[Intermediate 04] ブロックチェーンの動作原理
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早稲田大学 高度データ関連人材育成コンソーシアム D-DATa ブロックチェーン エンジニアリング 実践編 第4回 2018/3/18
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- 1. 前回からの質問 ● Windows 環境の Visual Studio 2017 でプロジェクトが開けません ○ インストールすべきコンポーネントの案内が甘かったです。次のコンポーネントが必要です .NET desktop development .NET Core 2.0 development tools 詳細は次ページ参照 ● dotnet MinChain.dll run config.json したが、何も動作しません ○ おそらく config.json の中身を書き換えていません 1
- 2. 2
- 5. ブロック トランザクションをまとめる単位。ダイジェスト対象領域には以下を含む ● 前ブロック ID : すべての基本 ● 難易度 : 生成スピードの調整、ブロック同士の重み付け ● Nonce : ブロックの ID を調整するための領域 ● 日時 : 難易度の調整のため ● Tx Root Hash : トランザクションの差し替え等の改竄防止、 トランザクション多寡によらずダイジェスト対象領域のサイズを一 定にするため 通信時にはトランザクション本体も加える Block 101 Models.cs Line 10 – 65 トランザクション トランザクション トランザクション 5
- 6. トランザクション ● 送金元エントリ (In) ○ TxID / out Index : どのトランザクションでお金をもらったか ○ 電子署名 / 公開鍵 : 送金の承認根拠 (Bitcoin では Pay-to-pubkey-hash 方式の scriptSig に相 当) ● 送金先エントリ (Out) ○ 送金先アドレス : 誰宛に送るのか (Bitcoin では scriptPubKey) ○ 送金量 : いくら送るのか 公開鍵ハッシュが0x11223344... の人に Tx 0x01234567 で受け取った 100 BTC 送ります by 0xABCDABCD 取引を記述する単位 すべてがダイジェスト領域 電子署名の対象は、署名領域を除く Models.cs Line 68 – 140 6
- 7. UTXO (Unspent Transaction Output) 支払いの原資として消費がまだなされていない トランザクションの Out のことを UTXO という 新しいブロックは UTXO からしか使ってはいけない Block Transaction Transaction Transaction Transaction Block Transaction Transaction Transaction Transaction Block Transaction Transaction Transaction Transaction Transaction Transaction Transaction Transaction Transaction Transaction Transaction Runner/Executor.cs Line 31 – 42, 53 – 187 7
- 8. ハッシュ関数 メッセージのダイジェスト (要約) を生成する処理 1. 要約のため 例) 支払先として、受取人の公開鍵を書く代わりに支払先のアドレスを記載 2. 改竄不可能にするため 例) 過去のブロックのダイジェストを生成。次のブロックから参照する 3. ハッシュテーブルのキーとして 例) Tx ID を使ってトランザクションを識別 “hoge” ecb666d7787... SHA256 Util/Hash.cs Line 9 – 19 8
- 9. 公開鍵ハッシュが0x11223344... の人に Tx 0x01234567 で受け取った 100 BTC 送ります by 0xABCDABCD 電子署名 (公開鍵暗号方式) 秘密鍵と公開鍵という異なる 2 つの鍵を使って暗号化や電子署名する方法 1. 受取人の公開鍵のハッシュ値がアドレスとして使われる 2. 送金者の秘密鍵でトランザクションに電子署名する “hoge” 電子署名 秘密鍵 公開鍵 OK ! Util/EccService.cs Line 10 – 46 楕円曲線暗号 (ECC) シュが0xABCDABCD... の人に 3456 で受け取った 200 BTC 送ります by 0xDCBADCBA 公開 Tx 0 9
- 10. ネットワーク内で複数のエンティティ (コンピュータ) 同士が、 ルールに従う限り安定的に合意できるようにする仕組み Bitcoin では Proof of Work (PoW) という方法が使われている コンセンサス アルゴリズム ブロックを作るのを著しく難しくしておけば、 ネットワーク内で十分安定的に浸透する それでも万が一、同時にブロックができたら、 どちらを主とするか比較ルールを決めておく Util/Hash.cs Line 21 10
- 11. マイニングとコインベース ブロック生成処理にはコストがかかる マイニング Block ID がブロック難易度で定められた数以下になるよう に、Nonce の値をインクリメントしながらハッシュする コインベース ブロックに含められる最初のトランザクションは、マイニング にかかる報酬として一定額を任意アドレスに送金できる Block 101 コインベース トランザクション トランザクション トランザクション Runner/Mining.cs 11
- 12. ブロック ID を 16 進の数値としてみれば、 先頭に 0 が並ぶ数ほど小さい数。確率的に、 ハッシュがどこまで小さい数になるべきか 定める。ブロック生成速度 (ネットワーク 全体のマイニング パワー) に応じて調整する ブロック難易度 Runner/Executor.cs Line 86 0.51 0.49 0.48 0.49 0.45 0.41 1.97 1.86 補足: Bitcoin では難易度の調整は 2016 ブロックごとに行われる < 000001234abcdef... 0000001234abcde... 24 倍 難しい Hash 12