ビットコインのトランザクションの流れを図解

ビットコインは、中央銀行などの管理主体が存在しない、分散型のデジタル通貨です。その取引は、複雑なプロセスを経て検証され、ブロックチェーンと呼ばれる公開台帳に記録されます。本稿では、ビットコインのトランザクションがどのように発生し、検証され、最終的に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。

1. トランザクションの開始

ビットコインのトランザクションは、あるユーザー（送信者）が別のユーザー（受信者）にビットコインを送金したい場合に開始されます。この際、送信者は以下の情報を用意します。

• 送信者のアドレス: ビットコインを受け取ることができる公開鍵から生成されたアドレス
• 受信者のアドレス: ビットコインを送金する相手の公開鍵から生成されたアドレス
• 送金額: 送金するビットコインの量
• 手数料: トランザクションをネットワークに含めるための報酬（マイナーへの支払い）
• デジタル署名: 送信者の秘密鍵を用いて生成される、トランザクションの正当性を証明するための署名

これらの情報を組み合わせ、トランザクションデータを作成します。トランザクションデータは、入力（Input）と出力（Output）の概念で構成されます。

1.1 入力（Input）

入力とは、送信者が過去のトランザクションで受け取ったビットコインを参照する情報です。ビットコインは、UTXO（Unspent Transaction Output：未使用トランザクション出力）と呼ばれる単位で管理されます。送信者は、送金額を満たすUTXOを複数組み合わせて入力として指定します。各入力には、参照するUTXOのトランザクションIDと出力インデックスが含まれます。

1.2 出力（Output）

出力とは、受信者がビットコインを受け取るための情報です。各出力には、受信者のアドレスと送金額が含まれます。また、入力の合計金額から送金額を差し引いた残りは、変更（Change）として送信者のアドレスに送り返されます。これにより、UTXOの残高を適切に管理することができます。

2. トランザクションのブロードキャスト

作成されたトランザクションデータは、ビットコインネットワークにブロードキャストされます。ブロードキャストとは、トランザクションデータをネットワーク上の複数のノードに送信することです。ノードは、トランザクションデータを受け取ると、その正当性を検証します。

2.1 トランザクションの検証

ノードは、以下の点についてトランザクションデータを検証します。

• デジタル署名の検証: 送信者の秘密鍵に対応する公開鍵を用いて、デジタル署名の正当性を検証します。これにより、トランザクションが送信者によって承認されたものであることを確認します。
• UTXOの検証: 入力として指定されたUTXOが実際に存在し、未使用であることを確認します。
• 送金額の検証: 入力の合計金額が、送金額と手数料の合計以上であることを確認します。
• 二重支払いの防止: 同じUTXOが別のトランザクションで使用されていないことを確認します。

これらの検証に合格したトランザクションデータは、有効なトランザクションとして認識されます。

3. マイニングとブロックの生成

有効なトランザクションデータは、マイナーと呼ばれる特別なノードによって収集され、ブロックと呼ばれるデータ構造にまとめられます。マイナーは、ブロックを生成するために、複雑な計算問題を解く必要があります。この計算問題を解くプロセスをマイニングと呼びます。

3.1 マイニングの仕組み

マイニングでは、SHA-256と呼ばれるハッシュ関数を用いて、ブロックヘッダーと呼ばれる情報からハッシュ値を計算します。ブロックヘッダーには、前のブロックのハッシュ値、トランザクションデータのハッシュ値、ナンスと呼ばれるランダムな値が含まれます。マイナーは、ナンスを変化させながらハッシュ値を計算し、特定の条件を満たすハッシュ値を見つけることを目指します。この条件は、ネットワークによって設定された難易度に基づいて決定されます。

3.2 ブロックの生成

最初に条件を満たすハッシュ値を見つけたマイナーは、ブロックを生成する権利を得ます。生成されたブロックは、ネットワーク上の他のノードにブロードキャストされます。他のノードは、ブロックの正当性を検証し、承認します。ブロックの正当性検証には、ブロックヘッダーのハッシュ値が条件を満たしていること、ブロックに含まれるトランザクションデータが有効であることなどが含まれます。

4. ブロックチェーンへの記録

承認されたブロックは、既存のブロックチェーンに追加されます。ブロックチェーンは、ブロックが鎖のように連なったデータ構造であり、各ブロックは前のブロックのハッシュ値を含んでいるため、改ざんが非常に困難です。ブロックチェーンに記録されたトランザクションは、永続的に保存され、誰でも閲覧することができます。

4.1 ブロックチェーンの構造

ブロックチェーンは、ジェネシスブロックと呼ばれる最初のブロックから始まり、新しいブロックが順次追加されていきます。各ブロックには、以下の情報が含まれます。

• ブロックヘッダー: 前のブロックのハッシュ値、トランザクションデータのハッシュ値、ナンス、タイムスタンプなど
• トランザクションデータ: 有効なトランザクションデータのリスト

4.2 コンセンサスアルゴリズム

ビットコインネットワークでは、プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work：PoW）と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムが採用されています。PoWは、マイニングによって計算問題を解くことで、ブロックチェーンの整合性を維持する仕組みです。PoWにより、悪意のある攻撃者がブロックチェーンを改ざんすることは非常に困難になります。

5. トランザクションの確認

トランザクションがブロックチェーンに記録されると、そのトランザクションは「確認済み」とみなされます。トランザクションの確認数は、そのトランザクションが記録されているブロックの数を示します。一般的に、6つの確認数があれば、トランザクションは十分に安全であると見なされます。確認数が多いほど、トランザクションが改ざんされるリスクは低くなります。

まとめ

ビットコインのトランザクションは、送信者のアドレス、受信者のアドレス、送金額、手数料、デジタル署名などの情報を含むトランザクションデータから開始されます。トランザクションデータは、ネットワークにブロードキャストされ、ノードによって検証されます。有効なトランザクションデータは、マイナーによって収集され、ブロックにまとめられます。マイナーは、ブロックを生成するためにマイニングを行い、最初に条件を満たすハッシュ値を見つけたマイナーがブロックを生成する権利を得ます。生成されたブロックは、ブロックチェーンに追加され、トランザクションは永続的に記録されます。このプロセスを通じて、ビットコインのトランザクションは安全かつ透明に処理されます。ビットコインの仕組みを理解することは、デジタル通貨の未来を考える上で非常に重要です。