ビットコインのトランザクション仕組みを初心者向け解説

ビットコインは、中央銀行などの管理主体が存在しない、分散型のデジタル通貨です。その根幹をなすのが、ブロックチェーン技術を用いたトランザクション（取引）の仕組みです。本稿では、ビットコインのトランザクションの仕組みを、初心者の方にも分かりやすく解説します。

1. トランザクションの基本

ビットコインのトランザクションは、従来の金融取引とは大きく異なります。従来の取引は、銀行などの仲介機関を通じて行われますが、ビットコインの取引は、ピアツーピア（P2P）ネットワーク上で直接行われます。つまり、送金者と受信者の間で直接価値が交換されるのです。

トランザクションは、以下の要素で構成されます。

• 入力（Input）：送金者がビットコインを支払うために使用する、過去のトランザクションからの未使用トランザクション出力（UTXO）への参照。
• 出力（Output）：受信者が受け取るビットコインの量と、そのビットコインを受け取るためのアドレス。
• 署名（Signature）：送金者がトランザクションを承認するためのデジタル署名。

例えば、AさんがBさんに1BTCを送金する場合、Aさんは過去のトランザクションで受け取った未使用のUTXOを使い、Bさんのアドレス宛に1BTCを送金するトランザクションを作成します。このトランザクションには、Aさんの秘密鍵で生成されたデジタル署名が付与されます。この署名によって、Aさんがこのトランザクションを承認したことが証明されます。

2. UTXO（Unspent Transaction Output）モデル

ビットコインのトランザクションは、口座残高という概念ではなく、UTXOモデルに基づいて管理されます。UTXOとは、過去のトランザクションによって生成された、まだ使用されていないビットコインの量のことです。各UTXOは、特定のトランザクションの出力として記録され、そのUTXOを所有しているのは、対応する秘密鍵を持っているアドレスの所有者です。

例えば、Aさんが過去に2BTCを受け取った場合、Aさんのアドレスには2BTCのUTXOが存在します。Aさんが1BTCをBさんに送金する場合、Aさんの2BTCのUTXOは1BTCのUTXOと1BTCのUTXOに分割されます。1BTCのUTXOはBさんに送金され、残りの1BTCのUTXOはAさんのアドレスに残ります。

UTXOモデルの利点は、トランザクションの追跡が容易であること、プライバシーが向上すること、並行処理が可能なことです。

3. ブロックチェーンとマイニング

作成されたトランザクションは、すぐにビットコインネットワーク全体にブロードキャストされます。ネットワーク上のノード（コンピュータ）は、これらのトランザクションを検証し、ブロックと呼ばれるまとまりにまとめます。このブロックをブロックチェーンに追加する作業をマイニングと呼びます。

マイニングを行うノードは、複雑な数学的問題を解く必要があります。最初に問題を解いたノードは、新しいブロックをブロックチェーンに追加する権利を得ます。この権利を得たノードは、トランザクション手数料と、新たに発行されたビットコイン（ブロック報酬）を受け取ります。

ブロックチェーンは、過去のすべてのトランザクションを記録した公開された台帳です。各ブロックは、前のブロックのハッシュ値を含んでいるため、ブロックチェーンは改ざんが非常に困難です。この改ざん耐性が、ビットコインのセキュリティを支える重要な要素となっています。

4. トランザクションの検証プロセス

トランザクションが有効であると認められるためには、以下の検証プロセスを経る必要があります。

• 署名の検証：トランザクションに付与されたデジタル署名が、対応する公開鍵と一致することを確認します。
• UTXOの検証：トランザクションの入力として指定されたUTXOが存在し、未使用であることを確認します。
• 二重支払いの防止：同じUTXOが複数のトランザクションで使用されていないことを確認します。
• トランザクションの形式の検証：トランザクションがビットコインのプロトコルに準拠していることを確認します。

これらの検証プロセスは、ネットワーク上のノードによって自動的に行われます。不正なトランザクションは、ブロックチェーンに追加されません。

5. トランザクション手数料

ビットコインのトランザクションには、トランザクション手数料が発生します。この手数料は、マイナーに支払われる報酬の一部であり、マイニングのインセンティブとなります。トランザクション手数料の高さは、ネットワークの混雑状況によって変動します。ネットワークが混雑している場合、トランザクションを迅速に処理してもらうためには、より高い手数料を支払う必要があります。

トランザクション手数料は、トランザクションのサイズ（バイト数）と、トランザクション手数料のレート（バイト数あたりの手数料）によって計算されます。トランザクションのサイズが大きくなるほど、手数料も高くなります。

6. セグウィット（SegWit）とライトニングネットワーク

ビットコインのトランザクションの効率性とスケーラビリティを向上させるために、セグウィットと呼ばれる技術が導入されました。セグウィットは、トランザクションの構造を変更することで、トランザクションのサイズを削減し、ブロックチェーンの容量を増やすことを目的としています。

また、ライトニングネットワークと呼ばれるオフチェーンのスケーリングソリューションも開発されています。ライトニングネットワークは、ブロックチェーンの外で多数のトランザクションを処理することで、ブロックチェーンの負荷を軽減し、トランザクションの速度を向上させます。

7. トランザクションの追跡とプライバシー

ビットコインのトランザクションは、ブロックチェーン上に公開されているため、誰でも追跡することができます。しかし、ビットコインのアドレスは、個人情報と直接結びついていないため、トランザクションの追跡だけでは、個人を特定することは困難です。ただし、取引所の利用履歴や、他の情報と組み合わせることで、個人を特定できる可能性もあります。

ビットコインのプライバシーを向上させるために、CoinJoinなどの技術が開発されています。CoinJoinは、複数のユーザーのトランザクションをまとめて処理することで、トランザクションの追跡を困難にする技術です。

まとめ

ビットコインのトランザクション仕組みは、従来の金融取引とは大きく異なります。分散型のP2Pネットワーク上で直接行われるトランザクションは、UTXOモデルに基づいて管理され、ブロックチェーンによって安全に記録されます。マイニングによってブロックチェーンが維持され、トランザクション手数料がマイナーへのインセンティブとなります。セグウィットやライトニングネットワークなどの技術によって、ビットコインのトランザクションの効率性とスケーラビリティが向上しています。ビットコインのトランザクション仕組みを理解することで、ビットコインの可能性と課題をより深く理解することができます。