ビットコインのトランザクション承認の流れ

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、ブロックチェーンと呼ばれる分散型台帳技術によって支えられています。ビットコインのトランザクション（取引）が承認されるまでには、複雑なプロセスを経る必要があります。本稿では、ビットコインのトランザクション承認の流れを詳細に解説します。

1. トランザクションの生成

ビットコインのトランザクションは、ユーザーがビットコインを他のユーザーに送金したい場合に生成されます。トランザクションには、以下の情報が含まれます。

• 入力 (Inputs): 送金者の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) を参照します。UTXOは、以前のトランザクションで受け取ったビットコインの残高を表します。
• 出力 (Outputs): 受取人のビットコインアドレスと、送金額を指定します。
• 署名 (Signature): 送金者の秘密鍵を使用して生成され、トランザクションが正当であることを証明します。

トランザクションは、デジタル署名によって保護されており、改ざんを防ぎます。送金者は、自身の秘密鍵を使用してトランザクションに署名することで、そのトランザクションが自身によって承認されたことを証明します。

2. トランザクションのブロードキャスト

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複数のノード（コンピュータ）に送信することを意味します。ノードは、トランザクションの有効性を検証し、他のノードに転送します。このプロセスを通じて、トランザクションはネットワーク全体に拡散されます。

3. メモリプール (Mempool)

ブロードキャストされたトランザクションは、各ノードのメモリプール（Mempool）に一時的に保存されます。メモリプールは、未承認のトランザクションの集合体です。ノードは、メモリプール内のトランザクションを、手数料（Transaction Fee）の高さやトランザクションのサイズなどに基づいて優先順位付けします。手数料が高いトランザクションや、サイズが小さいトランザクションは、より早くブロックに取り込まれる可能性が高くなります。

4. マイニング (Mining)

マイニングは、ビットコインネットワークのセキュリティを維持し、新しいトランザクションをブロックチェーンに追加するプロセスです。マイナー（採掘者）は、強力な計算能力を持つコンピュータを使用して、複雑な数学的問題を解きます。この問題を解くためには、膨大な計算リソースが必要であり、そのコストがビットコインネットワークのセキュリティを支えています。

マイナーは、メモリプールからトランザクションを選択し、それらをブロックと呼ばれるデータ構造にまとめます。ブロックには、以下の情報が含まれます。

• ブロックヘッダー: ブロックに関するメタデータ（バージョン、前のブロックのハッシュ値、タイムスタンプ、難易度ターゲット、ノンスなど）が含まれます。
• トランザクション: ブロックに含まれるトランザクションのリスト。

マイナーは、ブロックヘッダー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必要があります。この条件は、ネットワークの難易度（Difficulty）によって決定されます。難易度は、ブロックの生成速度を一定に保つために、約2週間ごとに自動的に調整されます。

5. Proof-of-Work (PoW)

マイナーが特定の条件を満たすハッシュ値を見つけると、そのブロックは「Proof-of-Work (PoW)」と呼ばれる証拠を提供します。PoWは、マイナーが実際に計算リソースを消費してブロックを生成したことを証明するものです。PoWを持つブロックは、ネットワークにブロードキャストされます。

6. ブロックの検証

ブロードキャストされたブロックは、ネットワーク上の他のノードによって検証されます。ノードは、以下のことを確認します。

• ブロックヘッダーの有効性: ハッシュ値が正しいこと、タイムスタンプが有効であること、難易度ターゲットが正しいことなどを確認します。
• トランザクションの有効性: トランザクションの署名が正しいこと、UTXOが有効であること、二重支払いが存在しないことなどを確認します。
• PoWの有効性: PoWが正しいこと、つまり、マイナーが実際に計算リソースを消費してブロックを生成し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、ノードはそのブロックを自身のブロックチェーンに追加します。

7. ブロックチェーンへの追加

ブロックがネットワーク上の多数のノードによって検証され、ブロックチェーンに追加されると、そのブロックに含まれるトランザクションは「承認された」とみなされます。ブロックチェーンは、過去のすべてのブロックを連結したものであり、改ざんが非常に困難な構造を持っています。ブロックチェーンに記録されたトランザクションは、永続的に保存され、誰でも閲覧することができます。

8. 確認 (Confirmation)

トランザクションが承認されるためには、通常、複数のブロックがそのトランザクションを含むブロックの上に積み重ねられる必要があります。この積み重ねられたブロックの数を「確認 (Confirmation)」と呼びます。確認が多いほど、トランザクションが改ざんされるリスクは低くなります。一般的に、6つの確認があれば、トランザクションは十分に安全であるとみなされます。

9. 51%攻撃のリスク

ビットコインネットワークは、51%攻撃と呼ばれる攻撃に対して脆弱です。51%攻撃とは、ネットワーク上の計算能力の51%以上を掌握した攻撃者が、過去のトランザクションを改ざんしたり、二重支払いを実行したりする攻撃です。しかし、51%攻撃を実行するには、膨大な計算リソースが必要であり、そのコストは非常に高くなります。そのため、51%攻撃は現実的には非常に困難です。

10. スケーラビリティ問題

ビットコインネットワークは、トランザクションの処理能力に限界があります。これは、ブロックのサイズが制限されているためです。トランザクションの処理能力が低いと、トランザクションの承認に時間がかかり、手数料が高くなる可能性があります。この問題を解決するために、様々なスケーラビリティソリューションが提案されています。例えば、セグウィット (SegWit) やライトニングネットワーク (Lightning Network) などがあります。

まとめ

ビットコインのトランザクション承認の流れは、トランザクションの生成、ブロードキャスト、メモリプールへの保存、マイニング、ブロックの検証、ブロックチェーンへの追加、確認という一連のプロセスを経て行われます。このプロセスは、ビットコインネットワークのセキュリティと信頼性を維持するために不可欠です。ビットコインは、分散型のデジタル通貨として、中央機関に依存しない安全な取引を可能にしています。しかし、スケーラビリティ問題や51%攻撃のリスクなど、解決すべき課題も存在します。今後の技術革新によって、これらの課題が克服され、ビットコインがより広く普及することが期待されます。