Bitcoinトランザクションとは何ですか？また、どのように検証されますか？

Bitcoinトランザクションの構造を理解する

Bitcoinトランザクションは、あるBitcoinアドレスからブロックチェーン上の別のアドレスに値を転送するデジタルレコードです。各トランザクションは、入力と出力で構成されています。入力とは、デジタル署名によって認証された、送信者が支出を受ける権利がある以前のトランザクション出力を指します。出力は、受信者のアドレスと送信されるBitcoinの量を指定します。入力値が出力を超えた場合、追加の出力を介して変更されると、差は送信者に返されます。トランザクションは、トランザクションシリアル化形式と呼ばれる形式でエンコードされ、ノード間の互換性を確保します。すべてのトランザクションには、SHA-256を使用して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トランザクションID（TXID）が含まれます。このTXIDは、ブロックチェーン上の永続的な参照として機能します。

デジタル署名がどのように保護されているかBitcoinトランザクション

Bitcoinトランザクションをブロードキャストする前に、送信者の秘密鍵を使用して署名する必要があります。この暗号化の署名は、秘密鍵自体を明らかにすることなく、資金の所有権を証明しています。このプロセスでは、Elliptic Curve Digital Signature Algorithm（ECDSA）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、ウォレットソフトウェアがトランザクションデータを構築し、秘密キーを適用して署名を生成します。この署名は、対応する公開キーとともに、トランザクション入力に埋め込まれています。任意のノードは、公開キーとトランザクションの詳細を使用して署名を確認できます。署名が有効な場合、ネットワークは、送信者がそれらの資金を使う権利を持っていることを受け入れます。このメカニズムは、不正な支出を防ぎ、トランザクションの信頼性を保証します。

トランザクション伝播におけるMempoolの役割

署名すると、Bitcoinトランザクションは、接続されたノードを介してピアツーピアネットワークにブロードキャストされます。トランザクションを受信するノードは、その形式、署名、および入力がまだ費やされていないかどうかを検証します（ 2倍の支出をチェックします）。有効なトランザクションは、 Mempool （メモリプール）と呼ばれる一時的な保有エリアに保存されます。 Mempoolは、トランザクションがブロックに含めるのを待つステージングゾーンとして機能します。鉱山労働者は、Mempoolを継続的に監視し、取引を選択して、彼らがマイニングしようとする次のブロックに含めるようにします。より高い取引手数料のある取引は、通常、鉱夫により大きなインセンティブを提供するため、優先されます。トランザクションがあまりにも長い間未確認のままである場合、それはMempoolから削除される可能性があり、再放送が必要です。

マイニングおよびブロック包含プロセス

鉱山労働者は、Mempoolから取引を収集し、それらを候補ブロックに組み立てます。彼らは、トランザクションデータをマークルルートとして知られる単一のルートハッシュにハッシュするバイナリツリーであるマークルツリーを構築することから始めます。このルートはブロックヘッダーに含まれており、データの整合性を保証します。マイナーは、ブロックヘッダーのハッシュがネットワークの現在の難易度のターゲットを下回るようなノンセを見つけることにより、暗号化パズルを解決しようとします。仕事の証明として知られるこのプロセスには、大規模な計算努力が必要です。有効なハッシュが見つかると、マイナー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。他のノードは、ブロックの仕事の証明、その中のすべてのトランザクションの有効性を確認し、2倍の支出が発生していないことを確認します。検証が成功すると、ブロックがブロックチェーンに追加され、含まれるトランザクションが確認されていると見なされます。

Bitcoinネットワークの確認と最終性

トランザクションがブロックに含まれた後、最初の確認を受け取ります。ブロックチェーンに追加される各ブロックは、確認の数を増やします。たとえば、最新のブロックのトランザクションには1つの確認があります。さらに5つのブロックが追加された場合、6つの確認があります。ほとんどのサービスは、ブロックチェーンの再編成の確率が追加されたブロックごとに指数関数的に減少するため、 6つの確認を高価値トランザクションに十分であると考えています。ブロックチェーンにトランザクションが深く埋められるほど、より不変になります。これは、過去のトランザクションを変更するには、その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るためです。

ネットワークコンセンサスと検証ルール

Bitcoinノードは、ネットワークの整合性を維持するために、一連のコンセンサスルールの厳密なセットを実施します。これらのルールは、有効なトランザクションとブロックを構成するものを管理します。すべてのフルノードは、各トランザクションを個別に検証し、受信するブロックをブロックします。重要な検証チェックには以下が含まれます。

• デジタル署名が正しいことを確認します
• 入力が参照されていないトランザクション出力（UTXOS）を確認する
• 合計出力値が入力値を超えないことを確認する
• 取引手数料が正しく計算されることを確認します
• スクリプトルールの実施（例：Pay-to-Public-Key-Hash条件）

ルールが違反された場合、トランザクションまたはブロックは拒否されます。この分散化された検証プロセスにより、単一のエンティティがシステムを操作できないことが保証されます。ノードは、最も長い有効なチェーンルールに従います。つまり、最も蓄積されたワークの証明を権威あるバージョンとして受け入れることを意味します。このコンセンサスメカニズムにより、フォークが持続するのを防ぎ、単一の合意されたトランザクション履歴を維持します。

よくある質問

Bitcoinトランザクションの料金が不十分な場合はどうなりますか？特に高いネットワーク渋滞の時期には、手数料の低い取引が長期間、長期間にわたって残っている可能性があります。ノードは、サイズの制限により、最終的にそれらを追い出す可能性があります。ユーザーは、子ども用の親（CPFP）または交換ごと（RBF）メカニズムを使用して、効果的な料金を増やして確認を加速できます。

Bitcoinトランザクションは確認後に逆転できますか？いいえ、Bitcoinトランザクションは、一度確認されると不可逆的です。トランザクションを逆転させる中央の権限はありません。資金が間違った住所に送られた場合、回復は受信者がそれらを返還する意欲に完全に依存します。

Bitcoinトランザクションが確認されるまでどれくらい時間がかかりますか？ Bitcoinネットワークの平均ブロック時間は10分です。ただし、確認時間は、ネットワークの混雑と取引手数料に基づいて異なります。次のブロックでトランザクションが確認されるか、料金が低すぎる場合は数時間かかる場合があります。

UTXOとは何ですか、そしてなぜそれが重要なのですか？アンペントトランザクション出力（UTXO）は、新しいトランザクションで入力として使用できるBitcoinのチャンクを表します。 UTXOモデルにより、Bitcoinはアカウントの残高を維持せずに所有権を追跡できます。すべてのトランザクションは、既存のUTXOSを消費し、新しいものを作成し、所有権の連鎖を形成します。