Bitpush: ビットコインネットワークの背後にある動作ロジックの徹底的な理解

概要: ブロックチェーンのエントリ チャネルとブロックチェーン アプリケーションの創始者であるビットコイン ネットワークは、多くの人が知っています。多くの友人はそれを知っていると思います。しかし、ビットコインネットワークがどのように機能するかを本当に理解していますか?ビットコイン システムは特定の個人や企業/組織に属しておらず、それを運営する従業員、上司、株主も存在しません。言い換えれば、ビットコインシステムは誰にも制御されていません。なぜ世界中の多くのノードと参加者がそれを信頼するのでしょうか?ビットコインが違法にコピーされるのを防ぐにはどうすればいいですか?

ブロックチェーンのエントリチャネルとブロックチェーンアプリケーションの創始者であるビットコインネットワークは多くの人が知っています。皆さんもご存知の方が多いと思います。しかし、ビットコインネットワークがどのように機能するかを本当に理解していますか?ビットコイン システムは特定の個人や企業/組織に属しておらず、それを運営する従業員、上司、株主も存在しません。言い換えれば、ビットコインシステムは誰にも制御されていません。なぜ世界中の多くのノードと参加者がそれを信頼するのでしょうか?ビットコインが違法にコピーされるのを防ぐにはどうすればいいですか?

この Wanxiang Blockchain Classroom では、ビットコインの動作原理とビットコインの基礎となる技術、つまりデジタル通貨を超えたブロックチェーンの商業的応用の可能性を体系的に紹介します。 「平易な言葉」で簡潔かつ理解しやすいことが保証されています。ぜひじっくりとお楽しみください〜

銀行などの管理センターを持たない取引システムは、通常、次の 3 つの大きな課題に直面します。

· 資産権利の確認

取引情報の改ざん防止

取引記録の信頼性と権威を判断する

しかし、ビットコインは金融機関などの第三者の管理仲介者を必要とせずに、これら3つの課題に対処することができます。ビットコインがこれら 3 つの課題にどのように対処するかを理解すれば、ビットコインの仕組みも自然に理解できるようになります。ビットコインがこれら 3 つの大きな課題をどのように克服するかを詳しく見てみましょう。

課題1: 資産の確認

誰かがビットコイン ブロックチェーンに取引記録を公開した場合、その取引が実際にビットコインの所有者によって開始されたもので、偽造を企む詐欺師によって開始されたものではないことをどうやって確認できるでしょうか?これにはコンピュータ暗号化技術の使用が必要です。

非対称暗号化

ビットコインは、一対の鍵を必要とする非対称暗号化技術を使用します。 1 つのキーで暗号化されたデータは、別のキーで復号化できます。使用時には、1 つのキー、つまり公開キーが公開され、もう 1 つの非公開キーが秘密キーになります (公開キーはインターネット上のアカウントに似ており、秘密キーはログイン パスワードに似ています)。

このキーのペアを使用して情報を送信するにはどうすればよいでしょうか?ガーディアンズ・オブ・ギャラクシーのスター・ロードがグルートに「こんにちは、グルート」というメッセージを送りたいが、スーパーヴィランのサノスにそのメッセージを読まれないようにしたい場合、どうすればよいでしょうか?グルートに鍵のペアを作成させ、公開鍵をスター・ロードに渡し、秘密鍵をグルート自身が保管することができます。スター・ロードは公開鍵を使用して情報を暗号化することができ、暗号化された情報は意味不明なものになります。グルートが秘密鍵でそれを解読して初めて、スター・ロードが何を言ったかを知ることができる。

デジタル署名

Bitcoin は、このキー ペアを逆に使用して、データの作成者の ID を検証します。つまり、キーをユーザーのデジタル署名として扱います。私たちは今でもガーディアンズ・オブ・ギャラクシーにこのシナリオの実現に協力をお願いしています。グルートがスター・ロードに「私はグルートだ」というメッセージを送りたいとします。しかし、スター・ロードは、このメッセージが本当にグルートからのものであり、グルートになりすました誰かからのものではないことをどうやって確認できるのでしょうか? Groot は秘密鍵を使用してこのメ​​ッセージを暗号化できます。スター・ロードはメッセージを受信すると、対応する公開鍵でそれを復号化し、「私はグルートだ」というメッセージを読むことができます。また、公開鍵と秘密鍵の対応は一意であるため、スター・ロードが公開鍵を使用してメッセージを正常に復号化することで、そのメッセージが実際に秘密鍵の所有者であるグルートによって送信されたことを証明できます。そうでなければ、スター・ロードがメッセージを解読することは不可能でしょう。

課題2：取引情報の改ざん防止

誰かが1か月前にビットコイン取引を行い、後悔してひっそりと取引を取り消したい場合、ビットコインの分散型システムには権威ある管理者がいない中で、情報を偽造するこの陰謀が成功するのをどうやって防ぐことができるでしょうか?ここでハッシュ アルゴリズムが登場します。

ハッシュアルゴリズム

ハッシュ アルゴリズムは、データの信頼性と整合性を検証するために使用できます。ハッシュ関数を使用すると、任意の情報からハッシュ値を取得できますが、元の情報にわずかな変更を加えると、結果として得られるハッシュ値はまったく異なるものになります。

スター・ロードが「12345」という数字の列をグルートに渡したいが、サノスがその情報を傍受して改ざんするのではないかと心配しているとします。彼は、この数字の文字列 FE100DDA6D28B2280B34FC228ADAB42E のハッシュ値を計算し、この数字の文字列とハッシュ値を同時に Groot に渡すことができます。数字の文字列を取得した後、グルートはハッシュ操作も実行し、取得したハッシュ値がスター・ロードが伝えたものと一致しているかどうかを確認しました。これらが一致していれば、グルートとスター・ロードが所有する元の番号は同じであり、送信プロセス中に番号の文字列が改ざんされたり破損したりしていないことを意味します。もしサノスがデジタル伝送プロセスに密かに干渉し、元の数字列を「12346」に変更し、間違った数字をグルートに渡した場合、グルートが計算したハッシュ値は1761420899A8F0B731A2EE56A6F71567となり、スター・ロードから渡されたものとはまったく異なるものとなり、グルートは当然データが改ざんされたことに気づくでしょう。

ブロックチェーンは相互接続されています

ビットコインでは、一定期間内の取引がブロックにまとめられます。各ブロックには前のブロックのハッシュ値が格納されます。これらのブロックはハッシュ値によって接続され、チェーン構造を形成します。これはブロックチェーンと呼ばれることが多いです。

下の図の 3 つのブロックには、トランザクション 1 から 9 に関する情報が記録されます。

最初のブロックのトランザクション 3 が削除されると、2 番目のブロックのハッシュ値が変更され、最初のブロックのトランザクション情報が改ざんされたことが証明されます。

では、2 番目のブロックを変更して、そこに格納されているハッシュ値が改ざんされた最初のブロックの情報と一致するようにすることはできるでしょうか?これも機能しません。 2 番目のブロックの情報が変更されると、3 番目のブロックのハッシュ値は 2 番目のブロックの情報と一致しなくなるため、2 番目のブロックが改ざんされたことが一目でわかります。

これは、ブロックチェーン上の情報が改ざんできないことを示しています。ブロック内の情報に変更を加えると、次のブロックのハッシュ値と競合することになります。各ブロック内の情報を一つずつ変更することによってのみ、元の情報の改ざんを隠すことができます。このようにして、元のブロックチェーンの情報が完全に変更され、新しいチェーンが生成されることになります。

課題3: 取引記録の信頼性と権威の判断

誰かが本当に各ブロックの情報を改ざんして新しいチェーンを作成したと仮定した場合、新しいチェーンと古いチェーンのどちらを信じるべきでしょうか?両者の信頼性と権威をどのように判断できるでしょうか?

プルーフ・オブ・ワーク

ここで、作業証明が役立ちます。コンピューターは、上記のハッシュ値を「0」と「1」で構成される数字の文字列に変換します。

0010111011110100000001000001101010010001011101111100001001010

ハッシュ値が 0 で始まるブロックのみをチェーン上に配置できるように規定できるため、要件を満たすブロックを取得する確率は 50% になります。

0XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

同様に、「00」で始まるハッシュ値を持つブロックのみをチェーン上に配置できると規定した場合、確率は25％になります。

00XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

ハッシュ値がチェーンに含まれるためには 32 個の「0」で始まる必要があると規定されている場合、その確率はわずか 40 億分の 1 程度になります。

00000000000000000000000000000000000XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

ビットコインブロックチェーンにも同様のルールがあります。ただし、チェーン上の各ブロックのハッシュ値は一定です。固定情報を入力した場合に、要件を満たすハッシュ値を確実に取得するにはどうすればよいでしょうか?これには、各ブロックに「ノンス」とも呼ばれる任意の値をランダムに追加する必要があります。

ハッシュ操作を実行すると、乱数がブロック内のデータと結合されます。ビットコイン ブロックチェーン内の世界中のコンピューターは、ブロックをチェーンに配置する前に、既存のブロックと組み合わせることができる多数の乱数から乱数を見つけて、特定の数の「0」で始まるハッシュ値を計算する必要があります。乱数を見つけるこのプロセスは、作業の証明です。

このプロセスは多くの計算能力を消費し、完了までにかかる時間を見積もることは困難です。ビットコインのブロックチェーンでは、平均して10分ごとに新しいブロックが生成されます。しかし、ブロックチェーン全体の計算能力レベルが継続的に向上するにつれて、乱数を見つける難易度を高めるために、ビットコインブロックチェーンはハッシュ値の先頭の「0」の数も継続的に増やしてきました。

最長連鎖原理

プルーフ・オブ・ワークのルールは、新しいブロックが生成される速度を事実上制限するため、ブロックの数が多くなり、チェーンが長くなると、チェーンの存在期間も長くなります。したがって、システム内の他の全員の合計計算能力よりも高い計算能力を持っていない限り、個人が公式のビットコイン ブロックチェーンよりも長いチェーンを作成することは不可能です。

上記の理由により、システム内に複数のチェーンが出現した場合、ビットコインのユーザーは、ブロック数が最も多く、存在期間が最も長いチェーンのみを認識し、このチェーンの情報が権威があり信頼できるものであると信じます。

ブロックチェーンの潜在的な応用シナリオ

ビットコインに加えて、ブロックチェーンにはどのような応用の見込みがありますか?

上記では、ビットコイン ブロックチェーンが 3 つの側面からどのように機能するかを簡単に説明しました。

· デジタル署名によるビットコインの所有権の確認

ハッシュを使用して、チェーン上のトランザクションの信頼性と整合性を検証します。

プルーフ・オブ・ワークを使用して、偽のブロックがチェーンに追加されるのを防ぐ

このことから、ビットコインは誰もが信頼できる分散型台帳であることがわかります。ただし、この台帳には通貨取引情報の記録だけでなく、さまざまな他の情報も記録できるため、他の機関との分散型情報共有が可能になります。以下の分野で応用されています。

製品の偽造防止: メーカーは各製品に QR コードを添付し、QR コード番号をブロックチェーンに記録できます。ブロックチェーンは製品の流通情報を記録し、消費者が製品が信頼できる製造元からのものか本物かを追跡するのに役立ちます。現在、医薬品製造業界における偽造状況はますます深刻化しており、患者の健康を危険にさらしており、このようなブロックチェーンソリューションが緊急に必要とされています。

物流情報の改ざん防止: 大規模で複雑なサプライチェーンを持つ多くの企業は、情報の改ざんの問題にも直面しています。プライベートチェーンを構築することでサプライヤーの物流情報を追跡することができます。プライベートチェーンの所有者はブロックチェーンの参加者を決定する権利を持ち、サプライチェーンの中央企業はプライベートチェーン内の各サプライヤーに異なる権限を設定できます。商品が小規模サプライヤーから中規模サプライヤー、大規模サプライヤー、そして最終的に製造業者へと流れる多層サプライチェーンの場合、ブロックチェーンはプロセス全体の管理を最適化するのに役立ちます。この多層的なサプライチェーンでは、小規模なサプライヤーのわずかなミスでもメーカーに損失をもたらす可能性がありますが、ブロックチェーン技術により、プロセス全体の情報がオープンかつ透明になり、すべての参加者が問題をタイムリーに特定して解決しやすくなります。 Wanxiang Blockchain のサプライチェーン金融サービス プラットフォームは、典型的な応用例です。

コラボレーションの促進: 自動車保険の請求には通常、複数の保険会社がデータを共有し、協力して解決する必要があります。ブロックチェーンを使用して関連情報とデータを管理することで、保険会社はデータと情報の確認と検証に人手を費やすことなく、チェーン上のデータと情報の信頼性を信頼できるようになります。これにより、保険会社の人件費が削減され、請求処理の効率が向上し、自動車所有者の満足度が向上します。

ブロックチェーンビジネスの課題と機会

近年、ブロックチェーンの概念は大いに宣伝され、多くの誇張が含まれています。企業にとって最も重要なのは、ブロックチェーンをうまく活用できる能力があるかどうかを検討することです。

さらに、ブロックチェーンへの投資を誰が支払うのかも疑問です。企業は間違いなく次のような懸念を抱いているでしょう。業界内の他の企業との相互利益のある協力を促進するために、なぜブロックチェーンの構築にお金をかけなければならないのか？お金を使ったのは私ですが、その恩恵はみんなで分け合いました。これは、プライベートチェーンとアライアンスチェーンの利点を反映しています。プライベートチェーンまたはアライアンスチェーンを構築するために資金を費やす当事者は、ブロックチェーンを管理し、自社の利益が最大化されるようにする権利を持ちます。

困難にもかかわらず、ブロックチェーンの商業的価値は依然としてかなり大きいです。ブロックチェーンの特徴は、互いに信頼関係のない人や企業、さらには競合相手であっても、安心して情報を交換できることです。したがって、ビジネスにおける不十分な情報交換によって引き起こされる問題を見つけ出し、適切な解決策を処方し、ブロックチェーンを使用してそれらを解決し、すべての関係者が必要なものを入手して、すべての関係者の利益を最大化する必要があります。

参考記事:

ビットコインブロックチェーンの説明

https://medium.com/swlh/the-bitcoin-blockchain-explained-b4529c78e6af

終わり

出典: 万向ブロックチェーン