ブロックチェーンのトランザクションノンスとは?

紹介

デジタル時代におけるビジネスの進め方、資産の管理方法、価値の交換方法は、革命的な変革を遂げています。 ブロックチェーン技術は、この変革の中心にあります。 しかし、ブロックチェーンとはいったい何なのでしょうか?

ブロックチェーンは、ビジネスネットワーク内のトランザクションを記録し、資産を追跡するプロセスを簡素化する、共有された不変の台帳です。 知的財産、特許、著作権、ブランディングなどの無形資産は、無形資産の例です。 言い換えれば、価値があれば、ブロックチェーンネットワーク上で追跡し、取引することができます。 これにより、リスクが軽減されると同時に、関係者全員のコストが大幅に削減されます。

ビジネスの世界では、タイムリーで正確な情報が重要です。 ブロックチェーンは、不変の台帳に保存された即時の共有された完全に透明なデータを提供するため、この情報を迅速に提供できるテクノロジーとして際立っています。 必要な権限を持つメンバーのみが、この台帳にアクセスできます。 ブロックチェーンネットワークは、注文、支払い、アカウント、および生産の追跡を処理できます。 さらに、すべてのメンバーが真実を統一的に把握できるため、すべての取引の詳細を最初から最後まで見ることができます。 この透明性は、信頼を高めるだけでなく、新たな効率性と機会への扉を開きます。

Nonce:基本からブロックチェーンまで

「ノンス」という用語は専門的で複雑に見えるかもしれませんが、その本質は単純です。 ノンスは、ブロックチェーンと暗号化において重要な役割を果たす一意の番号です。 これは、「一度だけ使用される数」というフレーズに由来します。

ビットコインの場合、ナンスは、ブロックチェーンの世界でハッシュ化された(または暗号化された)ブロックに追加される4バイトの数字です。 この数値は、ブロックチェーンネットワークによって課せられた特定の難易度の制限を満たす必要があります。 ナンスの主な機能は、ブロックチェーンマイナーが解決しようと努力する数になることです。 マイナーは、ナンスの解決に成功した後、ブロック報酬を受け取ります。

ノンスは、ブロックチェーンのセキュリティにおいて重要な役割を果たします。 ブロックチェーンのセキュリティは、「ハッシュ」と呼ばれる暗号化された大きな数値を生成および検証する能力に依存しています。 ハッシュを生成する暗号化関数は決定論的であり、同じ入力に対して常に同じ結果を生成します。 この決定論的な性質により、ハッシュの生成は効率的ですが、元の入力を推測することが困難になり、それによってブロックチェーンのセキュリティが向上します。

ブロックチェーンのセキュリティを強化するために、前のブロックのデータは暗号化または「ハッシュ化」され、次のブロックのブロックヘッダーを形成します。 このブロックヘッダーには、ブロックチェーンのバージョン番号、前のブロックのハッシュ、マークルルート、タイムスタンプ、難易度ターゲット、そして最も重要なナンスなどの重要なメタデータが含まれています。

nonce は、ブロック内の情報を認証するために使用されます。 マイニングプロセス中に乱数が生成され、現在のヘッダーのハッシュに追加されてから、再ハッシュされます。 その後、新しい値がターゲットハッシュと比較されます。 結果のハッシュ値が要件と一致する場合、マイナーは問題を正常に解決し、ブロックを授与されます。 そうでない場合は、nonce 値がインクリメントされ、繰り返されます。 この反復プロセスは、マイナーがターゲットを正常に満たすまで続きます。

マイニングの難易度が高いため、個々のマイナーが必要なハッシュパワーを欠いている可能性があるため、ほとんどのブロックはマイニングプールによって開かれます。 ナンスの値は、最初の試行で正しく推測される可能性は低く、マイナーは正しい値を決定する前に多くのナンス値をテストする必要があります。 ソリューションの生成に必要な時間は、ターゲットを下回るハッシュを作成する難易度を測定する難易度によって決定されます。 ネットワークの一貫性を確保するために、ブロックの難易度は均一に保たれ、すべてのマイナーに正しいハッシュを推測する機会が平等に与えられます。

マイニング、ノンス、暗号パズル

ブロックチェーンの世界は広大であり、その最も魅力的な側面の1つはマイニングプロセスです。 多くのブロックチェーンネットワークは、セキュリティと継続性を確保するためにマイニングに依存しています。 しかし、ナンスはこのパズルにどのように適合するのでしょうか?

マイニングは、トランザクションが公開台帳であるブロックチェーンに追加される計算プロセスです。 マイナーは、トランザクションを検証および検証して、トランザクションが有効であることを確認します。 これらのトランザクションは、検証されるとブロックに追加されます。 しかし、ブロックチェーンにブロックを追加する前に、マイナーは複雑な数学的パズルを解かなければならず、そこでナンスが活躍します。

昔々、マイニングプロセス中:ノンスは、ブロックチェーン技術のコンテキストでマイニングプロセスで主にカウンターとして使用される疑似乱数です。 たとえば、ビットコインマイナーは、特定の要件を満たすブロックハッシュを計算するために、正しいナンスを複数回推測する必要があります。 有効なブロックハッシュを生成するナンスを最初に発見したマイナーは、次のブロックをブロックチェーンに追加する権利を獲得し、その努力に対して報酬を受け取ります。

ブロックチェーンのノンスを理解する:簡単な図

ブロックチェーンでノンスがどのように動作するかを理解するために、ブロックシミュレーションを視覚化してみましょう。

プルーフ・オブ・ワークのメカニズムによってブロックが有効であると認識されるためには、結果として得られるハッシュが小さい数値であるか、設定された難易度によって決定される特定の数のゼロで始まる必要があります。 たとえば、難易度がハッシュを 4 つのゼロで開始する必要がある場合、それがターゲットになります。 (以下の画像は https://pintu.co.id/ からの引用です)

初期ブロック - nonceが追加される前は、このブロックは基準を満たしていません。

最初のブロックには、AからBへの5BTCの送金などのトランザクションデータがあります。このデータのハッシュは bc97ee です。16 進数で表す場合は 5052。 最初の文字を 16 進数から変換すると、'b' は 11 を表し、'c' は 12 に相当し、ハッシュは111297読み取られます...10 進数形式の 5052。 これは、ハッシュが数字の1で始まることを意味します。

ハッシュの開始番号を0に変更するために、マイナーはハッシュの結果を変更できる変数を導入します。 この変数はナンスであり、追加すると異なるハッシュを生成できるランダムな数値です。 ナンスを追加した後、マイナーはSHA-256ハッシュアルゴリズムを適用して新しいハッシュを導き出します。

ノンス「1」でブロック - ナンスがあっても、ブロックはターゲットを満たしていません。

Nonce "23" のブロック - 異なるナンスにもかかわらず、ブロックは非準拠のままです。

1のナンスを使用すると、導出された新しいハッシュは306bです...ba6aです。 しかし、これでは 4 つのゼロから始めるという目標は達成できません。 その後、マイナーはノンス値を順番に調整し、毎回SHA-256アルゴリズムを適用して、難易度に合ったハッシュを実現することを目指しています。

成功したブロック - ノンスが「16663」の場合、ブロックのハッシュは必要な4つのゼロで始まります。

何度も試行錯誤した結果、nonce 値 16,663 では、目的の 4 つのゼロで始まるハッシュが生成されることがわかりました。

ハッシュ技術を適用し、ナンスを調整するこの反復的な方法は、マイニングと呼ばれます。 マイナーは、正しいノンスを特定し、設定されたターゲットに沿ってハッシュを実行するために競争しています。 準拠ブロックを作成した最初のマイナー(ターゲットを下回るハッシュになるノンスを見つける)は、多くの場合ビットコインで報酬を受け取ります。

試行錯誤による Nonce の発見

マイニングは反復的なプロセスです。 マイナーはノンス値を調整し、ネットワークの基準を満たすハッシュ値が見つかるまでブロックのデータを無期限に再ハッシュします。 これは、マイナーが当選番号を見つけるために何度も推測する宝くじとよく比較されます(1回)。 このプロセスの複雑さは、ブロックチェーンに追加された情報を変更するのが計算的に困難でリソースを大量に消費することで、ネットワークセキュリティを確保します。

ハードウェアの役割

マイナーの数と彼らがネットワークにもたらす計算能力は、正しいナンスを決定することの難しさに影響を与えます。 高性能コンピューティングリソースは、複雑な数式をより迅速に処理できるため、マイナーは正しいナンスを見つける上で有利になります。 難易度は、ブロックチェーンネットワークが成長し、より多くのマイナーが争いに加わるにつれて調整され、ブロックが比較的一定の速度で追加されるようにします。

なぜノンスが重要なのか?

nonceは、その中に含まれるトランザクションが同一であっても、各ブロックが一意の値を持つことを保証します。 この独自性は、ブロックチェーンのセキュリティにとって非常に重要です。 このネットワークは、マイナーにナンスの解決を要求することで、悪意のある行為者がトランザクションデータを変更するのに法外な費用と時間がかかることを保証します。

ノンスに対するイーサリアム独自のアプローチ

主要なブロックチェーンプラットフォームであるイーサリアムは、ブロックチェーン空間に多くの革新をもたらしてきました。 その特徴の1つは、他のブロックチェーンネットワークとは少し異なるナンスへのアプローチです。

イーサリアムの2種類のノンス

「ナンス」という用語は、その用途が特異に見えるかもしれませんが、イーサリアムでは2つの異なる方法で使用しています。

1. プルーフ・オブ・ステーク・ノンス: イーサリアムは、プルーフ・オブ・ワーク(PoW)メカニズムからプルーフ・オブ・ステーク(PoS)メカニズムに移行しました。 PoSでは、PoWの従来のマイニングプロセスで使用されているノンスの概念は直接適用されません。 PoSのバリデーターは、マイナーがハッシュパズルを解くために競い合うのではなく、保有しているコインの数に基づいて新しいブロックを作成し、担保として「ステーク」またはロックアップすることをいとわないように選ばれます。 賭けるコインが多ければ多いほど、トランザクションのブロックを検証するために選ばれる可能性が高くなります。 このエネルギー効率の高いメカニズムは、従来のマイニングプロセスを伴わないため、ブロック作成のコンテキストでPoWノンスが不要になります。
2. アカウントナンス: これはイーサリアムのユニークな特徴です。 アカウントナンスは、イーサリアムネットワーク上の各アカウントのトランザクションカウンターとして機能します。 イーサリアムアカウントからトランザクションを送信するたびに、このnonce値が1ずつ増加し、アカウントからの各トランザクションが一意になります。

アカウントナンスが重要な理由

トランザクションの順序付け

アカウントナンスは、トランザクションが受信された順序で処理されることを保証します。 連続して送信されたトランザクションが、分散システムで送信された順序で処理される保証はありません。 ただし、アカウントナンスでは、マイナーはノンス値で指定された順序でトランザクションを処理する必要があります。 たとえば、nonce が 1 のトランザクションは、nonce が 0 のトランザクションが処理された後にのみ処理されます。

リプレイ攻撃の防止

アカウント nonce は、リプレイ攻撃を防ぐ上で重要です。 ナンスがないと、悪意のあるアクターがトランザクションを複数回再送信または「リプレイ」し、二重支払いにつながる可能性があります。 ただし、ナンスでは、金額と受取人が一定に保たれていても、すべてのトランザクションが異なります。 この独自性により、イーサリアムネットワークは、すでに使用されているナンスとの繰り返しトランザクションを拒否し、リプレイ攻撃を防ぎます。

実例

あなたがイーサリアムアドレスを所有していて、このアドレスからいくつかのトランザクションを送信したとします。 これらの各トランザクションには、最初のトランザクションの 0 から始まり、後続のトランザクションごとに 1 ずつインクリメントされる一意のナンスがあります。 このノンスは、送信したトランザクションの数を表すだけでなく、各トランザクションの一意性とセキュリティも保証します。

ブロックチェーンにおけるノンスの未来

ブロックチェーン技術が進化し続けるにつれて、ナンスの役割と重要性も進化しています。 この最終章では、進化し続けるブロックチェーン環境におけるナンスの潜在的な進歩、課題、およびより広範な影響を探ります。

アダプティブ ノンス アルゴリズム

マイナーが利用できる計算能力が高まるにつれて、適応型ノンスアルゴリズムの必要性が高まっています。 これらのアルゴリズムは、リアルタイムで正しいノンスを見つけることの難しさを調整し、ネットワークの総ハッシュパワーに関係なく、ブロックが一定の速度でブロックチェーンに追加されるようにします。

量子コンピューティングとノンス

量子コンピューティングの出現は、ブロックチェーン技術に課題と機会の両方をもたらします。 量子コンピューターは、現在のシステムよりもはるかに高速に正しいノンスを見つけることができます。 これにより、トランザクションの検証が高速化される可能性がありますが、プルーフ・オブ・ワーク・システムのパワーバランスが崩れる可能性もあります。 ブロックチェーンの開発者は、量子耐性のあるノンスアルゴリズムをすでに研究しています。

強化されたセキュリティプロトコル

サイバー脅威がより巧妙になるにつれて、トランザクションのセキュリティを確保する上でのナンスの役割はさらに重要になります。 将来のブロックチェーンシステムは、セキュリティを強化するために、複数のナンスを採用したり、ノンス値を他の暗号化技術と組み合わせたりする可能性があります。

環境への配慮

プルーフ・オブ・ワーク・システムで正しいノンスを見つけるためのエネルギー集約的なプロセスは、環境への懸念を引き起こしています。 将来のブロックチェーンシステムは、ノンスを利用するためのよりエネルギー効率の高い方法を模索したり、エネルギーを大量に消費するマイニングプロセスに依存しないプルーフオブステークやその他のコンセンサスメカニズムに移行したりするかもしれません。

結論

ナンスは、一見単純な概念に見えますが、ブロックチェーンの複雑な世界で重要な役割を果たしています。 nonceは間違いなくテクノロジーの進化に適応し、ブロックチェーンがデジタル時代において安全で効率的で関連性のある状態を維持することを保証します。