店舗で何かを購入するとき、現金を渡し、支払った商品を受け取ることで価値の移転が明確になります。デビットカードやクレジットカードのようなデジタルバンキングでは、銀行が小売業者と連携して口座から金額を差し引くことを保証します。しかし、仮想通貨ではそのプロセスが明確ではありません。これがブロックチェーン技術が仮想通貨の二重支出を防ぐ方法についての問題を提起するところです。この問題に対して、ブロックチェーン技術はトランザクションのセキュリティをブロックの確定性を通じて保証します。

ブロックファイナリティとは何ですか？

ブロックファイナリティとは、ブロックチェーンに記録されたトランザクションの永続的な性質を指します。取引を取り消すことができる従来の金融とは異なり、ブロックチェーンの取引は、一度ファイナリティに達すると不可逆的になります。これは、参加者が過去のトランザクションを改ざんしたり変更したりできないため、ネットワークの整合性を維持するために不可欠です。

最終的な確定が達成される時点は、その特定のブロックチェーンで使用されているコンセンサスメカニズムに依存します。Proof of Work（PoW）、Proof of Stake（PoS）、またはその他のコンセンサスモデルを通じて、各ネットワークは取引が確認され、ブロックチェーンに永久に含まれるタイミングを決定する方法を持っています。

ブロックの最終性はどのように機能しますか？

各ブロックチェーンネットワークは独自の特徴を持っていますが、セキュリティのための重要な概念であるブロックの確定性は、異なる方法を通じてすべてのネットワークに存在します。トランザクションを検証し、分散型ネットワークのセキュリティを確保する合意メカニズムは、ブロックチェーン全体で確定性が達成される方法に中心的な役割を果たしています。

異なるブロックチェーンは、それぞれのニーズに合わせたさまざまな合意メカニズムを採用しています。人気のある例には、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）、およびプルーフ・オブ・ヒストリー（PoH）があります。最後の2つの例は、Solanaネットワークで共同で使用されています。これらのメカニズムは、取引がどのように検証され、いつ確定性を得るかを定義し、それによって取引が恒久的に記録され、取り消されることができないことを意味します。

たとえば、Bitcoinは伝統的な作業証明メカニズムを使用しており、マイナーが複雑なアルゴリズムを解決してトランザクションを検証するために競争します。特にブロックの確定性に関連するPoWの重要な特徴は、「最長チェーンルール」です。このシステムでは、最も蓄積された作業を持つチェーンが有効と見なされます。トランザクションの後にBitcoinブロックチェーンに追加されるブロックが増えるにつれて、その確定性が強化され、ますます安全かつ不可逆的になります。

ソース：gsr.io

証明されたステーク（PoS）ネットワークでは、ビットコインなどのイーサリアムがイーサリアム2.0に移行した後、ファイナリティは異なる方法で達成されます。マイナーではなく、ステークされている暗号通貨の量に基づいてバリデータが選択されます。これらのバリデータは新しいブロックの提案と検証を担当しています。PoSネットワークでは、「Casper」などのプロトコルを使用してファイナリティのルールを強制します。

ソース：unitychain.io

ブロックが検証され、ブロックチェーンに追加されると、それを取り消すためには過半数の検証者の合意が必要であり、これにはそれらがステーキングされた資産を犠牲にする必要があります。この経済的抑止力と複数回の確認の要件により、PoSネットワークで取引が最終的なものとなると、それを取り消すことは非常に困難でコストがかかります。これにより、PoWと同じくらい安全でありながら、効率とスケーラビリティが向上します。

ブロックの最終性の種類

異なるブロックチェーンには、最終的な到達方法が異なります。さまざまなネットワークとそれに対応するコンセンサスメカニズム全体を通じて、ブロックチェーンには4つの主要な最終的な種類があります。ネットワークに追加されると、取引とブロックの確実性と不可逆性によって分類されます。ブロックの最終的な種類には、次のものがあります:

確率的最終性

Dogechainなどのプルーフオブワークネットワークで最も一般的な確率的最終性は、シンプルなチェーンベースの最終性です。ブロックがネットワークに追加されると、それがおそらく最終的であり、取引の確率と確実性は、その初期のブロックの上に記録された新しいブロックで増加します。確率的最終性は、取引がマイニングされ、公共チェーンに記録され、その後にブロックが採掘されたときに達成されたと言われています。

絶対的な最終性

絶対的な最終性は、取引が確認された後の取引の永続性に関する確実性の最も高い度合いです。絶対的な最終性では、一度取引が確認され、ブロックチェーン上に記録されると、それを変更または取り消すことは絶対にできません。絶対的な最終性は、ステラーやリップルなどのブロックチェーンネットワークで最も一般的です。これらのネットワークでは、信頼できるバリデータのグループによって支持される連邦コンセンサスが使用されています。連邦コンセンサスメカニズムは、個々のブロックを確認することでネットワークを保護します。

エコノミックファイナリティ

経済的な最終性は、セキュリティが財務上の利益や損失に依存する点で異なります。これは、証明取引の合意メカニズムの特性であり、そのメカニズムでは、ネットワークセキュリティに参加するためには検証者はトークンを賭けなければなりません。彼らはまた、悪意を持って行動すれば賭けたトークンを失うリスクがあります。そのため、ブロックの確認は財務的なインセンティブによって駆動され、セキュリティは財務的な抑止力を通じて維持されます。イーサリアムのようなネットワークでは、二重支出や取引の巻き戻しなどの悪意のある行動のコストは、ブロックの検証の潜在的な報酬を上回るため、取引の最終性とネットワークセキュリティが確保されています。

インスタントファイナリティ

これは、達成するのが最も難しい最高レベルのブロック確定性です。インスタント確定性では、トランザクションがネットワーク上に記録されると、確認され、不可逆と見なされます。現実的には、この確定性のレベルを達成するには、従来のブロックチェーンの性質やトランザクション確認のプロセスに重要な変更が必要となります。

実際のところ、どのネットワークも即時ファイナリティを達成したかどうかはわかりませんが、Cosmosのようなビザンチンフォールトトレラント(BFT)コンセンサスメカニズムを使用する一部のブロックチェーンは、ほぼ瞬時のファイナリティを達成していると言われています。Shardeumプロトコルは、ネットワーク上で実行されるトランザクションの確認において共有台帳を保証するProof of Quorumコンセンサスメカニズムを使用して同様の結果を達成しようとするネットワークの1つです。

ステートファイナリティ

もう1つの最終性に関するタイプは、個々のトランザクションではなくブロックチェーン自体に関心を持っています。ステートファイナリティでは、ブロックチェーンの状態の変更であるステートトランザクションが、完了した後に変更または反転できるかどうかが考慮されます。ステートファイナリティは、EthereumやSolanaなどの分散型プロトコルにとっても重要であり、実行されたスマートコントラクトの永続性は、分散型アプリケーションのセキュリティと効率にとって重要です。

ブロックの確定性はなぜ重要ですか？

ブロックの最終性は、ネットワークのセキュリティと信頼性に関する議論で最も重要です。ただし、この基本的な概念は、スマートコントラクトの文脈および二重支出の問題を理解する上で最も適しています。

スマートコントラクトは、SolanaやEthereumのようなDeFiネットワークで最も一般的な分散型アプリケーションのバックボーンです。分散型金融（DeFi）では、スマートコントラクトが貸出し、借入し、中間業者なしで取引などの金融取引を自動化します。これらのプロセスがスムーズかつ安全に機能するためには、ブロックの最終性が不可欠です。

例えば、ユーザーがUniswapのような分散型取引所（DEX）でスワップを開始すると、スマートコントラクトが自動的に取引をマッチングし、トークンをユーザー間で転送します。ブロックの最終性は、このトランザクションが確認され、ブロックチェーン上に記録されてから、その取引が不変であることを保証します。最終性がない場合、悪意のあるアクターはトランザクションを逆転させたりシステムを悪用したりする可能性があり、DeFiエコシステムの信頼性を損なうことがあります。ブロックの最終性がないと、これらの契約の結果は不確定となり、潜在的な紛争や二重支出、トランザクションの逆転などの攻撃の可能性が生じます。

二重支払いの概念は、ブロックのファイナリティの重要性が見られる別の例です。二重支払いは、同じトークンが複数のトランザクションで複数回使用された場合に発生する問題です。悪意のあるアクターが同じコインを複数回使用できるため、攻撃と見なされます。ブロックファイナリティは、トランザクションが実行されると二重支払いが記録されるようにすることで、二重支払いを防ぎます。トランザクションが確認され、チェーンネットワークに記録されると、ブロックチェーン台帳は、トークンが特定のトランザクションの実行に費やされたことを永続的に記録します。例えば、トランザクションが検証されると、すべてのノードがプルーフ・オブ・ワーク・ネットワークで同じブロックチェーンレコードを共有し、それらのトークンが使用されたことを示します。そうすれば、悪意のあるアクターは同じトークンを再び使用できなくなります。

異なるレイヤー1におけるブロックの最終性

ブロックの確定性は、ブロックチェーン上の各発行トランザクションの永続性を決定します。しかし、ブロックチェーン技術は非常に複雑であり、トランザクション処理には他の多くの要素が関与しています。

ブロックの確定は取引処理に関与する唯一の要素ではありません。ネットワークの遅延やブロックの時間、そしてTPS（秒あたりの取引数）など、他の概念も重要です。ネットワークの遅延は、取引が発行されてから確認されるまでの観測される時間として説明できます。一方、ブロック時間とは、それがネットワークに追加される前に各ブロックをマイニングするのにかかる時間です。秒あたりの取引数（TPS）は、ネットワークのスループットとして説明できます。TPSはネットワークが秒あたりに処理できる取引の総数であり、しばしばネットワークの遅延と混同されます。

ブロックの高さ、ブロックのサイズ、孤立ブロックなどの他の概念も考慮に値します。ブロックの高さとサイズは、ネットワークチェーン上の現在のブロックの前にあるブロックの数を示し、サイズはチェーンに記録できる運命の合計量を示します。例えば、ビットコインネットワークの典型的なブロックサイズは1MBであり、イーサリアムは1MBです。チェーン上の孤立ブロックは、最長チェーンのルールの結果として生じます。先ほど説明したように、ビットコインは最長の証明済みチェーンを採用することによって最長チェーンのルールを遵守しています。そのルールの結果、長いチェーンを優先して廃棄される既に採掘されたブロックは、他のブロックチェーンから切り離された孤立ブロックとなります。

ブロック最終性への障害

ハードフォーク

ブロックの最終性に対する主要な課題の1つは、ハードフォークの発生です。ハードフォークは、ブロックチェーンがプロトコルの変更や参加者間の意見の相違によって2つの異なる経路に分かれるときに起こります。これにより、ブロックチェーンの2つのバージョンが作成され、一時的にどちらも正当なチェーンであると主張できるようになります。最終性の文脈では、ハードフォークは取引が永続的で不可逆であるという確信を崩します。フォークされたチェーンが優勢として受け入れられれば、以前のチェーンで確認された取引は無効になる可能性があり、ユーザーがネットワークの最終性に置く信頼を損なうことになります。

ネットワークの遅延と通信遅延


ブロックの確定性に影響を与える別の問題は、ノード間のネットワークの遅延または通信の遅さです。分散型ネットワークでは、ノードはブロックチェーンの状態やトランザクションの確認について頻繁に通信する必要があります。通信に遅延がある場合、物理的な距離やネットワークの混雑によるものであれば、ブロックの検証が遅くなり、トランザクションの確定性に不確実性が生じます。証明方式（PoSまたはPoW）では、ブロックの伝播が遅いと一時的な分岐が発生し、ブロックの再構成が起こる可能性があり、トランザクションの確定性が遅れることになります。

スマートコントラクトの脆弱性

スマートコントラクトの脆弱性は、特にEthereumのような分散型アプリケーションをサポートするプラットフォーム上で、ブロックの最終性にも挑戦します。スマートコントラクトにバグが含まれているか、悪意のある行為者によって悪用された場合、最初に最終的と考えられていた取引が取り消されたり、争われる必要があるかもしれません。ブロックチェーンは取引履歴の改ざんを防ぐよう設計されていますが、スマートコントラクトの複雑さは追加のリスクの層を作り出します。契約が危険にさらされると、その結果は深刻なものになります。最終的な取引でさえ、法的またはコミュニティの介入によって無効にされる可能性があります。

2016年のDAOハックはその代表例であり、攻撃者が分散型自律組織（DAO）のコードの脆弱性を悪用して、6,000万ドル相当のイーサを持ち去りました。ブロックチェーンはこれらの取引を確認することで技術的に最終性を達成しましたが、この脆弱性によってイーサリアムネットワークはハードフォークが発生し、イーサリアムクラシックが生まれることとなりました。

51%攻撃

51%攻撃は、ブロック確定性への最も深刻な脅威の1つです。 これは、単一のエンティティまたはグループがネットワークの計算能力やステークトークンの50%以上を制御しているときに発生します。 この過半数を持って、彼らはブロックチェーンの履歴を書き換えることができます。 これにより、二重支出や以前に確認された取引を元に戻すことができます。 これにより、かつて安全で不可逆的と考えられていたブロックを改ざんすることが可能になり、確定性の中心原則を損ないます。 これらの攻撃は、大規模で確立されたネットワークで実行するのが難しいものの、小規模または中央集権化されていないブロックチェーンにとっては重大な懸念事項となります。

結論

ブロックの確定性は、取引が確認されると一度確定することを保証するブロックチェーン技術の主要な概念です。これにより、取引が永久に不可逆的になります。ブロックの確定性は、暗号通貨ネットワークのセキュリティを確保し、二重支出のような悪意のある活動を防ぐ役割を果たしています。

ブロックネットワークが拡大する中、ブロックチェーンの確定を達成するための新しいコンセンサスメカニズムとプロセスが考案されています。それでも、ブロックの最終的な確定に対する課題は続いており、より強力なネットワークの開発の重要性が強調されています。