BitcoinとBlockchainについて調べたこと

Bitcoin: 非中央集権型の電子通貨。非中央集権型とは、銀行などの信頼された金融機関が取引に関与しないことをさす。金融上の取引を行う際、銀行の役割は支払い者に支払いの能力があることと、取引が不正ではないことを保証することである。Bitocinは、そのような信頼される第三者を取引に必要としない。

Block: 一つ以上の取引データをまとめたものをBlockと呼ぶ。1Blockの最大容量は1MB。Bitcoinのメインネットワークでは約10分にひとつ新しいBlockが生成される。

Blockchain: Blockのつながりを指すが、Bitcoinを支える分散型台帳技術を指したり、ネットワークやソフトウェアをさすこともある。ソフトウェアはC++で開発されている。URLは下記。

GitHub - bitcoin/bitcoin: Bitcoin Core integration/staging tree

P2P(Peer to Peer): 通信技術のひとつ。対等の者同士が通信を行うモデル。通信者はサーバーにもクライアントにもなる。BlockchainはP2P通信モデルを利用している。Bitcoinのネットワークに参加したマシンは過去の全ての取引履歴(Blockchain)を主記憶装置に保存する。取引履歴のデータ容量は2017年2月の時点で、Test Networkが40GB程度、Main Networkは100GBほどある。

Blockの高さ: あるBlockが何番目に生成されたかを高さで表す。

Main/Test Network: Bitcoinには本番用とテスト用の複数のネットワークがある。やりとりする全てのメッセージの先頭4byteにMagic Valueをつけてネットワークを識別する。実際の値は下記の通り。

( Protocol documentation - Bitcoin Wiki )

ソースではこのあたりがネットワークのマジックナンバー。(リトルエンディアンで送られる)

https://github.com/bitcoin/bitcoin/blob/master/src/chainparams.cpp#L110

Node: Bitcoin Network参加者のこと。

アドレス: ビットコインの送信先。メールアドレスのようなもの。全てのノードが全ての取引履歴を見ることができるため、取引履歴を知られないために、通常は取引毎にアドレスを発行する。

BTC: Bitcoinの量を表す単位。

Satoshi: Bitcoinの量を表す単位。1 BTC = 100,000,000 Satoshi

Wallet: 発行したアドレスと、アドレスに紐づくぷ秘密鍵を管理する仕組み。秘密鍵の情報はwallet.datファイルに収められる。同様にBitcoin Networkで秘密鍵の管理とトランザクションを作成するクライアントソフトウェアを指すこともある。

Transaction: 取引ごとにユーザーが発行するもの。Txと書くこともある。Bitcoinがどのアドレスからいくら来て、どのアドレスにいくら行くのかという情報を持つ。データ構造は下記の通り。

( Transaction - Bitcoin Wiki )

ユーザーがどこからBitcoinを受け取ったかという情報はTxin、どこへ送るかという情報はTxoutに書き込まれる。lock_timeにはUnix Timeかブロックの高さを指定できる。時間が指定された場合は、マイナーが指定時間を過ぎないとtransactionをBlockに含めることができない。ブロックの高さも同様に、指定したブロックの高さにならないと、マイナーがTransactionをBlockに含められない。

UTXO(Unspent Tx Output): 未使用のBitcoin。ネットワークに参加するノードは基本的にネットワーク上の全てのUTXOをDBに保存している。Transactionに含まれるTxinで、まだ支払いに利用されていない(Txoutになっていない)BitcoinをUTXOという。

Fee: 送金にかかる手数料。Transactionのデータサイズは1byteあたり1Satoshiかかるのが相場。

Mining: Transactionの記録をBlockに追加し、新しいBlockの生成を試みること。生成に成功すると報酬としてBlockが含むTransactionの手数料の総額と成功報酬として12.5 bitcoin(2017年2月)を手に入れることができる。成功報酬の額は210,000 blocks置きに半額になる。

BIP(Bitcoin Improvement Proposals): Bitcoinの情報や新機能についてまとめた文書。Bitcoinに関するアイデアを話し合う手段として標準化されている。BIPは3種類に分けられる。

• Standards Track BIPs - Bitcoin実装の多く、または全てに影響があるもの。またBitcoinを使うアプリケーションに影響があるもの。ネットワークプロトコルの変更や、ブロックとトランザクションのバリデーションルールの変更などが該当する。
• Informational BIPs - デザインに関するもの、一般的なガイドライン。このタイプのBIPは新機能の提案でもコミュニティの合意を示すものでもない。BitcoinユーザーとBitcoinの開発者は自由にInformational BIPsを無視したり、アドバイスに従って良い。
• Process BIPs - Bitcoinの実装以外に関する提案。何か実装を提案するかもしれないが、Bitcoinのcodebaseへの提案ではない。コミュニティの意思決定プロセスの変更、ガイドライン、Bitcoinの開発環境・ツールの提案がこのタイプに当てはまる。

( bips/bip-0001.mediawiki at master · bitcoin/bips · GitHub )

Merkle Tree: データ構造のひとつ。複数のTransactionをひとつのBlockに追加するときに使う。下記の図ではMerkle Treeを利用して、Tx0からTx3のハッシュを作成し、Block Headerに追加している。

( https://bitcoin.org/bitcoin.pdf )

Target: Block生成時にMinersが目標とする256bitの数字。数字自体に意味はなく、2週間ごとに値が変わる。ブロックの生成は、hash関数に直前のBlockのhash値と、Blockに含めるTransactionのMerkle Treeのハッシュと、nonce(4-byteの意味を持たない数字)を入れて、関数の返り値がターゲットより小さくなるnonceを見つけることである。nonceはnumber used once(一度使われる数字)という意味。例えばターゲットが0x00000000FFFF000000......00000(64桁)ならば、hash関数に直前のBlockのhash値と、Blockに含めるTransactionのハッシュと、適当なnonceを入れ、返り値がターゲットより小さくなるようなnonceを見つければ、Blockの生成に成功したことになる。

Difficulty: あるネットワークでブロックを作る難しさをDifficultyで表す。値が高いほど、Blockの生成が難しい。値は最大ターゲット ÷ 現在のターゲットで求められる。Test NetworkではBlockが10分に1つ作られるよう、2週間に一度値が更新される。

参考資料

https://bitcoin.org/bitcoin.pdf (Satoshi Nakamotoが発表したオリジナル論文。情報は古い。シンプルなのでそんなに難しくない)

Bitcoin Wiki (少し情報が古い)