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ブロックチェーンを制する上で重要な「ブロックヘッダ」を解説

ブロックチェーンにおいてブロックヘッダは理解しておきたい内容になります。ブロックチェーンは、いくつかの取引データをまとめてブロックというものを作っています。このブロックに関するメタデータを含んでいるのがブロックヘッダとなっています。 ブロックチェーンは、トランザクション単位での取引をしており、トランザクションに関する情報もブロックヘッダに含まれているのです。 ブロックチェーンを使いこなすうえで必ず知っておきたいブロックヘッダについて、今回は詳しく説明していきます。

フロック博士

今日はブロックチェーンにおいて非常に重要になる「ブロックヘッダ」について説明するぞ

タカシ

ブロックヘッダってHTMLとかのヘッダと同じこと?

フロック博士

そのヘッダとは別物じゃな。ブロックチェーンはいくつかの取引をまとめてブロックというものを作っているのじゃが、このブロックに関する情報を持っているのがブロックヘッダになるんじゃ!

タカシ

てことは、ブロックヘッダがないとブロックも機能しないんだね。

フロック博士

その通りじゃ!今回は、ブロックヘッダについて詳しく説明するからよく聞いておくんじゃぞ!

タカシ

なんだか難しそうだけど、ちゃんとついていくよ!

ブロックヘッダ

ブロックヘッダには、ブロックに関する次のメタデータが含まれています。一つづつ解説していきます。

・直前のブロックのハッシュ値(previous block hash)
・マークルルート(merkle root)
・タイムスタンプ(timestamp)
・ビッツ(bits)
・ナンス(nonce)

ハッシュ値

ハッシュ値とは規則性のない固定長の値を吐き出す乱数のことです。1方向だということが大切で、逆算ができません。そのため総当たりという方法論しかないのです。

また、タイプもいくつかあり、Bitcoinで使われているSHA-2やRIPENDがあります。これらは多くのWebサービスでも使われているメジャーな関数です。使われるときには、ユーザーの個人情報やパスワードをデータベースに格納するときにハッシュ関数を用いて格納されています。

ただし、ハッシュ関数の場合総当たりで攻撃をされると突破されてしまう可能性もあるのです。その前のバージョンであるSHA1やMD5という規格は、 攻撃されやすく実際に突破された実績もあるので、今では使用を推奨されていません。

現在の規格では突破されたという報告はありませんが、今後突破される可能性があります。特に、Bitcoinやブロックチェーンに関しての懸念として、量子コンピュータによる突破が指摘されています。確かに、量子計算が実現すればBitcoinの脅威となる可能性があります。しかし、Bitcoin以外にもインターネットにも使われているため、Bitcoinの崩壊の前にインターネットの崩壊が先でしょう。常に歴史とともにバージョンアップして強度を上げていかないといけないのです。

ブロックヘッダとハッシュの説明をしましたが、ブロックヘッダには重要な情報が入っています。そして、ハッシュにはいろいろなタイプがあって、SHA-1というのは耐性が低いのでSHA-2やRIPEMDなどのハッシュを使っているものが強度が高いということです。

マークルルート

次はマークルルートについて解説していきます。マークルルートは先ほども解説したブロックヘッダに含まれる情報になっています。これは、ブロック内の全てのトランザクションをまとめた要約値です。

マークルルートの生成にはマークルツリーというデータ構造を用います。どういうものかというと、まずはブロック内にあるトランザクションをそれぞれハッシュ化します。そして、隣り合うハッシュ値を2つずつまとめてハッシュ化し、新しいハッシュ値を生成するのです。このとき、2段目のハッシュ値の数はブロック内のトランザクション数の半分になっています。この処理を繰り返していくと、最終的にただ一つのハッシュ値だけが残り、この値をマークルルートと言います。

タイムスタンプ

タイムスタンプは、ブロックの生成時刻のことです。ブロックがいつ作られ、承認されましたよということがタイムスタンプとして生成されます。このタイムスタンプは必ず使われています。

このタイムスタンプは、世界中に散らばっているノードたちがブロックチェーンを見ていますので、共通のタイムスタンプと言えます。ただし、実は正確とは言えなくて、当然ですけれども全世界のパソコンの時計が多少ずれていたりするので、時々ブロックのナンバーが後なのにも関わらず前に承認されているというタイムスタンプが書かれているものもあります。

すごく厳密なものではないので、おおよそこのくらいの時にブロックが生成されたんだな、という程度のものとして見ることをおすすめします。
そして取引自体がファイナリティがないため、時間というのもあくまでも目安でしかないです。要するに、およそこれくらいの時にブロックが生成されたんだという情報を知るものになっています。

ビッツ

ビッツとは、マイニングの難易度を表すための表現方法です。 ビッツを用いて算出される目標値をブロックヘッダのダブルハッシュの数値が下回った場合のみ、マイニングが成功します。

ナンス

ナンスとは、ワンタイムトークンと言われ、リクエストが正当なものであるかどうかを見極めるためのものとして、ブロックチェーン上で、マイニングの際に使用されています。

 

フロック博士

ブロックヘッダが、ブロックチェーンのためにどれだけ大切か理解できたじゃろうか?

タカシ

うん!取引データの情報を持っているとても重要なものなんだね!

フロック博士

そうなんじゃよ。ブロックヘッダは、ブロックチェーンを使う時にも考慮しなきゃいけない内容じゃぞ。
それ、まとめに入るぞい。

まとめ

今回紹介したブロックヘッダというのは、ブロックに関するメタデータが含まれています。ブロックは取引をまとめたものになっているため、ブロックチェーンを使いこなす上で必ず必要なものになります。
これからブロックチェーンを使っていきたいと考えている人は、しっかりとブロックヘッダを学んでいきましょう。

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