ハッシュブロックチェーン

ハッシュブロックチェーンとは？

ハッシュブロックチェーンとは、データの識別、ブロックの連結、記録の検証、不正な変更の検出に暗号学的ハッシュ関数を使用するブロックチェーンを指す、非公式な用語です。

通常、この表現は、広く認められた技術仕様を持つ独立した種類のブロックチェーンを示すものではありません。

むしろ、暗号資産のブロックチェーンでハッシュが果たす役割を強調した表現です。

現代のブロックチェーンの多くは、ブロックヘッダー、トランザクション識別子、Merkleツリー、アカウント状態のコミットメント、デジタル署名の処理、Proof of Workシステム、データ検証プロセスなどにハッシュを使用しています。

NISTのブロックチェーン概要では、ブロックチェーンの記録はブロックにまとめられ、各ブロックが暗号学的に前のブロックと連結されると説明されています。

以前のブロックの内容が変更されると、そのブロックの暗号学的ハッシュも変わります。

その結果、後続ブロックとの想定された連結が崩れ、変更を検出できるようになります。

したがって、ハッシュブロックチェーンは、特定の暗号資産、トークン、企業、コンセンサスメカニズムではなく、暗号学的ハッシュによって保護され、構成されたブロックチェーンとして理解する必要があります。

暗号学的ハッシュとは？

暗号学的ハッシュとは、入力データにハッシュ関数を適用して生成される、固定長の出力です。

入力には、短いメッセージ、暗号資産のトランザクション、ブロックヘッダー、スマートコントラクト、さらに大規模なデータセットなどを使用できます。

NISTによる暗号学的ハッシュ関数の定義では、長さがさまざまなデータを固定長のビット列に変換する関数と説明されています。

出力は一般に、ハッシュ、ダイジェスト、メッセージダイジェスト、またはハッシュ値と呼ばれます。

安全な暗号学的ハッシュ関数は、デジタルデータの一方向のフィンガープリントとして機能するよう設計されています。

同じアルゴリズムで処理すれば、同じ入力からは常に同じハッシュが生成されます。

入力にわずかな変更を加えると、出力は大きく異なるものになる必要があります。

ハッシュだけから元の入力を再構成することは、計算上、現実的に不可能である必要があります。

また、同じハッシュを生成する2つの異なる入力を見つけることも、計算上、現実的に不可能である必要があります。

ブロックチェーンにハッシュ関数が必要な理由

分散型の参加者が中央のデータベース管理者に依存せずにデータの識別と完全性について合意する必要があるため、ブロックチェーンにはハッシュ関数が必要です。

ハッシュを使うと、トランザクション、ブロック、アカウント状態、その他の情報群を簡潔に表現できます。

ノードはそれぞれ独立してハッシュを計算し、その結果をプロトコルが想定する値と照合できます。

データが変更されていれば、通常、計算されたハッシュは一致しなくなります。

これにより、ブロックチェーンソフトウェアは、変更されたトランザクション、無効なブロック、不正確な状態データ、破損したファイルを検出できます。

ハッシュは、Merkleツリーなどの認証済みデータ構造を通じて大量のデータを連結する際にも役立ちます。

安全なハッシュ関数がなければ、暗号資産ネットワークで利用される多くの完全性チェックは、意図したとおりに機能しません。

ハッシュによるブロックチェーンブロックの連結

ブロックチェーンでは通常、新しいブロックのヘッダーに保存されたハッシュを通じて、各ブロックが前のブロックと連結されます。

Bitcoinのブロックヘッダーに関するリファレンスによると、Bitcoinのブロックヘッダーには前のブロックヘッダーのハッシュが含まれています。

そのため、現在のブロックは特定の親ブロックに連結されています。

親ブロックのデータが変更されると、親ブロックのハッシュも変わります。

子ブロックには元の親ブロックのハッシュが引き続き含まれるため、その連結は無効になります。

親ブロックを変更するには、子ブロックと、その上に構築された後続のすべてのブロックも変更する必要があります。

このハッシュによる連結が、この構造がブロックチェーンと呼ばれる主な理由です。

Ethereumのブロックに関するドキュメントでも、ブロックには前のブロックのハッシュが含まれ、記録をチェーン状に連結すると説明されています。

ブロックハッシュとは？

ブロックハッシュとは、ブロックヘッダー、またはプロトコルで定義されたブロックの別の表現から生成される暗号学的ダイジェストです。

ブロックを簡潔に識別するために使われます。

ブロックエクスプローラー、ノード、ウォレット、開発者は、すべてのデータを繰り返さずに、ハッシュを使って特定のブロックを参照できます。

Bitcoinでは、ブロックヘッダーにバージョン、前のブロックヘッダーのハッシュ、Merkleルート、タイムスタンプ、符号化されたターゲット、ナンスが含まれます。

シリアライズされたヘッダーは、プロトコルのハッシュ手順で処理され、ブロックハッシュが生成されます。

ブロックハッシュはパスワードではなく、資金を管理する権限を与えるものでもありません。

識別、検証、チェーンの構成に使用される公開情報です。

ブロックハッシュとブロック高の違い

ブロックハッシュとブロック高は、異なる方法でブロックを識別します。

ブロックハッシュは、ブロックデータから計算される暗号学的な識別子です。

ブロック高は、チェーンの最初のブロックを基準にしたブロックの位置です。

フォーク中には、一時的に同じブロック高に競合する2つのブロックが存在することがありますが、それぞれのハッシュは異なります。

つまり、ハッシュは正確なブロックを識別し、ブロック高はチェーン内のおおよその位置を示します。

正確な識別が必要なアプリケーションでは、ブロック高だけに頼らず、正しいブロックハッシュを使用する必要があります。

トランザクションハッシュの仕組み

トランザクションハッシュとは、暗号資産のトランザクションを識別するために使用されるダイジェストです。

トランザクションIDまたはTXIDとも呼ばれます。

トランザクションデータはネットワークのルールに従ってシリアライズされ、指定されたハッシュアルゴリズムで処理されます。

生成された値を使って、ノード、ウォレット、ブロックエクスプローラーはそのトランザクションを参照できます。

ハッシュ化されたトランザクションデータが変更されると、トランザクションハッシュも変わります。

トランザクションハッシュだけでは、そのトランザクションが承認済み、成功済み、または経済的に最終確定していることを証明できません。

トランザクションが有効なブロックに含まれているか、承認数はいくつか、チェーン上でファイナリティが確定しているかも確認する必要があります。

ブロックハッシュとトランザクションハッシュの違い

ブロックハッシュはブロックを識別し、トランザクションハッシュはトランザクションを識別します。

1つのブロックには、それぞれ異なるトランザクションハッシュを持つ多数のトランザクションが含まれる場合があります。

これらのトランザクション識別子はMerkleツリーにまとめられ、Merkleルートによって要約されます。

その後、Merkleルートをブロックヘッダーにコミットできます。

つまり、ブロックハッシュは、ブロック内のトランザクションコミットメントを通じて、含まれるすべてのトランザクションと間接的に結び付いています。

どちらも暗号学的ハッシュ関数で生成されますが、役割は異なります。

ハッシュブロックチェーンにおけるMerkleツリー

Merkleツリーとは、1つのルートハッシュを使って多数のデータ項目を要約する、ハッシュベースのデータ構造です。

トランザクションハッシュは、ツリーの最下層にリーフとして配置されます。

ハッシュを2つずつ組み合わせて再度ハッシュ化し、次の階層を作ります。

この処理を繰り返し、最上部に1つのハッシュが残るまで続けます。

この最終的な値をMerkleルートと呼びます。

Bitcoinのブロックチェーンガイドでは、Merkleルートはブロックヘッダーに保存され、ブロック内のトランザクションから生成されると説明されています。

含まれるトランザクションが変更されると、そのトランザクションハッシュも変わります。

変更された値により親ハッシュも変わり、最終的にはMerkleルートが変わります。

その結果、ブロックヘッダーとブロックハッシュも変わります。

Merkleプルーフとは？

Merkleプルーフとは、特定の項目がより大きなMerkleツリーに含まれることを証明する、少数のハッシュの集合です。

検証者は、ツリー内のすべてのトランザクションやデータ項目を受け取る必要はありません。

検証者は確認対象の項目から始め、プルーフに含まれるハッシュと組み合わせます。

計算結果が想定されるMerkleルートと一致すれば、その項目はコミットされたデータセットと整合しています。

EthereumのMerkleプルーフガイドでは、プルーフの値をハッシュ化してルートを再構築する方法が説明されています。

Merkleプルーフは、ライトクライアント、トークン配布、許可リスト、ロールアップ、ブリッジ、ストレージ検証、スマートコントラクトアプリケーションなどに役立ちます。

有効なMerkleプルーフは、特定のルートに対するデータの包含を証明しますが、そのルート自体が信頼できる、またはファイナリティが確定した情報源から得られたことを独立して証明するものではありません。

ハッシュとブロックチェーンの状態

スマートコントラクト型ブロックチェーンは、トランザクションやブロックの連結だけでなく、ネットワークの状態を表すためにもハッシュを使用します。

状態には、アカウント残高、コントラクトコード、ストレージ値、ナンス、その他のプロトコル情報が含まれることがあります。

Ethereumでは、これまで実行状態の表現に改良型Merkle Patricia Trieが使用されてきました。

EthereumのMerkle Patricia Trieに関するドキュメントでは、この構造が暗号学的に検証可能なルートを生成すると説明されています。

同じエンコード規則を使えば、同一の状態からは同じルートが生成されます。

アカウント残高やコントラクトのストレージ値が変わると、ハッシュの経路と状態ルートも変わります。

そのため、ブロックは分散型の大規模な状態を、簡潔な1つのルート値でコミットできます。

ハッシュとスマートコントラクト

スマートコントラクトは、コミットメント、署名、識別子、プルーフ、アクセス制御、アドレス生成、データ検証にハッシュ関数を使用します。

コントラクトは秘密データのハッシュを保存し、後でユーザーに元の値の開示を求める場合があります。

コントラクトは開示された値をハッシュ化し、その結果を保存済みのコミットメントと照合できます。

また、コントラクトはMerkleプルーフを検証することで、対象となるアドレスの一覧全体を保存せずに済む場合があります。

ハッシュ化によりオンチェーンストレージを削減できますが、開発者は安全なエンコードとドメイン分離を使用する必要があります。

値を誤った方法で組み合わせると、ハッシュ化する前のエンコード済みメッセージが、異なる入力から同一になる場合があります。

安全なハッシュ関数でも、アプリケーションレベルの曖昧なエンコードを修正することはできません。

暗号資産ブロックチェーンで使用されるハッシュ関数

ブロックチェーンによって、プロトコルの各処理に異なるハッシュ関数を使用する場合があります。

BitcoinはSHA-256を広く使用し、ブロックヘッダーや複数のトランザクション関連構造には二重SHA-256を適用します。

Ethereumでは、実行レイヤーのアプリケーションやアカウント関連の計算にKeccak-256が広く使われています。

その他の暗号資産ネットワークでは、SHA-3、BLAKE系アルゴリズム、Scrypt関連の構成、または特殊な組み合わせが使われることがあります。

NISTのハッシュ関数プロジェクトでは、標準化された暗号学的ハッシュアルゴリズムであるSHA-2およびSHA-3ファミリーが紹介されています。

Keccak-256と標準化されたSHA3-256は密接に関連していますが、パディングや標準化の詳細が異なるため、同一の関数ではありません。

開発者は、該当するブロックチェーンプロトコルで指定された正確なハッシュ関数とエンコード方式を使用する必要があります。

ブロックチェーンシステムにおけるSHA-256

SHA-256はSHA-2ファミリーの一つで、256ビットの出力を生成します。

256ビットのハッシュは、一般に64桁の16進数で表示されます。

Bitcoinは、Proof of Workのプロセスやデータコミットメントの構造の主要部分にSHA-256を使用します。

出力が同じ256ビットであっても、SHA-256ベースのすべての値が同じ目的で使われるわけではありません。

ブロックハッシュ、トランザクションID、Merkleノード、アドレス関連ハッシュは、入力形式や処理ルールがそれぞれ異なる場合があります。

ソフトウェアは、プロトコルのシリアライズとバイト順の要件に正確に従う必要があります。

EthereumにおけるKeccak-256

Keccak-256はEthereumの実行レイヤーの処理で広く使われています。

トランザクション識別子、コントラクト関連の値、関数セレクター、ストレージ位置、イベントトピック、その他のコミットメントの生成に使用できます。

Keccak-256とSHA3-256はどちらも256ビットの結果を生成し、歴史的な関連性もあるため、開発者が誤ってSHA3-256を代用する場合があります。

誤った関数を使用すると、生成されるハッシュは一致しません。

そのため、暗号資産の開発者は、必要なブロックチェーン固有のアルゴリズムを明確に実装しているライブラリを使用する必要があります。

ハッシュ化と暗号化の違い

ハッシュ化は暗号化と同じではありません。

暗号化は、鍵を使って読み取り可能なデータを保護された暗号文に変換するもので、権限を持つユーザーが復号できるよう設計されています。

ハッシュ化は固定長のダイジェストを生成し、通常は一方向の処理として設計されています。

任意のハッシュを元の入力に戻すための通常の復号鍵はありません。

ハッシュは完全性の検証に役立ち、暗号化は主に機密性の保護に使用されます。

暗号資産システムは両方の技術を使うことがありますが、目的は異なります。

ハッシュ化とデジタル署名の違い

ハッシュはデジタル署名とも異なります。

同じ公開入力があれば、誰でもそのハッシュを計算できます。

デジタル署名には、秘密の署名鍵を管理している必要があります。

ウォレットは通常、署名を生成する前にトランザクションデータをハッシュ化するか、別の方法でエンコードします。

ノードは、署名者の公開鍵とプロトコルの署名ルールを使用して署名を検証します。

ハッシュはメッセージとの対応関係を保護し、デジタル署名は該当する秘密鍵による承認を証明します。

トランザクションハッシュだけでは、ウォレットの所有権を証明できません。

ハッシュ化とエンコードの違い

エンコードは、システムで保存や送信をしやすくするために、データを別の表現に変換します。

16進数とBase64は、エンコード形式の例です。

エンコードされたデータは通常、秘密情報なしで元の形式に戻せます。

ハッシュは通常、同じように直接元へ戻すことはできません。

64文字のブロックチェーンハッシュは、バイナリのダイジェストデータをテキストで表したものであり、暗号化されたメッセージではありません。

原像計算困難性

原像計算困難性とは、選択されたハッシュ出力を生成する入力を見つけることが、計算上、現実的に不可能である性質です。

この性質により、既知のダイジェストから、それに一致するデータを効率よく再構成しようとする攻撃を防ぎやすくなります。

ハッシュがブロックチェーンのコミットメント、Proof of Workのターゲット、秘密情報の開示システム、アドレスの構成を保護する場合、原像計算困難性は重要です。

強度は、アルゴリズム、出力長、入力の品質、ハッシュの使用方法によって異なります。

安全なアルゴリズムでも、予測可能な少数の候補から選ばれた弱い秘密情報は保護できません。

攻撃者は、可能性の高いパスワードや短いコードをすべてハッシュ化して結果を比較できます。

第二原像計算困難性

第二原像計算困難性とは、1つの入力が判明した後に、同じハッシュを持つ別の入力を見つけることが困難である性質です。

この性質は、元のダイジェストを保ったまま、ブロックチェーンの記録を別のデータに置き換える攻撃から保護するのに役立ちます。

第二原像攻撃が現実的であれば、攻撃者はコミット済みハッシュを変えずに内容を改ざんしようとする可能性があります。

現代の安全なハッシュ関数は、この攻撃を計算上実行不可能にするよう設計されています。

衝突耐性

衝突耐性とは、同じハッシュを生成する2つの異なる入力を見つけることが、計算上、現実的に不可能である性質です。

無限にある入力候補が有限個の出力に対応付けられるため、数学的には衝突が必ず存在します。

安全性は、実用的な衝突を見つけるコストを非常に高くすることで確保されます。

衝突耐性は、デジタル署名、証明書、ブロックチェーンのコミットメント、ユーザーが両方の入力を選べるシステムで特に重要です。

開発者は、実用的な衝突に関する既知の弱点がある古いハッシュ関数を避ける必要があります。

アバランチ効果

アバランチ効果とは、入力のわずかな変更によって、ハッシュ出力が大きく予測不能な形で変化する性質です。

トランザクション、コントラクト、ブロックヘッダーの文字を1つ変更するだけで、ダイジェストは大きく異なるものになる必要があります。

そのため、入力記録の見た目が似ていても、ハッシュ値の類似性は意味を持ちません。

アバランチ効果はデータの改変検出に役立ちますが、それだけでハッシュ関数の安全性が証明されるわけではありません。

原像計算困難性、第二原像計算困難性、衝突耐性、実装の品質も考慮する必要があります。

ハッシュとブロックチェーンの不変性

ハッシュはブロックチェーンの不変性に寄与しますが、「不変」という言葉は慎重に使う必要があります。

ハッシュが、保存データのプライベートコピーを誰かが変更することを物理的に防ぐわけではありません。

変更されたデータから異なるハッシュが生成されるため、変更を検出できるようになります。

変更された履歴がネットワークに受け入れられるかどうかは、コンセンサスルールと分散型の合意によって決まります。

Proof of Workブロックチェーンでは、古いブロックを置き換えるには、通常、そのブロックのProof of Workを再構築し、受け入れられているチェーンに追い付く必要があります。

Proof of Stakeブロックチェーンでは、ファイナリティルール、バリデーター署名、スラッシング条件、コンセンサスへの参加によって、異なる仕組みで履歴が保護されます。

ハッシュによる連結は改ざんの痕跡を残し、コンセンサスは有効な共有履歴を選択するルールを提供します。

改ざん検知可能と改ざん不可能の違い

ハッシュブロックチェーンは、絶対に改ざんできないというより、改ざんを検知でき、改ざんに強いと表現するほうが正確です。

過去のデータを変更するとそのハッシュが変わり、後続の参照が無効になります。

ネットワーク参加者は不整合を検出できます。

攻撃者が履歴を置き換えられるかどうかは、コンセンサス上の影響力、ネットワーク設計、ファイナリティ、チェックポイント、ノードの動作、経済的コストによって異なります。

規模が小さい、または十分に保護されていないネットワークは、大規模で分散したネットワークより再編されやすい可能性があります。

ハッシュは不可欠ですが、分散型コンセンサスの代わりにはなりません。

Proof of Workブロックチェーンにおけるハッシュ

Proof of Workブロックチェーンでは、ブロック生成者の選出や有効な履歴の順序付けに、ハッシュ化が使用されます。

マイナーはブロックヘッダーのデータを繰り返し変更し、ハッシュを計算します。

ブロックのハッシュがネットワークのターゲット要件を満たすと、そのブロックは有効な候補になります。

Bitcoinのマイニングに関するドキュメントでは、マイナーはターゲットのしきい値を下回る値が見つかるまでハッシュ計算を続けると説明されています。

マイナーのハッシュレートは、1秒あたりに実行できる試行回数を表します。

採掘に成功したハッシュは、プロトコルで定められたターゲットを満たす以上の、実質的な数学の問題を解いた結果ではありません。

難易度は、条件を満たす結果を見つけるために統計的に必要となる試行回数によって決まります。

Proof of Stakeブロックチェーンにおけるハッシュ

Proof of Stakeブロックチェーンもハッシュに大きく依存していますが、競争的なマイニングのハッシュレートを使ってブロックを生成するわけではありません。

ハッシュは、ブロックの連結、トランザクションの識別、状態のコミット、Merkle構造の整理、バリデーター署名メッセージのサポートなどに使われます。

バリデーターの選出とコンセンサスは、エネルギーを大量に消費するハッシュ探索ではなく、ステークとプロトコルルールに基づきます。

このことから、ハッシュ化とProof of Workは同じものではないと分かります。

ブロックチェーンはProof of Workマイニングを停止しても、アーキテクチャ全体で暗号学的ハッシュを使い続けることができます。

ハッシュとブロックチェーンのフォーク

2つの有効なブロックが同じ親ブロックを参照すると、フォークが発生する場合があります。

競合するブロックは内容やヘッダーデータが異なるため、それぞれのハッシュも異なります。

どちらのブランチが受け入れられるかは、ネットワークのコンセンサスルールによって決まります。

再編中は特定のブロック高にあるブロックが置き換えられる可能性があるため、アプリケーションはブロックハッシュを追跡する必要があります。

置き換えられたブロックに含まれるトランザクションは、未処理プールに戻るか、後続のブロックに含まれることがあります。

承認数を増やすことや正式なファイナリティを待つことで、一時的なブランチにアプリケーションが依存するリスクを軽減できます。

ハッシュと承認

通常、承認とは、現在のチェーンで受け入れられたブロックにトランザクションが含まれることを意味します。

その後に各ブロックが追加されると、そのトランザクションの上にチェーン履歴がさらに積み重なります。

ブロックハッシュは、これらの層を以前の記録に連結します。

Proof of Workネットワークでは、攻撃者が蓄積済みの作業量を上回る必要があるため、承認数が増えるほど取り消しは難しくなります。

必要な承認数は、トランザクション価値、ネットワーク状況、コンセンサス設計、ユーザーのリスク許容度に応じて決める必要があります。

ウォレットにトランザクションハッシュが表示されていても、そのトランザクションが承認済みとは限りません。

ハッシュとブロックチェーンのファイナリティ

ファイナリティとは、ブロックやトランザクションの取り消しが極めて困難、またはプロトコル上無効と見なされる時点を指します。

Proof of Workネットワークでは、ブロックが追加されるほど取り消しの可能性が低くなるため、確率的なファイナリティが提供されることが多くあります。

Proof of Stakeネットワークでは、バリデーターの投票やコンセンサスチェックポイントを通じて明示的なファイナリティを提供する場合があります。

ハッシュはファイナリティが確定したデータを識別して連結しますが、ファイナリティの保証はより広範なコンセンサスプロトコルによって提供されます。

ブロックハッシュが存在することと、決済が最終確定していることを混同してはいけません。

ハッシュとコンテンツアドレッシング

コンテンツアドレッシングとは、従来の場所ではなく、コンテンツから生成されたダイジェストによって情報を識別する方法です。

コンテンツが変わると、識別子も変わります。

ブロックチェーンシステムでは、コンテンツハッシュを使ってファイル、メタデータ、スマートコントラクトのバイトコード、オフチェーン記録、分散型ストレージオブジェクトを参照できます。

オンチェーンにコンテンツハッシュを保存すると、比較対象となる元のファイルが利用可能であることを条件に、特定のファイルが存在したことや承認されたことを証明できます。

ブロックチェーンにコンテンツのハッシュが保存されていても、オフチェーンのコンテンツ全体が自動的に保存されるわけではありません。

ハッシュと非代替性トークンのメタデータ

非代替性トークンのシステムでは、ブロックチェーン外に保存された画像、文書、属性、メタデータを検証するために、ハッシュを使う場合があります。

コンテンツハッシュは、オフチェーンのファイルが変更されたかどうかを検出するのに役立ちます。

ただし、一部のトークンコントラクトは、暗号学的なコンテンツコミットメントを含まず、ウェブアドレスだけを保存しています。

そのアドレスのリソースは、変更、削除、またはリダイレクトされる可能性があります。

ユーザーは、トークンがコンテンツアドレス指定型ストレージ、オンチェーンのハッシュコミットメント、完全なオンチェーンデータ、または変更可能な中央集権型参照のいずれを使用しているか確認する必要があります。

ハッシュとブロックチェーンオラクル

オラクルは、外部データをスマートコントラクトに届けます。

情報が開示される、またはオンチェーンで処理される前に、データセット、レポート、署名付きメッセージをハッシュでコミットする場合があります。

ハッシュは、開示されたデータが以前のコミットメントと一致することを証明します。

元の外部データが収集時点で正確だったことまでは証明しません。

オラクルの安全性は、引き続きデータソース、署名者の権限、集約方法、経済的インセンティブ、更新頻度、コントラクトロジックに依存します。

ハッシュとクロスチェーンブリッジ

クロスチェーンブリッジでは、他のネットワーク上のアクティビティを検証するために、ブロックハッシュ、トランザクションハッシュ、状態ルート、Merkleプルーフを使用する場合があります。

ブリッジは、ソースチェーン上で資産がロック、バーン、または移転されたことの証明を試みることができます。

宛先側のコントラクトは、信頼できるブロックや状態ルートに関連付けられたプルーフを検証する場合があります。

ブリッジの安全性は、ルートの取り込み方法、更新権限を持つ主体、ソースチェーンの再編への適切な対応にも依存します。

数学的に有効なハッシュプルーフでも、不正な管理者や侵害された署名者セットを信頼するブリッジは保護できません。

ハッシュとLayer 2ネットワーク

Layer 2ネットワークは、基盤となるブロックチェーンの外部で実行されたアクティビティを要約するために、ハッシュと暗号学的コミットメントを使用します。

トランザクションのバッチは、状態ルート、データコミットメント、またはプルーフ関連のハッシュで表現される場合があります。

基盤となるブロックチェーンは、すべての内部計算を同じ形式で個別に保存せずに、そのコミットメントを保存できます。

不正証明システムと有効性証明システムでは、これらのコミットメントの使い方は異なりますが、どちらも正確な暗号学的エンコードに依存します。

コミットされたデータと申告された状態が一致しない場合、システムのルールに基づく検証は失敗する必要があります。

ハッシュとゼロ知識証明

ゼロ知識システムは、コミットメント、Merkleツリー、トランスクリプトの構築、証明回路、状態表現にハッシュ関数を使用します。

証明システムによっては、暗号学的回路内で効率的に計算できるよう設計されたハッシュ関数を優先する場合があります。

通常のプロセッサーでは高速なハッシュ関数でも、ゼロ知識回路内で検証するには高いコストがかかることがあります。

開発者は、安全性、回路コスト、出力サイズ、相互運用性、実装の成熟度を評価する必要があります。

ゼロ知識システム内でハッシュを使用していても、システム全体の安全性が自動的に保証されるわけではありません。

ハッシュ衝突とブロックチェーンのリスク

ブロックチェーンの基幹となるハッシュアルゴリズムへの実用的な衝突攻撃は、深刻なリスクをもたらす可能性があります。

攻撃者は、同じダイジェストを持つ異なるデータ構造を作ろうとする場合があります。

実際の影響は、アルゴリズムがどこで使われているか、攻撃者が候補となる両方の入力を制御しているかによって異なります。

Proof of Workマイニングの安全性では、原像計算の性質やターゲット探索も重要となるため、衝突耐性だけが要件ではありません。

関数が弱体化した場合、プロトコル変更、ウォレット更新、ノードソフトウェアの変更、より強力なアルゴリズムへの移行が必要になる可能性があります。

ブロックチェーンプロトコルでは、慎重な暗号学的レビューと長期的なアップグレード計画が必要です。

ブロックチェーンハッシュは元に戻せる？

安全なブロックチェーンハッシュは、暗号化されたデータのように通常は元に戻せません。

ただし、攻撃者は入力候補を推測し、それぞれをハッシュ化して結果を比較できます。

元の入力が予測可能な少数の候補から選ばれている場合、この方法は有効です。

たとえば、弱いパスワードをハッシュ化しても、辞書攻撃に対して安全になるわけではありません。

安全なパラメーターを使用すれば、大規模なブロックチェーン記録やランダムに生成された秘密情報は、推測がはるかに困難です。

一方向性があるからといって、ハッシュ化された秘密情報がすべて保護されると考えてはいけません。

2つのブロックチェーン記録が同じハッシュを持つことはある？

入力候補のほうが固定長のハッシュ出力より多いため、理論上は2つの異なる入力が同じハッシュになる可能性があります。

この現象を衝突と呼びます。

現代の安全なハッシュアルゴリズムは、実用的な衝突を見つけるために非現実的な計算量が必要となるよう設計されています。

適切に設計された256ビットのブロックチェーンシステムでは、一般ユーザーが偶発的な衝突を心配する必要はありません。

ただし、開発者は必要なダイジェスト全体を使用し、過度な短縮を避ける必要があります。

ブロックチェーンハッシュは匿名性を保つ？

ブロックチェーンハッシュを使っても、ユーザーが匿名になるわけではありません。

トランザクションハッシュとブロックハッシュは公開識別子です。

検索、共有、他のブロックチェーン情報との関連付けが可能です。

公開されたトランザクションデータから、アドレス、金額、スマートコントラクトの呼び出し、トークン移転、タイミングが分かる場合があります。

公開情報、決済記録、プライバシーの侵害、ブロックチェーン分析を通じて、アドレスが実在の人物と結び付けられることもあります。

トランザクションデータのハッシュ化が提供するのは完全性と識別であり、自動的な個人情報保護ではありません。

トランザクションハッシュに資金は含まれている？

トランザクションハッシュ自体に、使用可能な暗号資産が含まれているわけではありません。

ブロックチェーンネットワーク上で記録またはブロードキャストされたトランザクションを識別するものです。

資金を管理できるかどうかは、該当する秘密鍵、スマートコントラクトのルール、またはアカウントの認証システムによって決まります。

トランザクションハッシュを相手に送っても、移転された資産を管理する権限が相手に与えられることはありません。

支払い確認のためにトランザクションハッシュを共有できますが、アドレスに関連する金融活動が明らかになる可能性があります。

ブロックハッシュで暗号資産を盗まれることはある？

ブロックハッシュによってウォレットや秘密鍵にアクセスできるわけではありません。

これは公開されたプロトコル情報です。

通常、ブロックハッシュやトランザクションハッシュを知っているだけで資金を使用することはできません。

暗号資産の盗難は通常、秘密鍵の盗難、悪意ある署名、デバイスの侵害、安全でないスマートコントラクト、フィッシング、不正な承認などによって発生します。

ブロックチェーンハッシュを解読または逆変換できると主張するウェブサイトに、ウォレットの秘密情報を入力しないでください。

ハッシュブロックチェーン詐欺

詐欺師は、ハッシュ、ブロックチェーン、マイニング、暗号化といった技術用語を使い、詐欺的な商品を正当なものに見せかける場合があります。

偽サービスが、トランザクションハッシュを逆変換して失われた暗号資産を回収できると主張することがあります。

また、ブロックチェーンハッシュを「検証」するためにシードフレーズを要求する詐欺もあります。

正規のブロックエクスプローラーが公開トランザクション情報を表示するために、秘密鍵やリカバリーフレーズを必要とすることはありません。

特別なハッシュ証明書によってトークンの価値を保証したり、投資損失を防いだりすると主張する詐欺師もいます。

暗号学的な完全性は、プロジェクトの誠実さ、価値、流動性、法令遵守を保証しません。

ブロックチェーンハッシュを確認する方法

ユーザーは、対象のブロックチェーンに対応する信頼できるエクスプローラーで、トランザクションハッシュやブロックハッシュを検索できます。

同じ形式のハッシュが複数のネットワークで使われる場合があるため、まずネットワークを確認する必要があります。

エクスプローラーには、トランザクションが見つかったか、ブロック上の状態、アドレス、金額、手数料、承認情報が表示されるはずです。

上級ユーザーは自分のノードに問い合わせ、ノードの結果とエクスプローラーを比較できます。

ハッシュが見つからない場合、トランザクションがブロードキャストされていない、破棄された、別のネットワークに属している、または入力に誤りがある可能性があります。

トランザクションが表示されていても、成功状況、承認数、トークンコントラクトの詳細、ファイナリティを確認する必要があります。

開発者がブロックチェーンハッシュを使用する際の注意点

開発者は、プロトコルで指定された正確なハッシュ関数を使用する必要があります。

ハッシュ化する前に、データを決定的な方法でシリアライズする必要があります。

曖昧さのないフィールド境界と長さ情報を使用してください。

16進数のテキストと生のバイナリバイトを同じものとして扱わないでください。

Bitcoin形式のブロックやトランザクションを扱う場合は、バイト順を確認してください。

同じアルゴリズムを複数のアプリケーション目的に使う場合は、ドメイン分離を使用してください。

新しいセキュリティ重視のシステムでは、古いアルゴリズムを避けてください。

公式テストベクトルと独立したライブラリを使って実装を検証してください。

ドメイン分離とは？

ドメイン分離とは、ハッシュ関数を用途ごとに使い分けるため、異なるプレフィックス、タグ、コンテキストを含めることです。

ある用途で生成されたダイジェストが、別の用途の有効な入力として解釈されるのを防ぎます。

プロトコルでは、トランザクション、ブロック、署名、アドレス、ツリーノードに異なるタグを使用する場合があります。

ドメイン分離がなければ、異なるコンテキストで使われる同一のバイト列が、予期しない相互作用を引き起こす可能性があります。

ドメイン分離はアプリケーション設計上の手法であり、すべてのハッシュ関数に自動的に備わる性質ではありません。

ハッシュブロックチェーンのセキュリティ上の限界

安全なハッシュアルゴリズムを使っていても、ブロックチェーン全体の安全性が保証されるわけではありません。

コンセンサスのバグによって無効な履歴が受け入れられる場合があります。

スマートコントラクトには悪用可能なロジックが含まれることがあります。

ウォレットから秘密鍵が漏れる可能性があります。

ブリッジが侵害された管理者を信頼している場合があります。

バリデーターやマイナーが集中する場合があります。

ユーザーが悪意あるトランザクションを承認する可能性があります。

ハッシュ化はデータの完全性と暗号学的な連結を提供しますが、ブロックチェーン全体の安全性は、プロトコル、実装、ガバナンス、経済性、ユーザーの行動に左右されます。

ハッシュ関数と量子コンピューティング

量子コンピューティングは、ハッシュ関数と公開鍵署名アルゴリズムに異なるリスクをもたらします。

十分に強力な耐障害性量子コンピューターが利用可能になれば、Shorのアルゴリズムは、広く使われている複数の公開鍵システムを脅かします。

Groverのアルゴリズムは、一部のハッシュ探索問題を平方根の速度向上で解ける可能性があります。

そのため、理想化された量子探索に対しては、256ビットハッシュの実効的な原像計算安全性の余裕が、古典的な総当たり攻撃に対するものより小さいと説明されることがあります。

これは、現在利用可能な量子コンピューターでブロックチェーンのハッシュを元に戻せるという意味ではありません。

プロトコル設計者は、長期的なパラメーターサイズ、署名方式の移行、暗号技術の柔軟性を引き続き検討する必要があります。

ブロックチェーンのハッシュアルゴリズムは変更できる？

コミュニティ、開発者、ノード運用者、その他必要な参加者が変更に合意すれば、プロトコルアップグレードを通じてブロックチェーンのハッシュアルゴリズムを変更できます。

ブロック検証、マイニング機器、ウォレットソフトウェア、スマートコントラクト、プルーフ、外部連携が既存のアルゴリズムに依存している可能性があるため、変更は困難です。

Proof of Workアルゴリズムを変更すると、既存のマイニング機器が使用できなくなる場合があります。

状態やトランザクションのハッシュを変更する場合、移行ルールや新しいデータ構造が必要になる可能性があります。

そのため、緊急事態によって調整が難しくなる前に、暗号技術のアップグレードを計画する必要があります。

ハッシュベースのブロックチェーン設計の利点

ハッシュは、大規模な記録に対して簡潔な識別子を提供します。

各ノードが、データが想定されたコミットメントと一致するかを独立して検証できます。

ブロックを連結し、順序付けられた改ざん検知可能な履歴を作成できます。

すべての検証者がデータセット全体を処理しなくても、効率的なMerkleプルーフを利用できます。

トランザクション、ブロック、コントラクト、保存コンテンツの識別に役立ちます。

Proof of Workマイニングと多くのProof of Stakeデータ構造を支えます。

また、スマートコントラクトのコミットメント、Layer 2の状態ルート、クロスチェーンプルーフ、分散型ストレージの参照も可能にします。

ハッシュベースのブロックチェーン設計の限界

ハッシュは、元のデータが真実かどうかを判定しません。

システムが虚偽情報を受け入れると、ブロックチェーンがその情報を永久にコミットする場合があります。

ハッシュは秘密鍵をフィッシングやマルウェアから保護しません。

分散化を保証するものではありません。

トークンに金融的価値があることを証明するものではありません。

公開トランザクションデータの機密性を確保するものではありません。

安全なコンセンサスメカニズムや、慎重に記述されたスマートコントラクトロジックの代わりにはなりません。

ハッシュコミットメントが証明するのはデータとの整合性であり、そのデータの現実世界での正確性や公平性ではありません。

ハッシュブロックチェーンに関するよくある誤解

よくある誤解の1つは、ハッシュブロックチェーンが特定の暗号資産であるというものです。

この表現は通常、1つのデジタル資産ではなく、ブロックチェーンアーキテクチャにおけるハッシュ化を指します。

もう1つの誤解は、すべてのハッシュがマイニングによって生成されるというものです。

ウォレット、ノード、スマートコントラクト、一般的なソフトウェアも、マイニング以外のさまざまな目的でハッシュを計算します。

3つ目の誤解は、ハッシュがブロックチェーンデータを暗号化するというものです。

多くの公開ブロックチェーン記録は、ハッシュによって識別・連結されていても、内容を読み取ることができます。

4つ目の誤解は、ハッシュによる連結により、いかなる状況でもブロックチェーンを変更できなくなるというものです。

連結によって改変を検出できるようになり、書き換えられた履歴が受け入れられるかどうかは、コンセンサスと経済的安全性によって決まります。

5つ目の誤解は、トランザクションハッシュを知っていれば、移転された資金にアクセスできるというものです。

公開ハッシュは識別子であり、秘密鍵の代わりにはなりません。

よくある質問

ハッシュブロックチェーンとはどういう意味ですか？

ハッシュブロックチェーンとは、暗号学的ハッシュを使ってデータを識別し、ブロックを連結し、コミットメントを作成し、変更を検出するブロックチェーンを指す非公式な表現です。

ハッシュブロックチェーンは暗号資産ですか？

いいえ。この表現は一般に、特定の暗号資産やトークンではなく、ブロックチェーンシステムの技術的な特徴を示します。

ブロックチェーンハッシュとは何ですか？

ブロックチェーンハッシュとは、トランザクション、ブロック、状態、その他のプロトコルデータから生成される固定長の暗号学的ダイジェストです。

各ブロックに前のブロックのハッシュが含まれるのはなぜですか？

前のブロックのハッシュによって、新しいブロックが特定の親ブロックに連結され、過去の履歴の変更を検出しやすくなります。

ブロックチェーンのデータが変更されるとどうなりますか？

通常、変更されたデータのハッシュも変わり、Merkleルート、ブロック参照、プルーフ、後続ブロックとの連結が無効になる可能性があります。

ブロックハッシュとトランザクションハッシュは同じですか？

いいえ。ブロックハッシュはブロックを識別し、トランザクションハッシュは特定のトランザクションを識別します。

Merkleルートとは何ですか？

Merkleルートとは、ブロックに含まれるトランザクションなど、Merkleツリーのすべてのリーフを暗号学的に要約する1つのハッシュです。

ブロックチェーンハッシュは復号できますか？

いいえ。ハッシュは一般的な暗号化データではなく、鍵を使って復号するようには設計されていません。

ハッシュは元に戻せますか？

安全なハッシュ関数は直接元に戻すことを計算上困難にするよう設計されていますが、攻撃者が可能性の高い入力を推測して試すことはできます。

2つの入力が同じハッシュを持つことはありますか？

理論上はありますが、安全なハッシュ関数では実用的な衝突を見つけることが計算上非常に困難です。

ハッシュ化によってブロックチェーントランザクションは非公開になりますか？

いいえ。ハッシュは識別と完全性を提供しますが、公開ブロックチェーンのトランザクション詳細は引き続き閲覧、追跡できる場合があります。

トランザクションハッシュで暗号資産を盗まれることはありますか？

いいえ。トランザクションハッシュには、暗号資産を使用するために必要な秘密鍵や承認情報は含まれません。

Bitcoinはどのハッシュ関数を使っていますか？

BitcoinはSHA-256を広く使用し、ブロックヘッダーのハッシュ化などの重要な構造では二重SHA-256を適用します。

EthereumはSHA-256を使っていますか？

Ethereumは特定の処理でSHA-256をサポートできますが、実行レイヤーの設計全体ではKeccak-256が広く使われています。

Keccak-256とSHA3-256は同じですか？

いいえ。両者は密接に関連していますが、標準化の詳細が異なり、同じ入力に対して異なる出力を生成します。

ハッシュはProof of Workブロックチェーンだけで使われますか？

いいえ。Proof of Stakeブロックチェーンも、ブロック、トランザクション、状態コミットメント、Merkle構造など、さまざまな用途でハッシュを使用します。

ハッシュレートが高いほどブロックハッシュは強くなりますか？

マイニングのハッシュレートが高くなるとProof of Workの試行回数は増えますが、ハッシュアルゴリズムの出力サイズや基本的な暗号学的性質は変わりません。

ハッシュは保存されたデータが真実であることを保証しますか？

いいえ。ハッシュが証明するのは、データが特定のコミットメントと一致することです。元の情報が正確または誠実だったことは証明しません。

衝突耐性とは何ですか？

衝突耐性とは、同じハッシュを生成する2つの異なる入力を見つけることを計算上困難にする性質です。

原像計算困難性とは何ですか？

原像計算困難性とは、指定したハッシュ出力を生成する入力を見つけることを計算上困難にする性質です。

アバランチ効果とは何ですか？

アバランチ効果とは、入力データにわずかな変更を加えると、ハッシュ出力が大きく予測不能な形で変化することです。

ブロックチェーンのハッシュアルゴリズムはアップグレードできますか？

はい。ただし、基幹となるハッシュアルゴリズムの変更には、プロトコル、ノード、ウォレット、ハードウェア、アプリケーションの協調的なアップグレードが必要になる場合があります。

ブロックチェーンハッシュは量子コンピューターから安全ですか？

現在の量子コンピューターでは、主要な安全なブロックチェーンハッシュを実用的に元に戻すことはできません。ただし、将来の量子探索によって一部の安全性の余裕が小さくなる可能性があります。

ブロックハッシュはブロックのファイナリティを証明しますか？

いいえ。ハッシュはブロックを識別し、承認とファイナリティはブロックチェーンのコンセンサスルールによって決まります。

ブロックエクスプローラーがハッシュを検索するには秘密鍵が必要ですか？

いいえ。ブロックハッシュとトランザクションハッシュは公開情報です。正規のエクスプローラーが秘密鍵やシードフレーズを必要とすることはありません。

まとめ

ハッシュブロックチェーンは、暗号学的ハッシュを使って暗号資産データを識別、整理、連結、検証するブロックチェーンアーキテクチャとして理解するのが適切です。

現代のほぼすべてのブロックチェーンが何らかの形でハッシュ化を使用しているため、「ハッシュブロックチェーン」という独立した分類を指す用語ではなく、非公式な表現です。

ハッシュは各ブロックを親ブロックに連結し、ノードが過去の記録の変更を検出できるようにします。

トランザクションハッシュはトランザクションを識別し、ブロックハッシュはブロックを識別します。

Merkleルートは、多数のトランザクションや状態の値を、簡潔な1つのコミットメントに要約します。

Merkleプルーフを使うと、コミットされたデータセットの全項目をダウンロードせずに、選択したデータを検証できます。

Proof of Workネットワークでは、候補ブロックが必要なターゲットを満たすかどうかを判定するため、ハッシュ探索も使用されます。

Proof of Stakeネットワークはマイニングのハッシュレートに依存しませんが、ブロック、トランザクション、状態構造、コンセンサスメッセージ全体でハッシュを使用し続けます。

ハッシュ化は、暗号化、エンコード、デジタル署名とは異なります。

完全性と簡潔な識別を提供しますが、機密性、承認、分散化、現実世界の情報の正確性を自動的に保証するものではありません。

ハッシュによる連結はブロックチェーンの改ざんを検知可能にし、参加者がどのチェーン履歴を受け入れるかはコンセンサスルールによって決まります。

安全なハッシュ関数には、その用途に応じた強い原像計算困難性、第二原像計算困難性、衝突耐性が必要です。

開発者は、決定的なシリアライズ、正しいバイト順、曖昧さのないエンコード、ドメイン分離、プロトコルで指定された正確なアルゴリズムも使用する必要があります。

トランザクションハッシュとブロックハッシュは公開識別子であり、暗号資産へのアクセス権を与えるものではありません。

公開ハッシュを検索するために、正規のエクスプローラーや検証ツールがウォレットのシードフレーズを求めることはありません。

ハッシュブロックチェーンの中心的な考え方は、大規模で複雑な記録を、簡潔な暗号学的フィンガープリントで表現できるということです。

これらのフィンガープリントをブロック、Merkleツリー、状態ルート、コンセンサスルールで連結することで、暗号資産ネットワークは、独立して検証でき、検知されない改変に強い共有履歴を構築します。