暗号資産ブロックチェーン市場におけるハッシング

はじめに

ブロックチェーン技術や暗号通貨について話すとき、ビットコインやマイニングを思い浮かべることが多い。しかし、システム全体を運営するための目に見えない仕組みを理解している人はごくわずかだ。そのエンジンはハッシュと呼ばれている。ハッシュがなければ、ビットコインも、イーサリアムも、デジタル資産も存在しない。ハッシュはブロックチェーンの世界の本質そのものである。ハッシュとは、任意の量のデータを短い固定長のコードに変換することを意味する。そのコードは、入力ごとにユニークである。

ハッシュとは何ですか？

簡単に言えば、ハッシュ化はデジタル指紋のようなものです。データをハッシュ関数に入力すると、ユニークな結果が生成されます。入力の中の1文字でも変更すると、結果全体が変わります。これにより、不正や改ざんを簡単に検出できます。このプロセスは一見シンプルに見えますが、その背後にある論理は少し複雑でありながら強力です。

ハッシングは本質的に決定論的であると見なされており、同じ入力は常に同じ出力を生成します。また、逆転可能ではありません。ハッシュは見ることができますが、そこから元のデータを見つけることはできません。もう一つの重要な特徴は衝突耐性です。二つの異なる入力が同じ出力を生成することはできません。それが起こると、システム全体が崩壊します。

なぜハッシュ化がブロックチェーンにおいて重要なのか

ハッシュはブロックチェーン内のブロックをつなげます。各ブロックは前のブロックのハッシュを持ち、誰も壊すことのできない長いチェーンを作ります。誰かがブロックの詳細を1つでも変更すると、ハッシュが瞬時に変わり、システムはそれを拒否します。これがブロックチェーンが安全で透明である理由です。

すべてのブロック内では、トランザクションがマークルツリーと呼ばれるものを使用してグループ化されています。このツリーは各トランザクションのハッシュを保存し、それを組み合わせて最終的に1つのハッシュだけが残るまで続けます。その単一のハッシュはブロック内のすべてのトランザクションを表しています。このシステムは、コンピュータ上に全体のブロックチェーンをロードすることなく、トランザクションの検証を助けます。

一般的なハッシュアルゴリズム

ビットコインはSHA-256を使用しており、これはSecure Hash Algorithm 256-bitの略で、安全で信頼できると考えられています。イーサリアムはKeccak-256と呼ばれる異なるアルゴリズムを使用しています。両者は同じ目的を果たしますが、わずかに異なる方法で動作します。

Blake2bやArgon2を使用している新しいプロジェクトはいくつかあります。これらはより高速であるだけでなく、攻撃を受けにくいです。開発者はネットワークを安全に保ち、時間の経過とともにますます効率的にするために新しいシステムをテストし続けています。ハッシュアルゴリズムの選択は、速度からマイニングコストに至るまで、すべてに影響を与えます。

ハッシングとマイニング

マイニングは、ハッシュが実際の作業になる場所です。マイナーが新しいブロックを追加しようとするとき、彼らはネットワークによって設定された要件を満たすハッシュを見つけるために競争します。彼らは、結果がルールに合うまで、ノンスと呼ばれる小さな数を変更し続けます。このプロセスは、プルーフ・オブ・ワークと呼ばれます。

ブロック報酬を最初に見つけたコンピュータが得られます。これが新しい $BTC が作成される方法です。中本哲史は、ネットワークに参加するマイナーが増えるほど、次のブロックを見つけるのが難しくなるようにシステムを非常に巧妙に設計しました。すべてのマイナーの総計算能力はハッシュレートと呼ばれます。ハッシュレートが高いほど、ネットワークはより安全になります。しかし、それは同時にエネルギー消費が増加し、より強力なマシンが必要になることも意味します。時間が経つにつれて、これにより、ゲーム用PCよりもはるかに高速なASICと呼ばれる専門のコンピュータへのマイニング活動のシフトが生じました。

プルーフ・オブ・ワークを超えて

イーサリアムのプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行は、ハッシュ処理を完全になくしたわけではありません。ハッシュ処理は、ランダム性を生成し、データを検証し、トランザクションを保護するのに依然として役立っています。プルーフ・オブ・ヒストリーや委任プルーフ・オブ・ステークのような新しいモデルでも、ハッシュ関数は重要な役割を果たします。たとえば、ソラナでは、システムが継続的なハッシュ処理を使用して、トランザクションの確認をより迅速に行えるようにしています。

ハッシングの高度な使用法

最新のブロックチェーンネットワークは、プライバシーとスケーラビリティのためにハッシュを使用しています。Zcashやその他のプライバシーコインでは、ハッシュが取引の詳細を隠しつつ、検証可能に保ちます。ミキサーとシールドトランザクションは、ユーザーをグループ化するためにメルクルツリーを使用します。これにより、誰が何を送ったのかを追跡するのが難しくなります。

スケーリングソリューションでは、ハッシュを使用して記録を小さく保ちます。たとえば、シャーディングでは、各シャードが内部のすべてのデータのハッシュであるステートルートを保持します。これにより、ネットワークの他の部分が迅速に確認できます。さらに、zk-SNARKsなどのゼロ知識証明は、実際のデータを示すことなく、何かが真であることを証明するためにハッシュを使用します。これは、プライバシーと速度の両方を約束する成長分野です。

ハッシュの課題と未来

量子コンピューティングは、ハッシュを推測し古いアルゴリズムを破る能力があるため、現在のハッシングシステムにとって最大の脅威です。科学者たちはすでにSPHINCS+のようなポスト量子ハッシュに取り組んでいます。これらは今後数十年にわたりブロックチェーンを安全に保つでしょう。

ハッシュの明るい未来を約束する新しいアイデアは、Verifiable Delay Function (VDF)です。これは、ネットワーク内の全員が結果を得るために同じ時間だけ待つことを保証します。これにより、不公平な利点を防ぎ、マイニングとステーキングの公平性を向上させることができます。

さらに、特定のプロジェクトはダイレクテッド・アシクリック・グラフ(DAGs)を探求しています。これらのシステムもハッシュに依存していますが、データを異なる方法で配置します。単一のチェーンの代わりに、いくつかの接続されたブランチを作成します。これは、分散システムにおける次の大きなものになるかもしれません。

市場と経済への影響

ハッシングは暗号経済に直接影響を与えます。ハッシュレートが強ければ強いほど、ネットワークは安全になりますが、エネルギーの使用量も増えます。マイナーはハードウェアや電気に何百万ドルも投資します。これがアナリストがASIC戦争と呼ぶものを生み出します。

電気料金が安い国はより多くのマイナーを引き寄せることができ、ネットワークのハッシュパワーが移動します。エネルギーに関する懸念から、政府はマイニングを規制し始めました。ハッシュパワーは経済指標となり、ブロックチェーンの健全性を示しています。

投資家でさえ、コインを購入する前にハッシュレートのトレンドを見ています。強く上昇するハッシュレートはネットワークが安全で信頼できることを意味し、減少するハッシュレートはマイナーが離脱していることを示し、ブロックが遅くなったり信頼が低下する可能性があります。

結論

議論の要点は、ハッシュ化が暗号の世界の中核であるということです。それはデータを保護し、取引を検証し、チェーン内のすべてのブロックを接続します。ビットコインの最初のブロックから現代のスマートコントラクトまで、ハッシュ化はまるで静かな守護者のようにシステム全体を導いてきました。技術が量子時代に向かうにつれて、新しい形のハッシュ化が現れるでしょう。しかし、基本的なアイデアは同じままでしょう。ハッシュ化は数字を信頼に、信頼を価値に変え続けます。それがデジタルマネーの世界で最も強力なアイデアである理由です。