はじめに

暗号資産（仮想通貨）は、従来の金融システムとは異なる、分散型台帳技術（ブロックチェーン）を基盤とした新しい金融システムです。その根幹をなすのが、トランザクション（取引）の仕組みです。本稿では、暗号資産のトランザクションがどのように処理され、検証され、ブロックチェーンに記録されるのかを、図解を交えながら詳細に解説します。この理解は、暗号資産の安全性、透明性、そしてその可能性を理解する上で不可欠です。

トランザクションの基本構造

トランザクションは、暗号資産の送金や契約の実行など、ブロックチェーン上で発生するすべての活動の記録です。基本的なトランザクションは、以下の要素で構成されます。

• 入力（Input）：トランザクションの資金源となる、以前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）：トランザクションの宛先となるアドレスと、送金額。複数の出力を持つことも可能です。
• 署名（Signature）：トランザクションの送信者が、自身の秘密鍵を用いて生成したデジタル署名。トランザクションの正当性を証明するために使用されます。

図1：トランザクションの基本構造

例えば、AさんがBさんに1BTCを送金する場合、Aさんの過去のトランザクションから未使用のUTXOを使い、Bさんのアドレスを宛先として、1BTC分の出力を作成します。そして、Aさんの秘密鍵で署名することで、トランザクションが完成します。

UTXO（Unspent Transaction Output）モデル

多くの暗号資産（ビットコインなど）は、UTXOモデルを採用しています。UTXOモデルでは、暗号資産は「コイン」として扱われ、トランザクションによってコインが生成・消費されます。トランザクションの入力は、以前のトランザクションから未使用のUTXOを参照し、トランザクションの出力は、新しいUTXOを生成します。このモデルにより、トランザクションの追跡が容易になり、二重支払いを防ぐことができます。

図2：UTXOモデルの例

UTXOモデルの重要な特徴は、トランザクションの入力と出力の合計金額が一致する必要があることです。もし、入力金額が輸出金額よりも多い場合、差額は「お釣り」として、送信者のアドレスに新しいUTXOとして返されます。

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作成されると、ネットワーク上のノードにブロードキャストされます。ノードは、トランザクションの正当性を検証するために、以下のチェックを行います。

• 署名の検証：送信者の署名が、トランザクションの内容と送信者の公開鍵と一致するかどうかを確認します。
• UTXOの検証：トランザクションの入力として参照されているUTXOが、実際に存在し、未使用であるかどうかを確認します。
• 二重支払い防止：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確認します。

これらのチェックを通過したトランザクションは、「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）に一時的に保存されます。

マイニングとブロックの生成

マイニングは、有効なトランザクションをまとめてブロックを生成し、ブロックチェーンに追加するプロセスです。マイナーは、複雑な計算問題を解くことで、新しいブロックを生成する権利を得ます。この計算問題は、Proof-of-Work（PoW）と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムによって定義されます。

図3：マイニングのプロセス

新しいブロックが生成されると、そのブロックに含まれる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。ブロックチェーンは、暗号学的に連結されたブロックの連鎖であり、改ざんが極めて困難です。ブロックチェーンに記録されたトランザクションは、不可逆的に確定します。

コンセンサスアルゴリズムの種類

Proof-of-Work（PoW）以外にも、様々なコンセンサスアルゴリズムが存在します。代表的なものとして、Proof-of-Stake（PoS）があります。PoSでは、マイニングの代わりに、暗号資産の保有量に応じてブロックを生成する権利が与えられます。PoSは、PoWよりもエネルギー効率が良いという利点があります。

その他のコンセンサスアルゴリズムとしては、Delegated Proof-of-Stake（DPoS）、Proof-of-Authority（PoA）などがあります。それぞれのアルゴリズムは、異なる特徴を持ち、暗号資産の種類や目的に応じて選択されます。

スマートコントラクトとトランザクション

スマートコントラクトは、ブロックチェーン上で実行されるプログラムです。スマートコントラクトは、特定の条件が満たされた場合に、自動的にトランザクションを実行することができます。例えば、エスクローサービスやサプライチェーン管理など、様々な用途にスマートコントラクトが活用されています。

スマートコントラクトのトランザクションは、通常のトランザクションとは異なり、プログラムの実行結果に応じて、複数のトランザクションが生成されることがあります。スマートコントラクトのトランザクションは、ガスコストと呼ばれる手数料を必要とすることがあります。ガスコストは、スマートコントラクトの実行に必要な計算資源の量に応じて決定されます。

トランザクションのプライバシー

暗号資産のトランザクションは、公開台帳であるブロックチェーンに記録されるため、誰でもトランザクションの内容を確認することができます。しかし、トランザクションの送信者と受信者のアドレスは、個人情報と直接結びついていないため、ある程度のプライバシーは保護されます。しかし、トランザクションの分析によって、個人情報が特定されるリスクも存在します。

プライバシーを強化するために、様々な技術が開発されています。例えば、リング署名、ステルスアドレス、CoinJoinなどがあります。これらの技術は、トランザクションの送信者と受信者を匿名化し、プライバシーを保護することができます。

トランザクションの拡張性問題

暗号資産のトランザクション処理能力には限界があります。トランザクションの数が増加すると、トランザクションの処理に時間がかかり、手数料が高くなることがあります。この問題を「拡張性問題」と呼びます。

拡張性問題を解決するために、様々な技術が開発されています。例えば、セカンドレイヤーソリューション、シャーディング、サイドチェーンなどがあります。これらの技術は、ブロックチェーンの負荷を軽減し、トランザクション処理能力を向上させることができます。

まとめ

暗号資産のトランザクション仕組みは、従来の金融システムとは大きく異なります。分散型台帳技術（ブロックチェーン）を基盤とし、UTXOモデル、マイニング、コンセンサスアルゴリズムなどの要素が組み合わさって、安全で透明性の高いトランザクションを実現しています。スマートコントラクトの登場により、トランザクションの可能性はさらに広がっています。しかし、プライバシーや拡張性などの課題も存在し、これらの課題を解決するための技術開発が活発に進められています。暗号資産のトランザクション仕組みを理解することは、暗号資産の未来を理解する上で不可欠です。