ビットコインの取引プロセス

最近、ブロガーは、マイニングに関するわかりやすい科学アルバムを編集しており、暗号通貨の最初の取引からマイニング確認取引のさまざまなリンクまで、マイニングプロセスで何が起こるのか、どのリンクがマイニング収入を生み出すのか、よく話題になるコンピューティングパワーとは何なのか、なぜマイニング収入がこのように分配されるのかなどを包括的に紹介したいと考えています。

ビットコインを例にとると、ビットコインネットワークでのマイニングの目的は、トランザクションをパッケージ化し、ビットコインネットワークを維持することであることがわかります。そして、トランザクションは実際にはマイニングに密接に関連する最初のリンクです。ビットコインネットワークの取引プロセスでは、非対称暗号化技術、デジタル要約技術、ブロックチェーン技術などが使用されています。これらの技術の技術的実装は多くの偉大な達人によって行われてきたため、ブロガーは将来的に恥ずかしい思いをすることはありません。この記事の主な目的は、ビットコインの取引プロセスを比較的簡単な言葉で説明し、著者のような技術に詳しい素人でもビットコインを理解できるようにすることです。

始める前に、まずいくつかの概念を紹介する必要があります。

知識ポイント

非対称暗号化: 公開鍵暗号化とも呼ばれ、暗号化アルゴリズムを通じて公開鍵と秘密鍵のペアを生成します。公開鍵は一般に公開され、秘密鍵は個人によって保管されます。これには2 つの用途があります。1 つ目は、他の人が公開鍵を使用してデータを暗号化し、それを公開鍵の所有者に送信できることです。公開鍵の所有者は、対応する秘密鍵を使用してデータを復号化し、情報を読み取ります。このようにして、情報伝達の安全性が保証されます。次に、公開鍵の所有者は秘密鍵を使用して情報に署名し（署名プロセスは暗号化プロセスに似ています）、情報と署名を他のユーザーに送信します。他の人は公開鍵を通じて情報の署名を検証できます (検証プロセスは復号化プロセスに似ています)。署名情報が送信された情報と一致している場合、その情報は公開鍵の所有者によって送信されたことが証明されます。公開鍵保有者の身元と秘密鍵を公開することなく、情報源の信頼性を確保できます。（参考リンク：https://en.wikipedia.org/wiki/Public-key_cryptography ）
ハッシュアルゴリズム: ハッシュ関数とも呼ばれ、データ量の多いメッセージまたはデータから、固定形式かつデータ量が小さいデジタルサマリーを計算するために使用できます。これは、フィンガープリント、ハッシュ値、またはハッシュとも呼ばれます。優れたハッシュアルゴリズムは、不可逆性(元の情報またはデータがデジタルサマリーから推測できない)、高感度(元のデータにわずかな変更があっても、デジタルサマリーに大きな変更が生じる)、衝突防止性 (同じデジタルサマリーで 2 つの異なる情報を見つけるのが難しい) を備えている必要があります。（参考リンク：https://en.wikipedia.org/wiki/Hash_function ）
ビットコインの公開鍵と秘密鍵:ビットコインの世界では、ビットコインプロトコルに従って生成された公開鍵と秘密鍵のペアを使用して、ビットコインの所有権を決定します。非対称暗号化アルゴリズム（楕円曲線アルゴリズム）によって生成されます。公開鍵は 2 つのハッシュアルゴリズム(SHA256)によって計算され、ハッシュ値(ハッシュとも呼ばれる) が取得されます。その後、ハッシュ値は Base58Check でエンコードされ、よく見られる Bitcoinウォレットアドレスが生成されます。したがって、ウォレットアドレスをデコードすると、対応する公開鍵のハッシュを取得でき、これを使用して秘密鍵の署名を検証したり、データを暗号化したりすることができます。
UTXO : 未使用のトランザクション出力、未使用のトランザクション出力、これはビットコインの世界における抽象的な通貨です。各UTXOは公開鍵（ウォレットアドレス）によってロックされます。公開鍵に対応する秘密鍵を保持している人だけが、秘密鍵を通じて UTXO に署名（ロック解除）して使用することができます。 UTXO は抽象的な紙幣として理解できますが、額面金額は固定されていません (5 元や 10 元だけではなく、任意の数字になります)。（参考リンク：https://en.wikipedia.org/wiki/Unspent_transaction_output）

コードはさておき、ビットコインの取引プロセスを見てみましょう。

下の図に示すように、A、B、C、Dの4人がいます。彼らは全員ビットコインウォレットを持っており、ウォレットの秘密鍵は各自が保持しています。ウォレットアドレス (それぞれのウォレット公開鍵によって生成) は、UTXO のロックと検証のために Bitcoin ネットワーク上で公開されます。

最初、AはCに0.7BTCを与え、ビットコインネットワーク内の記録はUTXO(1): AはCに0.7BTCを与える。 BはCに0.5BTCを与え、ビットコインネットワーク内の記録はUTXO(2)：BはCに0.5BTCを与える。この時点で、C の Bitcoin ウォレットのアカウント残高は、これら 2 つの UTXO の合計になります。 Cのビットコインの総数 = UTXO(1) + UTXO(2) = 1.2 BTC 。以下のように表示されます。

この日、C は D から一連の商品を購入し、D に 0.8 BTC を支払う必要がありました。 C はビットコインネットワークを通じて D に送金しますが、C の既存の 2 つの UTXO はそれぞれ 0.8 BTC 未満であるため、現金取引と同様に 2 つの UTXO を一緒に使用する必要があります。つまり、1.2 BTC が D に支払われ、D は代わりに C に 0.4 BTC を支払います。しかし、ビットコインネットワークでは、変更作業はC自身によって開始されます。

取引プロセス全体は次のとおりです。

C は Bitcoin ウォレットを通じて取引情報を準備します。トランザクション情報には、入力と出力の 2 つの部分が含まれます。入力はUTXO(1)とUTXO(2) 、およびCのウォレットの秘密鍵署名です（UTXO(1)とUTXO(2)はCのウォレットの公開鍵によってロックされているため、使用する前にCの秘密鍵署名でロックを解除する必要があります）。
トランザクションの出力は未確認のUTXO (3)です。CはDに0.8 BTCを与えます。この新しい UTXO はD のウォレット公開鍵を指します。トランザクションが確認されると、D のウォレット公開鍵によってロックされます。
この時点では、まだ0.4 BTCをCに変更する必要があるため、未確認のUTXO （4）を出力する必要があります。CはC 0.3999 BTCになります。この新しい UTXO は C のウォレット公開鍵を指します。トランザクションが確認されると、C のウォレット公開鍵によってロックされます。
なぜ変更は0.4BTCではないのですか?ビットコインネットワークでは、トランザクションの転送にはビットコインネットワークへのトランザクション手数料の支払いが必要になるためです。残りの0.0001BTCはどのウォレット公開鍵も指しておらず、トランザクションをパッケージ化するマイナーに送金手数料として支払われます（変更がない場合は、残りの不特定のビットコインはすべてトランザクションをパッケージ化するマイナーに手数料として支払われますが、現在は変更作業はウォレットによって自動的に行われるため、心配する必要はありません）。
トランザクション情報が準備された後、C のウォレットがトランザクションが合法であることを確認した後(UTXO が合法であること、署名が有効であること、入力金額と出力金額が有効であることなど)、トランザクションはBitcoin ネットワークにブロードキャストされます。マイニングノードはトランザクションを検証した後、トランザクションをパッケージ化（ビットコインブロックにトランザクションを記録）し、ビットコインネットワークにブロードキャストして、トランザクションが完了します。
古い UTXO は消費され、新しい UTXO が有効になります。この時点で、Dのウォレットには未使用のUTXO（3）があり、CはDに0.8 BTCを渡し、Cのウォレットには未使用のUTXO（4）があり、CはCに0.3999 BTCを渡します。

上記はビットコイン取引の比較的抽象的なプロセスです。ビットコイントランザクションの構築、署名検証、ノード検証、トランザクションのブロードキャスト、マイニングノードのメモリプールへの参加、マイナーによる予備ブロックの構築、および最終ブロックの確認プロセスについては、後で別途紹介するため、この記事では詳しく説明しません。

この抽象的なトランザクションプロセスから、ビットコイントランザクションは本質的には多数の UTXO の入力と出力のプロセスであることがわかります。古い UTXO が消費され、新しい UTXO が生成されるため、ビットコインのトランザクションは何度も完了します。

トランザクションプロセスは、非対称暗号化とハッシュアルゴリズムによって二重に保護されます。ビットコイン保有者は、個人情報が漏洩することを心配することなく取引を完了できます。ビットコインの一部は、トランザクションをパッケージ化するマイナーに報酬を与えるためにトランザクション中にも消費され、マイナーはビットコインネットワークを維持するタスクを完了することに満足します。こうして、内部駆動型のブロックチェーンネットワークが形成されました。

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