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CoinOtaku授業用スライド(ビットコインの仕組み)
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ビットコイン(Bitcoin)の仕組みについて説明したスライド。
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1.
ASIC問題まで分かる ビットコインの仕組み 齋藤航貴
2.
ビットコインとは • ブロックチェーンに書かれたただのデータ • ブロックチェーンには今までの取引が全部保管されてる •
自分がいくら持ってるかは取引の履歴から計算
3.
ブロックチェーンの中核技術 • 公開鍵暗号(楕円曲線暗号)←こ いつは簡単 • ハッシュ関数(SHA-256)←この 話が今回のメイン 極論2つだけ
4.
公開鍵暗号 • 秘密鍵で暗号化したものを公開鍵で復号(暗号を解くこと) できるという技術(逆パターンが普通) • 公開鍵から秘密鍵が特定できないという特性を持つ •
何に使うか?→「電子署名」に使う • 電子署名とは?→電子的なデータの作成者を証明する
5.
電子署名 • 〇〇さんにビットコインを送る、というデータ(トランザ クション)を秘密鍵を使って暗号化 • 公開鍵と一緒にビットコインネットワークに送る •
公開鍵で復号してみる • 正しく復号できたら正しい取引とみなされる • 秘密鍵で「署名」したことになる
6.
実際に公開鍵暗号を使ってみる 史上初の公開鍵暗号RSA暗号を使ってみよう! ・まず2つの大きい素数を探す。今回は小さいけど101と97にしてみる。 ・(101-1)(97-1)=9600と互いに素な自然数を選ぶ。今回は7にする。 ・7が今回の秘密鍵。公開鍵は2743(≡1/7 mod9600)と9797(=101×97)。 ・「4545」という文を暗号化して受け取ってみる。 ・「4545」の2743乗を9797で割った余り2828を送ってもらう。 ・2828の7乗を9797で割った余りを計算すると、元の文章が分かる。 ・実際に計算してみると…
7.
ハッシュ関数 • 代入して計算するのは簡単 • 計算結果から代入値を推測するのは困難 •
出てくる値はすべてほぼ当確率で出る。(同じ値が出てく る可能性はほぼ0)
8.
SHA-256 • ビットコインで使われているハッシュ関数 • どんなものでも256ビットのものに変換する •
64バイトごとに区切って計算を行っていく • マイニングの時に行っているのはSHA-256の計算
9.
マイニングでの計算 定数 4バイト 前のブロックのハッシュ値 32バイト 1個のブロックの中身 取引をまとめた値 32バイト ナンス 4バイト 定数 8バイト 4バイト28バイト SHA-256にかける 決められた値より小さくなればマイニング成功!
10.
マイニングでの計算 • 取引を改ざんすると取引をまとめた値が変化 • ナンスを計算し直す必要あり •
次のブロックの前のブロックのハッシュ値が変化 • 次のブロックもナンスを計算し直す必要あり • 結局改ざんブロック以降すべてナンスを計算する必要あ り→無理なので改ざんはできない
11.
マイニングでの計算 • 本当はナンスを色々試して計算するのが正しい • 他の方法は…?→取引をまとめた値も変えられる •
取引をまとめた値の下4バイトが一定なら嬉しい
12.
ASIC Boost • 取引をまとめた値の下4バイトを一定に保つ •
計算量を3割程度減らすことに成功 • Bitmain社が特許を取得→マイニング界を支配
13.
ASIC Boostの手法 • トランザクションの並び順をいろいろ変えて取引をまと めた値を大量に用意する •
その中から下4バイトが一緒のやつだけを集めて使う • ナンスは変えずに取引をまとめた値を色々試す
14.
Segwit(Segregated Witness) • 1つ1つのトランザクションの容量を軽くできる技術 •
取引の部分と電子署名に関わる部分を分離(Segregate) • 署名データをまとめてWitness Commitmentに変換 • ブロックにはWitness Commitmentだけを記録 • ビットコインでより多くの取引が処理できるようになる
15.
SegwitのASICへの影響 • 取引の並び順を変えるとWitness Commitmentも変化 •
Witness Commitmentの計算には時間がかかる • 取引をまとめた値を大量に生成するのが難しい • ASICの手法が使えなくなる
16.
SegwitのASICへの影響 • ASICを使えなくする方法は①大量の取引をまとめた値の 作成を不能にする②64バイトごとに計算するという性質 を変更する の2つがある •
Segwitは①の方法によってASICを使えなくできた • そもそも使用するハッシュ関数が変更されれば②の方法 を採用することとなりASICが使えなくなる可能性もある
17.
ビットコインキャッシュ • ビットコインのSegwit導入の際に分裂して誕生 • ASICが使えなくなると困る人(BitmainやBitmainの Antminerを使っていた人など)が支持 •
ブロックサイズを大きくすることで多くの取引を処理
18.
ブロックサイズを大きくする メリット・デメリット • たくさんの取引を処理できる • 新しいブロックの情報をネットワーク全体に伝えるのに時間 がかかる→ブロックチェーンが分岐しやすい •
決済手段を目指すビットコインにおいて分岐のリスクは致命的 (二重支払いの危険が高まる) • 「ブロックが大きい方が送金がはやいから決済向き」は誤り
19.
ブロックサイズを大きくする メリット・デメリット • ブロックサイズを必要に応じて少しずつ大きくしていく のは?→毎回のハードフォークで通貨分裂のリスク • ブロックサイズの小さいビットコインは送金手数料が高 騰 •
少額の決済をするには手数料が高すぎる • やっぱりブロックサイズを大きくするしかない…?
20.
ライトニングネットワーク • 少額の取引をブロックチェーン以外に記録しておく • 今まで二者間の取引トータルでいくら動いたかだけをブ ロックチェーンに記録 •
手数料を安く抑えられビットコインの少額決済も可能に
21.
ライトニングネットワークの問題点 • 取引の中心となってまとめる人がいないと無理 • そこが機能しなくなった途端ネットワークに大きな損害 →中央集権的になることのデメリット
22.
まとめ • ビットコインは公開鍵暗号とハッシュ関数を上手く使ってできて る • ASIC
BoostはSHA-256の特性を上手くついたもの • ASICが使えなくなると困る人達でビットコインキャッシュを作 った • ビットコインの方針もビットコインキャッシュの方針もそれぞれ 問題あり • どちらが決済向きか一概には言えない
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