは、ファンドへのアクセスを永久に失うことを意味します。

財布にはさまざまな形があります：

• モバイルやデスクトップアプリなど、ホットウォレット（インターネットに接続）
• コールドウォレット（オフライン）、ハードウェアや紙の財布など、より高いセキュリティを提供する

Bitcoinを送信するとき、ウォレットは受信者のアドレス、金額、および料金を使用してトランザクションを構築します。次に、秘密鍵でトランザクションに署名し、ノードを介してネットワークにブロードキャストします。トランザクションは、ブロックに含まれるまで未確認のままです。ユーザーは、トランザクションID（TXID）を検索することにより、ブロックエクスプローラーを使用してトランザクションステータスを監視できます。

ネットワークコンセンサスとフォークの取り扱い

Bitcoinネットワークのコンセンサスは、ノードの大部分がブロックチェーンの有効性に同意したときに達成されます。時折、2人の鉱山労働者がパウパズルをほぼ同時に解決し、一時的なフォーク- 2つの競合バージョンのブロックチェーンをもたらすことがあります。ノードは、最初に受け取ったバージョンに基づいて構築され続けます。 1つのチェーンが長くなると、フォークは解決します。ネットワークは最も長い有効なチェーンを自動的に受け入れ、他のブランチは放棄されます。含まれていなかった短いチェーンのトランザクションは、再処理のためにMempoolに返されます。

ノードは、2100万のBTC供給キャップやブロックサイズの制限など、厳格なコンセンサスルールを実施します。これらの規則に違反しているブロックは、たとえ有効な仕事の証明がある場合でも、拒否されます。この規則の執行により、不正なインフレまたはプロトコルの逸脱が防止されます。ソフトフォークまたはハードフォークとして知られるプロトコルの更新には、ネットワーク内の永続的な分割を避けるために、広範囲にわたるノードとマイナーサポートが必要です。

フルノードのセットアップ：ステップバイステップガイド

完全なノードを実行すると、ネットワークセキュリティが強化され、独立したトランザクションの確認が可能になります。これが1つを設定する方法です：

• 公式ウェブサイト（ https：// bitcoin .org ）からBitcoinコアをダウンロード
• 少なくとも350 GBの無料ディスクスペースと安定したインターネット接続を備えたコンピューターにソフトウェアをインストールする
• アプリケーションを起動します。ブロックチェーン全体のダウンロードを開始し、数日かかる場合があります
• ルーターのポート転送などの設定を構成して、着信接続を受け入れます（ポート8333）
• ディスクスペースが制限されている場合は剪定を有効にし、新しいブロックを検証しながらノードを廃棄することができます
• ソフトウェアを更新し、ノードが一貫して実行されてネットワークに効果的に貢献することを確認してください

同期すると、ノードはすべてのトランザクションとブロックを独立して検証し、サードパーティを信頼せずにコンセンサスルールを実施します。

よくある質問

誰かがブロックチェーンで過去のトランザクションを変更することを妨げるものは何ですか？トランザクションを変更するには、ブロックを変更する必要があります。その後のすべてのブロックが必要です。これにより、それぞれの作業の証明を再計算する必要があります。これは、ネットワークの計り知れないハッシュパワーのために計算的に実行不可能です。さらに、コンセンサスルールに従わない場合、ノードは変更されたチェーンを拒否します。

取引手数料はどのように決定されますか？料金は、バイトのトランザクションサイズとネットワーク輻輳に基づいています。ユーザーは手動で料金を設定できます。より高い料金は、ブロックに迅速に含める可能性を高めます。ウォレットは、多くの場合、現在のMempoolの条件に基づいて最適な料金を示唆しています。

Bitcoinは鉱夫なしで動作できますか？いいえ。マイナーは、トランザクションを検証し、新しいブロックを作成することにより、ネットワークを保護します。鉱夫がいなければ、新しいトランザクションを確認することはできず、ブロックチェーンは停止します。インセンティブ構造により、鉱山労働者の継続的な参加が保証されます。

私の取引が長い間未確認のままである場合はどうなりますか？低料金の取引は、メモリに何時間または数日間留まることがあります。一部のウォレットは、給料ごと（RBF）をサポートしており、より高い料金で再提出を可能にします。それ以外の場合、トランザクションは最終的にMempoolから低下し、再放送することができます。