未使用トランザクション出力の説明

UTXO の概要

UTXO は Unspent Transaction Output の略で、ビットコインをはじめとする多くの暗号通貨の基盤となる基本概念です。簡単に言えば、UTXO はトランザクション実行後に残っているデジタル通貨の量を表し、新しいトランザクションの入力として使用できます。

UTXO をより深く理解するには、デジタルウォレット内の個別のコインと考えてください。ビットコインが取引されるたびに、トランザクションは入力（以前の UTXO）を集約し、新しい出力（新しい UTXO）を生成します。その一部は受信者に送信され、残りは「お釣り」として送信者に返却されます。

このシステムは、残高が累積的に維持される従来のアカウントベースのシステムとは異なります。ビットコインの UTXO モデルは、各コインが常に合計ではなく個別に保持される現金のように機能します。

UTXOの仕組み

ビットコインでは、ブロックチェーンは残高ではなくすべての取引を記録します。ウォレットは残高自体を管理するのではなく、使用可能なUTXOを監視します。ビットコインを送信すると、ウォレットは送信金額をカバーするのに十分なUTXOを選択し、通常は以下のものを作成します。

• 受信者への1つ以上の出力
• 残りを「お釣り」として自分に送り返す1つの出力

例えば、アリスが0.3BTCと0.2BTC相当のUTXOを2つ持っていて、ボブに0.4BTCを送金したい場合、アリスのウォレットは両方の入力を合計0.5BTCに組み合わせ、0.4BTCをボブに送り、残りの0.1BTCを新しいUTXOとしてアリス自身に送る可能性があります。一度使用されると、元の入力（UTXO）は「使用済み」とみなされ、将来のトランザクションでは無効になります。

UTXOモデルが重要な理由

UTXOモデルには多くの利点があります。

• セキュリティとプライバシー： 各トランザクションは独立して検証可能であるため、二重支払いが抑制され、監査可能性が向上します。
• スケーラビリティ： UTXOは並列検証を可能にするため、高いトランザクションスループットを実現するスケーラビリティを備えています。
• トランザクションの柔軟性： ユーザーは、さまざまなトランザクションニーズに合わせて、UTXOを創造的に分割および組み合わせることができます。

各UTXOは追跡可能で一意であるため、分散型フレームワークにおけるビットコインの透明性と検証可能性に貢献します。

UTXOモデルは洗練され効率的ですが、特に以下のような複雑な点も伴います。ウォレットの実装と管理において。ウォレットソフトウェアは、ユーザーが所有する未使用の出力をすべて追跡する必要があります。これは、使用量が増えるにつれてますます計算負荷の高いタスクになります。

アカウントモデルの概要

ビットコインはUTXOモデルを使用していますが、イーサリアムなどのブロックチェーンや多くの新しい暗号通貨はアカウントベースモデルを採用しています。この形式では、システムは従来の銀行台帳と同様に動作します。各アドレスは残高に関連付けられ、トランザクションは口座振替と口座振替によって行われます。

ユーザーが資金を送金すると、システムはアカウント残高を確認し、適切な金額を差し引いて受信者の残高に追加します。各トランザクションはグローバル状態を更新し、特定の時点で誰が何を所有しているかを記録します。

UTXOモデルとアカウントモデルの主な違い

2つのシステムの根本的な違いは次のとおりです。

• 状態管理:
  UTXOは、それぞれ固定値を持つ個々の出力を追跡します。アカウントモデルは、アドレスごとに単一の変更可能な状態を維持します。
• トランザクションモデル:
  UTXO のトランザクションは出力を消費して生成しますが、アカウントモデルでは残高を直接変更します。
• 同時実行性:
  UTXO モデルでは、UTXO が独立しているため、トランザクションの並列検証が可能です。一方、アカウントモデルでは、同時状態更新時に競合が発生する可能性があります。
• スマートコントラクト:
  Ethereum のアカウントベースの設計により、コントラクト間で状態が永続化されるため、スマートコントラクトの実装が簡素化されます。一方、Bitcoin の UTXO モデルはロジックが限定されており、同様の機能を実現するためにレイヤー 2 やサイドチェーンなどの外部メカニズムに依存しています。

各モデルの例

Bitcoin (UTXO モデル): 各トランザクション入力は、参照されている UTXO を完全に消費し、新しい UTXO を生成する必要があります。お釣りは新しいUTXOとして送信者に返されます。これによりトランザクション管理はより複雑になりますが、監査は簡素化されます。

Ethereum（アカウントモデル）： アリスがボブに1ETHを送信すると、グローバルステートはアリスの残高を-1ETH、ボブの残高を+1ETH更新します。これはシンプルで使い慣れた動作であり、開発者やユーザーにとってより直感的です。

セキュリティへの影響

UTXOモデルは、個々の出力を検証することで二重支払いを困難にすることで、特定の種類の不正行為を自然に防止します。これは、特にステートレスまたはモジュール型のブロックチェーン設計において、暗号証明とスケーラブルな検証に適しています。

対照的に、アカウントモデルは、リプレイ保護やノンス管理といった分野で課題を抱えていますが、効率性とスマートコントラクトの導入においては優れています。

最終的に、UTXOとアカウントベースのシステムのどちらを選択するかは、ブロックチェーンの設計目標（セキュリティ、プライバシー、コンポーザビリティ、開発者のアクセシビリティのいずれに重点を置くか）によって決まります。

開発者のための設計上の考慮事項

UTXOベースのモデル上にアプリケーションやインフラストラクチャを構築すると、独自のパラダイムが生まれます。開発者は、状態の管理方法、トランザクション作成の処理方法、そして効率性とプライバシーおよびセキュリティのバランスをとる方法を理解する必要があります。

各UTXOはスタンドアロンであり、一度使用されると変更できないため、変更すべきグローバルな状態はありません。代わりに、開発者は利用可能なUTXOからトランザクションを構築することに集中できます。これは、アカウントベースのシステムと比較して、スマートコントラクトやプロトコルの記述方法を根本的に変えるものです。

UTXOがイノベーションにもたらすメリット

UTXOモデルのコインベースの構造は、新たな金融プリミティブへの道を開きます。例えば、プロジェクトはUTXOセットを活用して次のような機能を提供できます。

• アトミックスワップ: 入力と出力を整合させることで、UTXOベースのシステムはクロスチェーン交換プロトコルにおいて優れた性能を発揮します。
• 機密トランザクション: UTXOはゼロ知識証明との統合を可能にし、検証可能性を損なうことなくプライバシーを保護します。
• トークンレイヤー拡張: OrdinalsやRGBなどのプロトコルは、ビットコインのコアルールを変更することなく、UTXO上にレイヤー化されたトークン機能を構築します。

この構造化されたアプローチは、予測可能性、監査可能性、そして信頼の財務的最小化を優先するシステムに適しています。

大規模UTXOの課題

UTXOアーキテクチャは優れた強みを持つ一方で、スケーリングの問題を引き起こす可能性があります。課題:

• • 複雑なトランザクションの組み立て: ウォレットは入力を慎重に選択し、管理する必要があります。
• • オンチェーンの肥大化: トランザクションの粒度が細かくなると、時間の経過とともに保存されるデータ量が増える可能性があります。
• • アドレス再利用のリスク: ユーザーが出力アドレスを再利用すると、プライバシーが侵害される可能性があります。

これらの問題に対する解決策は次のとおりです。

• コイン選択アルゴリズム: 最適化された入力選択戦略は、手数料を削減し、プライバシーを強化します。
• オフチェーンネットワーク: ライトニングネットワークなどのレイヤー2ソリューションはマイクロトランザクションを処理し、メインチェーンへの依存を軽減します。
• バッチ処理技術: 出力と受信者を集約することで、効率性。

UTXOの未来

モジュール型およびマルチチェーン型のエコシステムを探求する開発者が増えるにつれ、UTXOモデルは高信頼性アプリケーションのための堅牢な基盤を提供します。Taprootがビットコインのスマートコントラクトの柔軟性を高めるなど、継続的なイノベーションにより、UTXOアプローチは依然として重要です。

UTXOもアカウントモデルも、普遍的に優れているわけではないことは明らかです。それぞれ異なる分野で優れています。UTXOは透明性、監査可能性、同時実行性において優れています。アカウントモデルは、ユーザーエクスペリエンス、直接的なコントラクトの利用、従来のロジック設計において優れています。これらの違いを認識することで、エコシステム構築者はアーキテクチャを目標に合わせて調整することができます。