【ビットコイン】1ブロックに含まれる情報について調べてみた【マークル木】

ビットコインなどの仮想通貨では、トランザクション(取引)の束を「ブロック」という単位で扱い、「ブロック」をつなげたものを「ブロックチェーン」と呼び、1つの公開台帳として管理しています。

今回は、ビットコインにおいて、1つの「ブロック」の中にどのような情報が入っていて、また、どのように「ブロック」が管理されているかを調べてみました。

ビットコインのブロックチェーンにおいて、各ブロックには、以下の3つの情報が含まれています。

  • 1つ前のブロックヘッダーのハッシュ値(Hash Value)
  • トランザクションデータ(マークル木)
  • ナンス(Nonce)

1つ前のブロックヘッダーのハッシュ値

サトシ・ナカモトの論文によると、ビットコインの1ブロックは以下のような構造になっています。

参照:Bitcoin 論文

ブロック(Block)の中にブロックヘッダー(Block Header)という部分があると思います。このブロックヘッダー部分には、

  • Prev Hash(1つ前のブロックヘッダーのハッシュ値)
  • Nonce(ナンス)
  • Root Hash(マークル木のルート)

の3つの値が入っています。

注意する点は、ブロックヘッダーにはマークル木(複数のトランザクションの束)のルートのハッシュ値のみが含まれていることです(マークル木全体は含まれていない)。

そして、Prev Hash(1つ前のブロックヘッダーのハッシュ値)は、ブロック全体ではなく、ブロックヘッダーのハッシュ値になります。

トランザクションデータ(マークル木)

次は、トランザクションデータを管理しているマークル木について説明します。

マークル木(Merkle tree)とは、ハッシュ木とも呼ばれ、「ハッシュ値を用いて、大きなデータの要約結果を格納する木構造」のことです。

Hash tree.png
英語版ウィキペディアDavidgothbergさん – en.wikipedia からコモンズに AzertyFabCommonsHelper を用いて移動されました。, パブリック・ドメイン, リンクによる

各データ(Data block)を、ハッシュ値(Hash)の変換し、それぞれのペアでハッシュ値を足し合わせて新たなハッシュ値(Hash0, Hash1)に置き換えることによって要約していきます。

繰り返し要約を行っていくことにより、最終的に1つのハッシュ値(Top hash)を得ることができます。

ビットコインの場合、各データ(Data block)が1つのトランザクション(取引)となり、最終的に得られるハッシュ値(Top hash)がブロックヘッダーに含まれる Root Hash(マークル木のルート)に相当します。

ナンス(Nonce)

ビットコインでは、トランザクション(取引)の承認は各ブロック単位で行われます。

承認の仕組みとして「プルーフ・オブ・ワーク(Proof of Work)」という、労働(CPUの計算)により発言権を与えられることになっています。

ナンスとは、PoW(労働) の成果の結果を証明するための値となります。

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