ブロックチェーン技術は単一の技術ではなく、さまざまな研究成果を統合した総合的な技術体系です。業界は一般に、ブロックチェーンには分散構造、コンセンサス メカニズム、非対称暗号化という3 つの不可欠なコア テクノロジーがあることを認識しています。
(1) 分散型構造：すべてが分散化に等しいわけではない
最初の記事では、集中化と分散化の違いについて簡単に紹介しました。今日は、ブロックチェーンの分散構造についてさらに深く議論していきます。
分散型構造 VS 分散型構造
集中化、分散化、分散化、ピアツーピア (インターネットからの画像)
伝統的な認識では、集中化の反対は分散化です。ここでまず視点を修正しなければなりません。集中化の対義語は分散化、つまり分散化されるべきです。上の図から、集中化、分散化、分散化、およびピアツーピアの関係が明確にわかります。分散化は分散化の 1 つのタイプにすぎません。
なぜ分散型ではなく分散型を重視する必要があるのでしょうか? なぜなら、分散の定義には分散化だけでなく、弱い集中化も含まれるからです。やみくもに分散化を重視すると、ブロックチェーン技術が既存の金融システムや知的財産システムに受け入れられることは難しくなります。すべてが分散化された場合、国、銀行、機関は将来の金融システムでどのような役割を果たすことになるでしょうか? 将来の金融システムには国家強制力を持つ銀行は必要ないのでしょうか？これは明らかに非現実的です。テンセント研究所も「ブロックチェーンソリューション白書」の中で、ブロックチェーンによって生み出される新たな価値相互作用パラダイムは「弱い集中化」に基づいていると強調した。
しかし、それが分散型であると考えると、問題は解決されます。センターは消滅したわけではありませんが、マルチセンター システムが大量に出現することになります。プライベートチェーン、アライアンスチェーン、ハイブリッドチェーンは、集中化を補完する役割を果たし、集中化の運用効率を向上させます。
ここで補足したいのは、ブロックチェーンの分散ストレージは従来の分散ストレージとは異なるということです。
- 従来の分散ストレージは、ストレージに関する特定のルールに従ってデータを複数の共有に分割しますが、ブロックチェーンの各ノードは完全なデータをチェーン構造で保存します。
- 従来の分散ストレージは、中央ノードを介してバックアップ ノードにデータを同期しますが、ブロックチェーン内の各ノードのストレージは独立しており、低レベルで同等であり、コンセンサス メカニズムに依存してストレージの一貫性を確保します。
(2) コンセンサスメカニズム: ノードの一貫性を実現し、分散台帳が改ざんできないようにする
ブロックチェーンの分散ストレージはストレージの一貫性を確保するためにコンセンサスメカニズムに依存していると述べましたが、いわゆるコンセンサスメカニズムはブロックチェーンの分散構造を実現するための核となるアルゴリズムです。ブロックチェーンノードが、事前に設定されたルールに基づいて複数のノードの相互作用を通じて特定のデータ、動作、またはプロセスに関して合意に達するプロセスは、コンセンサスと呼ばれます。コンセンサスメカニズムの中核は、ビザンチンの一般的な問題を解決することを目的としたブロックの構築と検証です。
ビザンチン障害は、レスリー ランバートによって提案されたポイントツーポイント通信の基本的な問題です。
これは、メッセージ損失を伴う信頼性の低いチャネルを介したメッセージ配信によってコンセンサスを達成しようとすることは不可能であることを意味します。したがって、一貫性に関する研究では、一般にチャネルが信頼できるか、この問題が存在しないことを前提としています。
前の台帳の例えに戻ると、コンセンサス メカニズムは、システム全体のユーザーが認識された台帳レコードに従うことを保証することです。
ブロックチェーンには多くのコンセンサス メカニズムがあり、それぞれのコンセンサス メカニズムには独自の長所と短所があります。ここでは、コンセンサス メカニズムが何であるかを誰もが理解できるように、最初にプルーフ オブ ワークについて詳しく説明します。他のコンセンサス メカニズムの分析は置いておきます。メカニズムを次の記事へ。
- 作業証明 (POW)
Proof of Work (略して POW) は、その名前が示すように、一定量の作業を行ったことの確認および証明です。作業プロセスの監視は非常に煩雑で非効率であるため、これは結果指向のメカニズムであることがわかります。
ビットコインはプルーフ・オブ・ワークのコンセンサスメカニズムを採用しています。前回の記事で述べたように、ビットコインの新しいブロックは、前のブロックと接続してトランザクション チェーンを形成するために、前のブロック ヘッダーのハッシュ値を計算する必要があります。修飾されたブロック ハッシュ値は通常、N 個の先頭のゼロで構成され、ゼロの数はネットワークの難易度の値によって異なります。妥当なブロックハッシュ値を求めるには多くの試算が必要であり、計算時間はマシンの計算速度に依存します。適切なハッシュ値を見つけることは確率的なイベントであり、ノードがネットワーク全体の n% の計算能力を持っている場合、そのノードは n% の確率でブロック ハッシュ値を見つけます。
ワークロード証明メカニズムは、台帳のトランザクション記録が改ざんされていないことを保証するために、マシンの数学的演算に依存しています。なぜなら、ブロックの取引記録を変更するには、このブロックのプルーフ・オブ・ワークを再度完了する必要があり、このブロックの後に追加されるブロックのプルーフ・オブ・ワークも完了する必要があり、収益は以前ほど良くないからです。費やされた財源。POW はネットワーク内で信頼性の高いノードを確保し、ネットワーク内で最も長いブロックチェーンを信頼性の高いチェーン、つまり認識された台帳として使用します。信頼性の高いノードがコンピューティング能力のほとんどを制御している限り、信頼性の高いチェーンは最も速く成長します。したがって、他のブロックチェーンを上回る競争チェーン。さらに、ブロック数が増加するにつれて、信頼できないノードによって制御されるチェーンが信頼できるチェーンに追いつく可能性も低くなります。
Proof-of-Work はブロックチェーンの分散パフォーマンスを十分に保証しますが、ビットコインが世界中のコンピューティング能力のほとんどを集めているため、他のブロックチェーン アプリケーションが同じコンピューティング能力を獲得して独自のセキュリティを確保することは困難です。ある種の大規模なマイニングはリソースの膨大な浪費を引き起こし、コンセンサスに達するまでのサイクルは比較的長いため、ビットコイン以降の一部のブロックチェーンアプリケーションは主に他のコンセンサスメカニズムを使用しています。
(3) 非対称暗号化: 公開鍵 VS 秘密鍵
ブロックチェーンの分散ネットワークでは、数学的暗号化によってポイントツーポイントの情報伝送の安全性が実現されます。ブロックチェーンの暗号化方式を理解するには、まず対称暗号化と非対称暗号化の違いを理解する必要があります。
1976 年以前は、暗号化方法は 1 つだけでした: (1) 当事者 A が特定の暗号化ルールを選択して情報を暗号化する (2) 当事者 B が同じルールを使用して情報を復号化する。暗号化と復号化に同じルール (鍵) が使用されるため、これは対称鍵アルゴリズムと呼ばれます。この暗号化モードには最大の弱点が 1 つあります。それは、当事者 A が当事者 B に暗号化ルールを通知する必要があり、そうでない場合は復号化できないことです。キーの保存と転送が最も厄介な問題になっています。
1977 年、3 人の数学者 Rivest、Shamir、Adleman が次のアルゴリズムを設計しました。 (1) 当事者 B は 2 つの鍵 (公開鍵と秘密鍵) を生成します。公開キーは公開されており、誰でも取得できますが、秘密キーは秘密に保たれます。(2) 当事者 A は当事者 B の公開鍵を取得し、それを使用して情報を暗号化します。(3) 当事者 B は、暗号化された情報を取得し、秘密鍵を使用して復号します。公開鍵で暗号化された情報は秘密鍵でのみ復号化できるため、秘密鍵が漏洩しない限り通信は安全です。このアルゴリズムは、これら 3 つの名前にちなんで名付けられ、RSA アルゴリズムと呼ばれます。暗号化と復号化では異なるルールが使用されるため、非対称暗号化が実現されます。
ブロックチェーンでは、情報の配布は、トランザクションの 2 つの当事者間の相互信頼を実現するために、公開キーと秘密キーなどの非対称デジタル暗号化テクノロジーに基づいています。特定の実装プロセスでは、情報が公開鍵と秘密鍵のペアの一方の鍵で暗号化された後は、もう一方の鍵を使用しないと復号化できません。
ビットコインを例にとると、ユーザーのウォレットには実際にはビットコインは含まれておらず、キーのみが含まれています。ユーザーのデジタル キーはビットコイン プロトコルから完全に独立しており、ユーザーのウォレットによって生成および管理され、ゾーンも必要ありません。ブロック チェーンまたはネットワークリンク。各トランザクションにはブロックに保存される有効な署名が必要であり、有効な署名を生成するには有効なデジタル キーが必要であるため、キーを持つことはビットコインを制御することと同じです。
ビットコインの秘密鍵は基本的に 32 バイトの配列です. 公開鍵とアドレスの生成は秘密鍵に依存します. 秘密鍵を使用して公開鍵とアドレスを生成でき, アドレスに対応するビットコインを生成できます.過ごした。秘密キーがビットコインを使用する方法は、秘密キーに対応するトランザクションに署名することです。
理解を深めるために、プロセス全体の動作を説明するトランザクションの例を見てみましょう。小さな A と小さな B がトランザクションを実行したいと考え、小さな A が小さな B に自分が本物の小さな A であることを証明したいとします。その場合、小さな A は秘密鍵を使用してファイルに署名し、それを小さな B に送信するだけで済みます。そして、リトル B はリトル A を使用します 公開鍵によってファイルの署名検証が実行され、検証が成功すると、そのファイルが本物のリトル A によって秘密鍵で暗号化されたことが証明されます。
このように、ブロックチェーンの所有権は、デジタル キー、ブロックチェーン アドレス、デジタル署名を通じて決定されます。秘密キーをマスターすることは、デジタル資産の所有権をマスターすることと同じです