ブロックチェーン取引：署名から確認まで

ブロックチェーン取引とは、分散型ネットワークを介してデータや資産をある参加者から別の参加者に移転するプロセスです。ビットコインやイーサリアムなどの暗号通貨と一般的に関連付けられるブロックチェーン取引は、分散型台帳技術（DLT）の重要な部分を構成しています。しかし、取引が行われる際、実際には裏で何が起こっているのでしょうか？暗号署名からブロックチェーン上での最終確認まで、詳しく見ていきましょう。

ブロックチェーンのトランザクションは、大まかにいくつかの段階から構成されます。

1. トランザクションの作成と署名: 送信者はトランザクションを開始し、秘密鍵を使用して「署名」することで、デジタル資産を移動する権限があることを証明します。
2. ブロードキャスト: 署名されたトランザクションは、ピアツーピアのブロックチェーンネットワークにブロードキャストされます。
3. 検証: ネットワークノード（ブロックチェーンを維持するコンピューター）は、トランザクションの真正性と適切なフォーマットを検証します。
4. ブロックへの組み込み: 検証されたトランザクションは、ネットワークのコンセンサスメカニズムに応じて、マイナー（Proof of Workシステムの場合）またはバリデータ（Proof of Stakeシステムの場合）によってブロックにまとめられます。
5. 確認: トランザクションを含むブロックがブロックチェーンに新しいブロックが追加されると、トランザクションは承認されたとみなされます。さらにブロックが追加されるたびに、承認が追加されます。

これらの各ステップには、ブロックチェーンシステムの中核的な利点である透明性、セキュリティ、そして不変性を確保するための複雑な技術が関わっています。この詳細なガイドでは、これらの各段階を詳しく説明し、ブロックチェーントランザクションが最初から最後までどのように機能するかを理解していきます。

すべてのブロックチェーン取引はデジタル署名から始まります。この暗号化プロセスは、取引の真正性と整合性を保証します。仕組みは以下のとおりです。

秘密鍵と公開鍵の暗号化

すべてのブロックチェーンユーザーは、秘密鍵と対応する公開鍵を所有しています。秘密鍵は所有者のみが知る必要があり、公開鍵は誰でも共有できます。暗号通貨などの資産や情報をブロックチェーンに送信する場合は、秘密鍵を使用して取引に「署名」します。これにより、一意のデジタル署名が生成されます。

その後、ネットワーク上の他のノードは、公開鍵を使用して署名を検証します。トランザクションが署名されたデータと一致する場合、秘密鍵の所有者によって承認され、トランザクションが改ざんされていないことが確認できます。

ブロックチェーントランザクションの構造

ブロックチェーントランザクションは通常、以下の要素で構成されます。

• 入力: 送信者が送金対象の資金または資産をどのように取得したかに関する情報（例：以前のトランザクションID）。
• 出力: 送信先アドレスと送金金額。
• デジタル署名: 送信者がトランザクションを承認したことの証明。
• 公開鍵: ネットワーク参加者が署名を検証できるようにします。

ビットコインなどのネットワークでは、このデジタル署名プロセスは楕円曲線デジタル署名アルゴリズム（ECDSA）に従います。一方、イーサリアムはSECP256k1方式を頻繁に使用しています。

署名の重要性

デジタル署名がなければ、ブロックチェーンはトランザクションの正当性を検証するメカニズムを欠いてしまいます。署名は、トランザクションを送信者の秘密鍵に結び付けることで、他の誰もトランザクションを偽造または改ざんできないようにします。

セキュリティに関する考慮事項

秘密鍵は、通常、ハードウェアウォレット、セキュアソフトウェアウォレット、またはその他の暗号化メカニズムを使用して安全に保管する必要があります。秘密鍵が侵害された場合、悪意のある人物は事実上元に戻すことが不可能な不正なトランザクションを開始できます。

署名されたトランザクションのみがブロックチェーンノードによって検証のために受け入れられます。これにより、分散化が確保され、二重支払いが防止され、ネットワーク全体のセキュリティが強化されます。

本質的に、署名段階はあらゆるブロックチェーントランザクションプロセスにおける承認ステップです。これがなければ、システムはトラストレスで安全ではありません。

ブロックチェーントランザクションは、適切に署名されると検証段階に移行します。この時点で、より広範なブロックチェーンネットワークにブロードキャストされ、コンセンサスアルゴリズムに応じてバリデータまたはマイナーと呼ばれる他のネットワーク参加者による承認を待ちます。

ネットワークへのブロードキャスト

署名された後、トランザクションはブロックチェーンネットワーク内のノードに送信されます。そのノードは、それをピアに伝播（ブロードキャスト）し、波及効果をもたらします。その結果、すべてのノードはトランザクションのコピーを受け取り、検証を開始します。

検証チェック

各ノードは独立してトランザクションをチェックし、以下の点を確認します。

• トランザクションの構造が有効であること（フォーマットが正しいこと）。
• デジタル署名が正しく、送信者の公開鍵で検証可能であること。
• 送信者が送金を行うのに十分な資金／資産を持っていること（過去の取引で確認済み）。
• 同じ入力が過去に使用されていないこと（二重支払いを防ぐため）。

すべての基準を満たしたトランザクションのみが有効とみなされ、ブロックへの追加待ちとなります。

コンセンサスモデル

ブロックチェーンネットワークは、有効なトランザクションについて合意するためにコンセンサスメカニズムを用いて動作します。最も人気のある2つのモデルは次のとおりです。

• プルーフ・オブ・ワーク (PoW): マイナーは複雑な数学パズルを解くために競い合います。勝利したマイナーはチェーンにブロックを追加し、報酬を受け取ります。
• プルーフ・オブ・ステーク (PoS): バリデータはステークするトークン数に基づいて選出されます。バリデータはPoWよりもエネルギー消費量の少ないプロセスでブロックを提案・承認します。

どちらのモデルも、目標は同じです。正当なトランザクションをブロックチェーンに組み込み、無効または悪意のあるトランザクションを拒否することです。

トランザクションプール (メモリプール)

検証されたトランザクションはすぐに承認されるわけではありません。通常、「メモリプール」と呼ばれる一時的なステージングエリアに入り、ブロックへの組み込みが選択されるのを待ちます。手数料の高いトランザクションは、より良いインセンティブを提供するため、マイナーやバリデータによって優先されることが多いです。

保留中 vs 確認済み

メモリプール内のトランザクションは「保留中」とみなされます。そのトランザクションを含むブロックが正常にマイニングまたは検証され、ブロックチェーン台帳に追加されて初めて、「確認済み」となります。

この分散検証メカニズムこそが、ブロックチェーンを不正行為や中央集権的な管理に対して耐性を持たせるものです。複数の独立したノードからのコンセンサスを要求することで、ブロックチェーンは分散型エコシステムにおける信頼を維持します。