イーサリアム（ETH）トランザクションの仕組みを解説
イーサリアムは、ビットコインに次ぐ時価総額を誇る、第二世代のブロックチェーンプラットフォームです。単なる暗号資産としての機能に加え、スマートコントラクトと呼ばれるプログラムを実行できる点が特徴であり、分散型アプリケーション（DApps）の開発基盤として注目されています。イーサリアムの根幹をなすのが、そのトランザクションの仕組みです。本稿では、イーサリアムにおけるトランザクションの仕組みを、技術的な詳細を含めて解説します。
1. トランザクションの構成要素
イーサリアムにおけるトランザクションは、以下の主要な構成要素から成り立っています。
- Nonce (ナンス): 送信者のアカウントごとに増加する連番です。トランザクションの順序を保証し、リプレイアタック（同じトランザクションが複数回実行される攻撃）を防ぐ役割を果たします。
- Gas Limit (ガスリミット): トランザクションの実行に許容される最大ガス量です。ガスは、トランザクションの実行に必要な計算リソースの単位であり、複雑なトランザクションほど多くのガスを消費します。
- Gas Price (ガスプライス): 1ガスあたりの価格です。マイナー（ブロックを生成する参加者）は、トランザクションをブロックに含める優先順位をガスプライスによって決定します。
- To (宛先アドレス): トランザクションの宛先となるアカウントのアドレスです。
- Value (送金額): 送信元アカウントから宛先アカウントへ送金するETHの量です。
- Data (データ): スマートコントラクトの関数呼び出しや、その他のデータを格納するフィールドです。
- v, r, s (署名): 送信者の秘密鍵を用いて生成されたデジタル署名です。トランザクションの正当性を保証するために使用されます。
2. トランザクションの生成と署名
イーサリアムのトランザクションは、通常、ウォレットソフトウェアによって生成されます。ウォレットは、ユーザーが指定した宛先アドレス、送金額、データなどの情報を基に、トランザクションの構成要素を組み立てます。その後、ウォレットはユーザーの秘密鍵を用いてトランザクションにデジタル署名を行います。この署名によって、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が証明されます。
署名アルゴリズムには、ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) が用いられます。ECDSAは、楕円曲線暗号に基づいたデジタル署名方式であり、高いセキュリティ強度を持っています。署名生成のプロセスは、秘密鍵を用いて乱数を生成し、その乱数と秘密鍵を用いて署名値を計算することによって行われます。
3. トランザクションのブロードキャストとマイニング
署名されたトランザクションは、イーサリアムネットワークにブロードキャストされます。ネットワーク上のノードは、トランザクションの正当性を検証し、検証に成功したトランザクションをトランザクションプール（mempool）に格納します。トランザクションプールは、未承認のトランザクションを一時的に保管する場所です。
マイナーは、トランザクションプールからトランザクションを選択し、ブロックを生成する作業を行います。ブロックの生成には、Proof-of-Work (PoW) と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムが用いられます。PoWでは、マイナーは特定の条件を満たすハッシュ値を探索する計算問題を解く必要があり、最初に問題を解いたマイナーがブロックを生成する権利を得ます。
マイナーは、トランザクションプールから選択したトランザクションをブロックに含め、ブロックヘッダーにハッシュ値を付加します。ブロックヘッダーには、前のブロックのハッシュ値、タイムスタンプ、nonceなどの情報が含まれます。マイナーは、ブロックヘッダーのハッシュ値が特定の条件を満たすまで、nonceを変化させながらハッシュ計算を繰り返します。
4. ブロックの承認とトランザクションの確定
マイナーがブロックを生成すると、そのブロックはイーサリアムネットワークにブロードキャストされます。ネットワーク上の他のノードは、ブロックの正当性を検証します。検証には、ブロックヘッダーのハッシュ値が正しいこと、ブロックに含まれるトランザクションが正当であること、前のブロックとの整合性が取れていることなどが含まれます。
ブロックの正当性が確認されると、ノードは自身のブロックチェーンにそのブロックを追加します。ブロックチェーンは、ブロックを鎖のように連結したものであり、イーサリアムの取引履歴を記録しています。ブロックがブロックチェーンに追加されると、ブロックに含まれるトランザクションは確定されたものとみなされます。
トランザクションの確定には、通常、複数のブロックが追加される必要があります。これは、51%攻撃と呼ばれる攻撃を防ぐためです。51%攻撃とは、悪意のある攻撃者がネットワークの過半数の計算能力を掌握し、ブロックチェーンを改ざんする攻撃です。複数のブロックが追加されることで、51%攻撃による改ざんのリスクが大幅に軽減されます。
5. ガスとトランザクション費用
イーサリアムのトランザクションを実行するには、ガスと呼ばれる計算リソースが必要です。ガスは、トランザクションの複雑さや、スマートコントラクトの実行に必要な計算量に応じて消費されます。トランザクションの実行に十分なガスがない場合、トランザクションは失敗し、実行されません。
トランザクション費用は、ガスリミットとガスプライスの積で計算されます。ガスリミットは、トランザクションの実行に許容される最大ガス量であり、ガスプライスは、1ガスあたりの価格です。トランザクション費用は、マイナーへの報酬として支払われ、マイナーはトランザクションをブロックに含めるインセンティブを得ます。
ガスプライスは、ネットワークの混雑状況によって変動します。ネットワークが混雑している場合、トランザクションを迅速に処理してもらうためには、より高いガスプライスを設定する必要があります。ガスプライスが低い場合、トランザクションの処理に時間がかかるか、処理されない可能性があります。
6. スマートコントラクトとトランザクション
イーサリアムのトランザクションは、単なるETHの送金だけでなく、スマートコントラクトの関数呼び出しにも使用されます。スマートコントラクトは、ブロックチェーン上にデプロイされたプログラムであり、特定の条件が満たされた場合に自動的に実行されます。
トランザクションを介してスマートコントラクトの関数を呼び出す場合、トランザクションのDataフィールドに、呼び出す関数のシグネチャと引数が格納されます。スマートコントラクトは、トランザクションに含まれるデータを解析し、指定された関数を実行します。スマートコントラクトの実行結果は、ブロックチェーン上に記録され、誰でも検証することができます。
7. トランザクションのタイプ
イーサリアムには、主に以下の2種類のトランザクションタイプが存在します。
- Payment Transaction (送金トランザクション): ETHを別の宛先アドレスに送金するトランザクションです。
- Contract Deployment Transaction (コントラクトデプロイメントトランザクション): スマートコントラクトをブロックチェーン上にデプロイするトランザクションです。
Payment Transactionは、ETHの送金のみを行うシンプルなトランザクションです。一方、Contract Deployment Transactionは、スマートコントラクトのコードをブロックチェーンに書き込み、新しいスマートコントラクトを作成するトランザクションです。Contract Deployment Transactionは、Payment Transactionよりも多くのガスを消費します。
まとめ
イーサリアムのトランザクションは、ブロックチェーンの根幹をなす重要な仕組みです。トランザクションの構成要素、生成と署名、ブロードキャストとマイニング、ブロックの承認とトランザクションの確定、ガスとトランザクション費用、スマートコントラクトとトランザクション、トランザクションのタイプなど、様々な要素が複雑に絡み合って、イーサリアムネットワークの安全性を担保し、分散型アプリケーションの実行を可能にしています。イーサリアムのトランザクションの仕組みを理解することは、イーサリアムの可能性を最大限に引き出すために不可欠です。
