ビットコインのトランザクション承認方法を解説

ビットコインは、中央銀行のような中央機関に依存しない、分散型のデジタル通貨です。その安全性と信頼性は、ブロックチェーン技術と、トランザクション（取引）を承認する複雑なプロセスによって支えられています。本稿では、ビットコインのトランザクション承認方法について、その仕組みを詳細に解説します。

1. トランザクションの生成とブロードキャスト

ビットコインのトランザクションは、あるアドレスから別の住所への価値の移動を記録するものです。トランザクションを生成するには、送信者は以下の情報を提供する必要があります。

• 入力 (Inputs): 送信者が過去のトランザクションから受け取った未使用トランザクション出力 (UTXO) を参照します。
• 出力 (Outputs): 受信者のアドレスと、そのアドレスに送信するビットコインの量を示します。
• 署名 (Signature): 送信者の秘密鍵を使用してトランザクションに署名し、所有権を証明します。

トランザクションが生成されると、ビットコインネットワークにブロードキャストされます。これは、トランザクションをネットワーク上の多数のノードに送信することを意味します。

2. マイニングプールとマイナー

トランザクションがブロードキャストされると、ネットワーク上のマイナーと呼ばれるノードがそれらを集めてブロックを形成しようとします。マイナーは、強力な計算能力を使用して、複雑な数学的パズルを解くことでブロックを生成します。このプロセスを「マイニング」と呼びます。

マイニングは競争的なプロセスであり、最初にパズルを解いたマイナーがブロックを生成する権利を得ます。マイニングは、トランザクションを承認し、ブロックチェーンに追加する役割を担っています。多くのマイナーは、計算資源を共有し、報酬を分配するためにマイニングプールに参加しています。

3. ブロックの構造

ブロックは、複数のトランザクション、前のブロックへのハッシュ値、タイムスタンプ、およびナンスと呼ばれるランダムな数値を含むデータ構造です。ハッシュ値は、ブロックの内容を識別する一意のフィンガープリントのようなものです。前のブロックへのハッシュ値を含めることで、ブロックチェーンは過去のブロックと連結され、改ざんが非常に困難になります。

ナンスは、マイナーがパズルを解くために変更する数値です。マイナーは、ナンスを変更しながらブロックのハッシュ値を計算し、特定の条件を満たすハッシュ値を見つけることを目指します。この条件は、ネットワークの難易度によって調整されます。

4. 難易度調整

ビットコインネットワークは、ブロックの生成間隔を約10分に保つように設計されています。しかし、マイニングの計算能力は常に変化するため、ブロックの生成間隔も変動する可能性があります。この問題を解決するために、ビットコインネットワークは難易度調整メカニズムを備えています。

難易度調整は、約2016ブロックごとに（約2週間）行われます。ネットワークは、過去2016ブロックの生成にかかった時間を測定し、目標時間と比較します。生成時間が目標時間よりも短い場合、難易度は引き上げられます。生成時間が目標時間よりも長い場合、難易度は引き下げられます。これにより、ブロックの生成間隔が安定し、ネットワークのセキュリティが維持されます。

5. コンセンサスアルゴリズム (Proof-of-Work)

ビットコインは、Proof-of-Work (PoW) と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムを使用しています。PoWは、マイナーが計算能力を費やしてパズルを解くことで、ネットワークの合意を形成するメカニズムです。最初にパズルを解いたマイナーがブロックを生成する権利を得ますが、そのブロックが有効であるためには、ネットワーク上の他のノードによって検証される必要があります。

他のノードは、ブロック内のトランザクションが有効であり、マイナーが正しいハッシュ値を見つけたことを確認します。ブロックが有効であると判断された場合、他のノードはそれを自分のブロックチェーンに追加します。これにより、ネットワーク全体でブロックチェーンの単一のバージョンが維持されます。

6. トランザクションの確認

トランザクションがブロックチェーンに追加されると、「確認」されたと見なされます。トランザクションの確認数は、そのトランザクションを含むブロックの数を示します。確認数が多いほど、トランザクションが改ざんされる可能性は低くなります。

通常、6つの確認は、トランザクションが十分に安全であると見なされるために十分です。これは、攻撃者が6つのブロックを生成するために必要な計算能力が非常に高いためです。多くの取引所やサービスプロバイダーは、トランザクションを処理する前に、少なくとも6つの確認を要求します。

7. 51%攻撃

ビットコインネットワークの潜在的な脆弱性として、51%攻撃があります。51%攻撃とは、単一のエンティティがネットワークの計算能力の51%以上を制御し、トランザクションを操作したり、ブロックチェーンを書き換えたりする攻撃です。51%攻撃は非常に困難であり、莫大な計算資源と資金が必要です。しかし、理論的には可能です。

51%攻撃を防ぐために、ビットコインネットワークは分散化されており、多数のマイナーが参加しています。これにより、単一のエンティティがネットワークの計算能力の51%以上を制御することが非常に困難になります。

8. SegWitとTaproot

ビットコインのトランザクション承認プロセスは、時間の経過とともに進化してきました。SegWit (Segregated Witness) と Taproot は、ビットコインのトランザクション処理能力を向上させ、プライバシーを強化するための重要なアップグレードです。

SegWit: トランザクションデータの構造を変更し、ブロックの容量を効果的に増加させました。これにより、トランザクション手数料を削減し、トランザクションの処理速度を向上させることができました。

Taproot: スマートコントラクトのプライバシーを向上させ、トランザクションのサイズを削減するためのアップグレードです。Taprootは、Schnorr署名と呼ばれる新しい署名方式を導入し、複雑なトランザクションをより効率的に処理できるようにしました。

9. サイドチェーンとレイヤー2ソリューション

ビットコインのトランザクション承認プロセスは、スケーラビリティの問題を抱えています。つまり、トランザクションの処理能力が限られているため、トランザクション手数料が高騰したり、トランザクションの処理時間が長くなったりする可能性があります。この問題を解決するために、サイドチェーンとレイヤー2ソリューションが開発されています。

サイドチェーン: ビットコインのメインチェーンに接続された別のブロックチェーンです。サイドチェーンは、ビットコインのメインチェーンとは異なるルールとパラメータを持つことができます。これにより、ビットコインのメインチェーンの負荷を軽減し、新しい機能をテストすることができます。

レイヤー2ソリューション: ビットコインのメインチェーンの上に構築されたソリューションです。レイヤー2ソリューションは、トランザクションをオフチェーンで処理し、結果のみをビットコインのメインチェーンに記録します。これにより、トランザクション手数料を削減し、トランザクションの処理速度を向上させることができます。

まとめ

ビットコインのトランザクション承認方法は、分散型のネットワークと、Proof-of-Workと呼ばれるコンセンサスアルゴリズムによって支えられています。マイナーは、複雑な数学的パズルを解くことでブロックを生成し、トランザクションを承認します。トランザクションは、ブロックチェーンに追加されると「確認」されたと見なされ、確認数が多いほど安全性が高まります。ビットコインのトランザクション承認プロセスは、SegWitやTaprootなどのアップグレードによって進化し続けており、サイドチェーンやレイヤー2ソリューションなどの新しい技術が、スケーラビリティの問題を解決するために開発されています。ビットコインのトランザクション承認方法を理解することは、ビットコインの安全性と信頼性を理解する上で不可欠です。