ビットコインのトランザクションを簡単解説

ビットコインは、2009年にサトシ・ナカモトによって提唱された分散型デジタル通貨です。その根幹をなす技術の一つが、ブロックチェーンと呼ばれる分散型台帳技術であり、ビットコインの取引（トランザクション）は、このブロックチェーン上に記録されます。本稿では、ビットコインのトランザクションについて、その仕組み、構成要素、処理の流れを詳細に解説します。

1. トランザクションの基本構造

ビットコインのトランザクションは、以下の主要な要素で構成されています。

• インプット (Input): トランザクションの資金源となる、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) を指します。各インプットは、参照するUTXOのトランザクションIDと出力インデックス、そしてUTXOの所有権を証明するための署名を含みます。
• アウトプット (Output): トランザクションによって作成される新しいUTXOです。各アウトプットは、受け取りアドレス（公開鍵のハッシュ値）と、そのアドレスに送金されるビットコインの量を含みます。
• ロックタイム (Locktime): トランザクションがブロックチェーンに記録されるまでの時間制限を設定します。ロックタイムが設定されている場合、指定された時間までトランザクションは有効になりません。
• 署名 (Signature): インプットのUTXOの所有者がトランザクションを承認したことを証明するためのデジタル署名です。秘密鍵を用いて生成され、公開鍵を用いて検証されます。

トランザクションは、これらの要素を組み合わせることで、ビットコインの送金と所有権の移転を安全かつ確実に記録します。

2. UTXO (Unspent Transaction Output) モデル

ビットコインは、口座残高を記録するのではなく、UTXOモデルを採用しています。UTXOとは、過去のトランザクションによって作成された、まだ使用されていないトランザクション出力のことです。各UTXOは、特定の金額のビットコインを表し、特定の受け取りアドレスに紐付けられています。

トランザクションを実行する際、送信者は複数のUTXOをインプットとして使用し、それらの合計金額から、受け取りアドレスへの送金額とトランザクション手数料を差し引いた金額を新しいUTXOとしてアウトプットに生成します。残りの金額は、送信者自身のアドレスに送り返されることもあります。

UTXOモデルは、トランザクションのプライバシーを向上させ、並行処理を可能にするという利点があります。なぜなら、各UTXOは独立しており、他のUTXOとの関連性がないため、トランザクションの追跡が困難になるからです。

3. トランザクションの生成と署名

ビットコインのトランザクションは、通常、ウォレットソフトウェアによって生成されます。ウォレットソフトウェアは、ユーザーが指定した送金先アドレスと送金額に基づいて、トランザクションのインプットとアウトプットを作成します。その後、ウォレットソフトウェアは、インプットのUTXOの所有権を証明するための署名を生成します。

署名の生成には、秘密鍵が使用されます。秘密鍵は、ユーザーがウォレットを作成する際に生成され、厳重に管理する必要があります。秘密鍵が漏洩した場合、その秘密鍵に対応するUTXOは、第三者によって不正に使用される可能性があります。

署名は、トランザクションのインプット、アウトプット、ロックタイムなどの情報に基づいて生成されます。署名は、トランザクションの内容が改ざんされていないことを保証し、UTXOの所有者がトランザクションを承認したことを証明します。

4. トランザクションのブロードキャストと検証

トランザクションが生成され、署名された後、それは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。ブロードキャストされたトランザクションは、ネットワーク上のノードによって受信され、検証されます。

トランザクションの検証には、以下のステップが含まれます。

• 構文の検証: トランザクションの形式が正しいかどうかを検証します。
• 署名の検証: インプットのUTXOの所有者がトランザクションを承認したことを証明するための署名が有効かどうかを検証します。
• UTXOの存在確認: インプットのUTXOがブロックチェーン上に存在し、まだ使用されていないかどうかを検証します。
• 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かどうかを検証します。

トランザクションがこれらの検証に合格した場合、それは有効なトランザクションとして認識され、メモリプール（mempool）に保存されます。

5. マイニングとブロックへの記録

メモリプールに保存されたトランザクションは、マイナーによってブロックにまとめられます。マイナーは、ブロックチェーンに追加する新しいブロックを作成するために、複雑な計算問題を解く必要があります。この計算問題を解くプロセスをマイニングと呼びます。

マイニングに成功したマイナーは、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。新しいブロックには、複数のトランザクションが含まれており、これらのトランザクションは、ブロックチェーンに永続的に記録されます。

ブロックチェーンに追加されたトランザクションは、改ざんが非常に困難になります。なぜなら、ブロックチェーンは、暗号学的に連結されたブロックのチェーンであり、過去のブロックを改ざんするには、それ以降のすべてのブロックを再計算する必要があるからです。

6. 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含まれます。トランザクション手数料は、マイナーに支払われる報酬であり、マイナーがトランザクションをブロックに含めるインセンティブとなります。

トランザクション手数料の金額は、トランザクションのサイズ（バイト数）と、ネットワークの混雑状況によって異なります。トランザクションのサイズが大きいほど、トランザクション手数料が高くなる傾向があります。また、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、より高いトランザクション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、送信者が支払う必要があります。ウォレットソフトウェアは、通常、トランザクション手数料を自動的に計算し、トランザクションに含めます。

7. セグウィット (Segregated Witness)

セグウィットは、ビットコインのトランザクションの構造を改善するためのソフトフォークです。セグウィットは、トランザクションの署名データをブロックの他の部分から分離することで、ブロックの容量を増やし、トランザクション手数料を削減することを目的としています。

セグウィットは、トランザクションのサイズを小さくし、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させるという利点があります。また、セグウィットは、新しい種類のトランザクション（例えば、スマートコントラクト）を可能にするための基盤となります。

8. まとめ

ビットコインのトランザクションは、UTXOモデルに基づいており、インプット、アウトプット、ロックタイム、署名などの要素で構成されています。トランザクションは、ウォレットソフトウェアによって生成され、署名され、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。ブロードキャストされたトランザクションは、ネットワーク上のノードによって検証され、マイナーによってブロックにまとめられ、ブロックチェーンに記録されます。トランザクション手数料は、マイナーに支払われる報酬であり、トランザクションを迅速に処理してもらうためのインセンティブとなります。セグウィットは、トランザクションの構造を改善し、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させるための重要な技術です。ビットコインのトランザクションの仕組みを理解することは、ビットコインの安全性を確保し、効果的に利用するために不可欠です。