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解説：ブロックチェーンのハッシュ化とは？

初心者向け

ブロックチェーン

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2023年11月7日

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AIサマリー

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ブロックチェーン技術は、データの保管と保護のあり方に革命を起こしました。そのコアコンポーネントの一つがハッシュ化の概念です。「ブロックチェーンのハッシュ化とは？」お尋ねくださいハッシュ化はブロックチェーンのバックボーンであり、データの完全性を確保し、不正な取引を防止します。しかし、ハッシュとは具体的に何であり、ブロックチェーンシステムの安全で堅牢な性質にどのように貢献しますか？このブログ記事では、ブロックチェーンにおけるハッシュ化の謎を明らかにし、そのさまざまな用途や影響について解説します。

ハッシュ機能の役割、さまざまなハッシュアルゴリズム、ハッシュとプルーフ・オブ・ワークのコンセンサスアルゴリズムの関係について学びます。また、暗号ハッシュ機能、その特性、取引の検証やパスワードの保管、セキュリティなど、ブロックチェーンにおける実用的なアプリケーションについても掘り下げていきます。最後に、ビットコインとイーサリアムのエネルギー消費量を比較し、それぞれのコンセンサスメカニズムの環境への影響を明らかにします。

この記事のポイント

ブロックチェーンのハッシュ化は、安全な取引検証とパスワード保管のためにデジタル指紋を生成するために使用される暗号プロセスです。
ハッシュ関数は、プルーフ・オブ・ワークのコンセンサス・アルゴリズムに不可欠な要素であり、ブロックチェーンネットワークにセキュリティと安定性を提供します。
ビットコインのエネルギー集約型マイニングは、環境への影響について懸念を提起しています。一方、イーサリアムはステーキング証明コンセンサスに移行し、エネルギー消費量を削減し、二酸化炭素排出量を削減しました。

ブロックチェーンにおけるハッシュ化を理解する

ブロックチェーンのハッシュ化は、入力データを特定のアルゴリズムを介して固定サイズ出力に変換することを意味します。データの完全性を確立し、不正な取引を回避します。このプロセスの中核にはハッシュ関数があり、データに独自のデジタル指紋を作成します。ハッシュ値と呼ばれる出力は、入力データに固有のものです。入力データがわずかに変更されても、ハッシュ値は大きく異なります。ハッシュ関数のこの特性は、ブロックチェーン技術を含むさまざまなデータ構造の不可欠な構成要素であり、各ブロックは前のブロックのハッシュを含んでいます。

ビットコインのSHA-256やライトコインのScryptなど、さまざまなハッシュアルゴリズムが利用可能であり、それぞれに独自の特性と用途があります。優れたハッシュ機能は、ブロックチェーンのセキュリティと整合性を維持するために不可欠です。ブロックチェーンは、異なる入力に対して独自のハッシュが生成されることを保証し、取引の真正性を確保し、改ざんを防止するからです。

ハッシュ機能の役割

暗号ハッシュ機能は、暗号ツールとして機能し、データに固有のデジタル指紋を生成します。アルゴリズムによって出力サイズは異なりますが、ハッシュ関数は決定的である必要があります。つまり、同じ入力が常に同じ出力を生成します。このプロパティは、入力がハッシュされた回数にかかわらず、出力が一貫していることを保証し、データの一貫性を簡単に検証できます。

ハッシュ機能には、メッセージの完全性を検証し、情報を認証する機能もあります。たとえば、RACE Integrity Primitives Evaluation Message Digest（RIPEMD）とRIPEMD-128は、ブロックチェーン技術で使用される暗号ハッシュ関数の1つです。これらの機能は、ブロックチェーン技術など、さまざまなアプリケーションにおけるデータ整合性の確保に役立ちます。各ブロックには、前のブロックのハッシュが組み込まれています。

異なるハッシュアルゴリズム

ブロックチェーンによってハッシュアルゴリズムは異なります。ビットコインは、ハッシュアルゴリズムとしてセキュアハッシュアルゴリズム256（SHA-256）を利用しています。SHA-256は、256ビットのハッシュ値を生成する数学的アルゴリズムです。ブロックチェーン技術など、さまざまなデータ構造で広く利用されており、データの安全性と整合性を確保しています。

ハッシュアルゴリズムには、ライトコインなどさまざまな暗号資産で使用されるパスワードベースのキー派生関数であるScryptが含まれます。Scryptは、入力ごとに固有の出力ハッシュを生成し、データの安全性と整合性を確保します。

一方、イーサリアムは、イーサリアムブロックチェーンに実装するために特別に設計されたメモリハードハッシュアルゴリズムであり、ASICマイナーが利用される可能性を相殺するために開発されました。さまざまなハッシュアルゴリズムには異なるレベルの複雑さがあり、マイニング業者が有効なハッシュを見つける速度に影響を与え、最終的にブロックチェーンネットワークのセキュリティと安定性に影響を与えます。

ハッシュとプルーフ・オブ・ワークのつながり

ハッシュ化はプルーフ・オブ・ワークのコンセンサスアルゴリズムの中核をなすものであり、マイニング業者はハッシュ化を利用して複雑な数学的問題を解決し、取引を検証し、新しいブロックを生成します。マイニングでは、計算力を利用して、取引ブロックの有効なハッシュを見つけます。有効なハッシュを最初に見つけたマイニング業者は、仮想通貨の報酬を受け取れ、マイニング業者がネットワークのセキュリティ保護に参加する動機となります。

マイニングの難易度は定期的に調整され、安定したブロック生産率を維持するので、ブロックチェーンのセキュリティと安定性に貢献します。マイニングの難易度の調整には、以下のようなさまざまな要因が影響します。

ネットワークハッシュ率
ブロック時間
マイナー数
アルゴリズム設計

このプロセスは、ブロックチェーンの完全性と不変性を保証します。

マイニングとハッシュ

ブロックチェーンでのマイニングには、ブロックチェーンネットワーク上の取引の検証と検証が含まれます。マイニング業者は計算能力を活用して複雑な数学的問題を解決し、ネットワークを保護し、ブロックチェーン台帳に新しいブロックを追加するのに役立ちます。このプロセスは、有効な取引のみがチェーンに追加されることを保証するため、ブロックチェーンの完全性と不変性を保証します。

取引の完全性を検証するため、取引のハッシュ値とブロックに保管されているハッシュ値を比較します。2つのハッシュ値が一致した場合、取引が変更されておらず、有効であるとみなされます。ハッシュを利用することで、ブロックチェーン技術は取引の不変性とセキュリティを保証します。取引データに変更があった場合、ハッシュ値が異なるため、簡単に検出できます。

マイニングの難易度を調整する

マイニングの難易度は調整可能なパラメータで、ブロックチェーンのセキュリティと安定性を確保するため、ブロックの生産速度を一定に維持することで定期的に変更されます。以下のような要因の影響を受けます。

ネットワークハッシュ率
ブロック時間
マイナー数
アルゴリズム設計

たとえば、ビットコインのマイニング難易度は2016年ブロックごとに調整され、2週間ごとに発生すると推定されています。この調整は、2016年以前のブロックを見つけるのに要した時間に基づいています。ブロックが予想より短い期間で見つかった場合、難易度は増加し、逆にブロックが長い期間にわたって見つかった場合、難易度は減少します。このメカニズムにより、約10分ごとに新しいブロックが検出され、ブロックチェーンネットワークのセキュリティと安定性が維持されます。

暗号ハッシュ機能でデータを保護する

暗号ハッシュ機能は、以下の特性を通じてブロックチェーン内のデータを保護します。

決定論的アウトプット：同じ入力で常に同じハッシュが生成されるため、データの一貫性を簡単に検証できます。
プリイメージレジスタンス：ハッシュからの元の入力を決定することは困難です。
衝突抵抗：異なる入力に対して、独自のハッシュが保証されます。

これらの特性は、データの完全性を確保し、ブロックチェーンのデータ構造の改ざんを妨げます。

ブロックチェーン技術のセキュリティと信頼性を理解するには、暗号ハッシュ機能のこれらの特性を理解することが必要です。これらの機能は、分散型ネットワーク内のデータを安全に保管・転送し、機密情報を保護し、ブロックチェーンの完全性を維持する強力な基盤となります。

決定論的アウトプット

ハッシュの決定的な出力は、ハッシュ関数が指定した入力に対して同じハッシュ値を一貫して生成する能力に関連しています。これにより、入力がハッシュされた回数にかかわらず、出力は一貫性を維持し、データの一貫性を簡単に検証できます。ブロックチェーン技術の文脈において、この特性は、同じ入力が常に同じ結果を生み出し、ブロックチェーンネットワークにおける均一性と信頼を維持することを保証するものです。

決定論的な出力により、コードの予測可能かつ検証可能な実行が可能になります。これは、ブロックチェーンシステムの分散性にとって欠かせません。同じ入力が常に同じ出力を生成することを保証し、ブロックチェーンネットワーク内のすべての参加者が独立して取引の有効性を検証し、ブロックチェーンの状態についてコンセンサスに達することができるため、ブロックチェーンの取引の検証において重要な役割を果たします。

プリイメージレジスタンスと衝突レジスタンス

プリイメージ抵抗と衝突抵抗は、データの完全性を確立し、ブロックチェーン技術の改ざんを妨げる暗号ハッシュ機能の大きな特性です。プリイメージ抵抗は、ハッシュ値を考慮すると、元の入力（プリイメージ）を見つけることを計算的に困難にします。これにより、ハッシュ関数は一方向になるので、入力からハッシュ値を簡単に計算できますが、プロセスを逆にし、ハッシュ値から入力を見つけることは困難です。

一方、衝突抵抗は、異なる入力が異なるハッシュを生成し、ブロックチェーンに保存されたデータの完全性を維持することを意味します。同じハッシュ値を生成する2つの異なる入力の可能性を最小限に抑えることで、衝突耐性はブロックチェーンネットワークのセキュリティと信頼性の維持に役立ちます。

共に、プリイメージ抵抗と衝突抵抗は、ブロックチェーン技術における暗号ハッシュ機能でデータを保護する基盤を形成します。

ブロックチェーンにおけるハッシュ化の実用的応用

ハッシュは、取引の検証やパスワードの保管、セキュリティなど、ブロックチェーンにおける多くの実用的なアプリケーションを示しています。取引の検証は、ハッシュ化によってデータの真正性と整合性を確認し、取引が有効かつ安全であることを保証します。ハッシュは、パスワードを安全に保管し、ユーザーデータを保護し、アカウントへの不正アクセスを防止するためにも使用されます。

ブロックチェーンにおけるハッシュ化の実用的応用を理解することで、ハッシュ化が分散型ネットワークを強化・保護するさまざまな方法に関する洞察が得られます。取引の検証から機密情報の保護まで、ハッシュ化はブロックチェーンシステムの完全性と信頼性を維持するうえで重要な役割を果たします。

取引確認

取引検証はブロックチェーン技術の重要な側面であり、取引のセキュリティと正確性を保証します。ハッシュ化を利用して、取引データはハッシュ関数を使用してハッシュ化され、その結果生じるハッシュ値は他の取引データと共にブロックに組み込まれます。取引の完全性を検証するため、取引のハッシュ値とブロックに保管されているハッシュ値を比較します。2つのハッシュ値が一致した場合、取引が変更されておらず、有効であるとみなされます。

ハッシュを利用することで、ブロックチェーン技術は取引の不変性とセキュリティを保証します。取引データに変更があった場合、ハッシュ値が異なるため、簡単に検出できます。この取引検証プロセスは、ビットコインやイーサリアムなどのさまざまなブロックチェーンで広く利用されており、ネットワークの完全性とセキュリティを保証しています。

パスワードの保管とセキュリティ

ブロックチェーンはハッシュを用いてパスワードを安全に保管し、ユーザーデータを保護し、不正なアカウントアクセスを禁止しています。ユーザーがアカウントを作成したりパスワードを設定すると、パスワードは暗号アルゴリズムを使用してハッシュされ、その結果のハッシュは実際のパスワードではなくブロックチェーンに保存されます。ユーザーがログインしようとすると、入力したパスワードが同じアルゴリズムを使用してハッシュされ、その結果のハッシュはブロックチェーンに保存されたハッシュと比較されます。ハッシュが比較されます。一致した場合、アクセス権が付与されます。

ハッシュは一方向関数であるため、ハッシュから元のパスワードをリバースエンジニアリングすることは計算上不可能です。そのため、攻撃者が推測したり、ブルートフォース手法を使用したりしてパスワードをクラックすることは極めて困難です。その結果、ハッシュ化は、ブロックチェーン技術におけるパスワードストレージのセキュリティと整合性を確保するための効果的な手法です。

エネルギー消費量の比較：ビットコイン対イーサリアム

ビットコインとイーサリアムは、それぞれのコンセンサスアルゴリズムによってエネルギー消費量に違いがあります。ビットコインのエネルギー集約型マイニングプロセスは、環境の持続可能性に関する懸念を提起します。プルーフ・オブ・ワークに依存するビットコインマイニングは、年間約137.68 TWhと推定される相当なエネルギーを消費します。一方、イーサリアムのプルーフ・オブ・ステーキング・コンセンサス・アルゴリズムへの移行は、エネルギー消費量を99%削減し、ビットコインより持続可能で環境に優しいものを目指しています。

ビットコインとイーサリアムのエネルギー消費量の違いは、ブロックチェーン技術の環境への影響を考慮する必要性を強調しています。さまざまなコンセンサスアルゴリズムがエネルギー消費に与える影響を理解することで、イーサリアムのステーキング証明など、より持続可能でエネルギー効率の高いソリューションのメリットをより理解できます。

ビットコインのエネルギー集約型マイニング

ビットコインのマイニングプロセスは、プルーフ・オブ・ワークに依存しており、複雑な数学的問題を解決するため、かなりの量のエネルギーを消費します。このビットコインマイニングのエネルギー集約的な性質は、推定エネルギー消費量が年間約110 Terawatt Hoursであるため、環境への影響について懸念を提起しています。

DigiconomistやCambridge Center for Alternative Finance（CCAF）などのプラットフォームが提供するビットコインエネルギー消費指数など、さまざまなインデックスや推定値が、ビットコインのエネルギー消費量を測定するために使用されます。これらの測定は、ビットコインのエネルギー消費を取り巻く環境上の懸念を示し、ブロックチェーン技術におけるより持続可能でエネルギー効率の高いソリューションの必要性を強調しています。

イーサリアムのステーキング証明への移行

イーサリアムがステーキング証明コンセンサスアルゴリズムに移行したことは、ブロックチェーン技術における持続可能性と環境責任の強化に向けた大きな動きを意味します。イーサリアムのステーキング証明システムは、エネルギーの代わりにETHを利用してネットワークを保護し、ブロックチェーンのエネルギー消費量を大幅に減少させ、推定99%以上の削減を実現します。

イーサリアムがステーキング証明に移行した場合の環境面でのメリットは以下のとおりです。

エネルギー消費量の削減
二酸化炭素排出量の削減
環境への影響を最小限に抑える
持続可能性の推進

イーサリアムのようなブロックチェーンシステムは、エネルギー効率の高いコンセンサスメカニズムを採用することで、分散型ネットワークにとってより環境にやさしく持続可能な未来への道をリードしています。

まとめ

このブログ記事では、ブロックチェーンのハッシュ化の謎を解き明かし、そのさまざまな用途と意味を探ります。ハッシュ機能やさまざまなハッシュアルゴリズムの役割から、ハッシュとプルーフ・オブ・ワークのつながりに至るまで、データの完全性を確保し、改ざんを防止するブロックチェーン技術の重要なコンポーネントを掘り下げてきました。

これまで見てきたように、ハッシュ化はブロックチェーン技術の根本的な側面であり、分散型ネットワーク内での安全な保管とデータ転送の基盤を提供します。ハッシュ化の重要性とその実用的なアプリケーションを理解することで、ブロックチェーンシステムの堅牢性とセキュリティをより高く評価し、最終的により安全で信頼できるデジタル環境に貢献できます。