この記事は少し長いですが、これを読めば、ビットコインの誕生秘話が確実に理解できるでしょう。ビットコインを提案した動機、ビットコインが解決できる問題、主要なコンポーネントと設計ソリューションがすべてこの記事で生き生きと紹介されています。

「ビット村」と呼ばれる村があり、そこでの取引方法は物々交換です。物々交換はなぜ行われるのでしょうか？私たちのようにお金で直接買うのではなく？

1.当初、物々交換の時代は満足のいくものでした

ビット村は世間から隔離され、自給自足の生活を送っています。村人たちはこれまで大規模な貿易活動に従事したことはない。彼らは、中間の流通媒体を介さずに、鶏、アヒル、ガチョウ、ウサギなどの商品を直接交換するだけなので、通貨の流通はありません。

2.物理的な通貨の出現

老張は老李の羊と交換するために重い小麦粉の袋を運びたくなかった。彼は小麦粉の代わりに中間循環媒体を使い、ラオ・リーの家に直接行って羊を買いたいと考えていました。そうでなければ、なぜ社会の発展は「怠惰な人々」によって推進されると言われるのでしょうか?全員で話し合った結果、商品と同等の価値を持つ流通媒体として、希少金属や貝殻などを分けることにしました。このプロセスには細分化が必要です。たとえば、 1gの金は小麦粉1袋に相当します。こうして、BitVillage は物理通貨の時代に入りました。

3. 象徴通貨へのさらなる発展

良い時代は長くは続かなかった。ひどい消耗、紛失、あるいは意図的な蓄えにより、金の総量は大幅に減少しました。当初は 10g の金で小麦粉 10 袋を購入できましたが、100 回の取引後には 9 袋しか購入できなくなります。しかし、その間の損失を誰が負担するかは誰にも分かりません。

この時、村長は「紙の金」を提案した。村の尊敬される数人が集まって、一枚の紙に金貨10グラムと書きました。そうすると、この紙は 10g の金を表すことになります。さらに、偽造は非常に困難であり、インフレも起こりません。全員が再び合意に達しました。

ひどく擦り切れている場合は、村長などに新しいものを書いてもらうことができ、以前のものは無効になります。この時、BitVillageは象徴通貨（紙幣）の時代に入りました。昔の村長が政府と銀行の役割を引き受けた。

4. 中央システム仮想通貨

数年後、前の村長が過労で亡くなり、その息子のエルグージが新しい村長になった。若者は常にたくさんの新しいアイデアを持っています。彼は村人たちから紙幣を全部集めた。誰かが取引をしたい場合、その人の口座記録を確認し、全員が再び合意に達しなければなりませんでした。

エルグージは中間会計責任者として機能します。たとえば、Lao Zhang が Lao Li の羊 1 匹と金 1 グラムを交換したい場合、2 人で Ergouzi に電話して、 Lao Zhang の金 1 グラムを Lao Li に譲渡したいと説明する必要があります。エルゴウジは帳簿を取り出して、ラオ・チャンが1グラムの金を持っているかどうかを確認します。もしそうなら、彼は老張の名前から1グラムを引き、老李の名前に1グラムを追加します。この時、ラオ・リーはエルゴウジが電話で譲渡が完了したことを確認するのを聞き、安心してラオ・チャンに羊を連れて行かせることができる。

この時、BitVillageは中央集権型仮想通貨の時代に入りました。村人全員が現物で支払う必要はなく、支払い手続きはエルグジが管理する帳簿の数字の変更となる。

5. 分散型仮想通貨

エルグージは野心を持ち始めた。彼は村人たちの帳簿にある金を欲しがり始めた。エルゴウジはラオ・チャンの口座から10グラムの金を密かに自分の口座に移した。この帳簿は村人が確認することができます。ラオ・チャンは自分の口座から10グラムの金が消えていることに気づいた。エルゴウジは、ラオ・チャンにも帳簿をつける習慣があるとは予想していなかった。老張は自分の帳簿と二狗子の帳簿を比較し、老張が確認していなかった振込を発見した。

真実が明らかになる！ビットビレッジは大騒ぎになった。エル・グージは弾劾され、辞任した。しかし、台帳が 1 人の手に集中していることの欠点も誰もが発見しています。

このシステムは口座保有者の個人信用に完全に依存します。この人物がルールに従わず、勝手に口座を改ざんすれば、通貨システム全体が崩壊するでしょう。

この人の家が火事になったり、通帳が盗まれたりすれば、システム全体に壊滅的な打撃を与えることになるでしょう。

6.ビットコインの仮想通貨システム

問題が突然発生したため、村はすでに混乱状態に陥っていました。誰もが自分の財布を守り、誰も信用しなくなっていた。

この時、村のサトシ・ナカモトというオタク科学者がステージに上がり、中央プロセッサに依存せず上記の問題を解決できるビットコインという仮想通貨システムを設計したと皆に語りました。それから彼はゆっくりと自分の計画を説明した。まずは彼の計画がどのようなものか見てみましょう。

1. インフラ建設

1.帳簿開示の仕組み

サトシ・ナカモトはまず、既存の元帳を次のように変換する必要があると説明しました。

1. 帳簿には各村人の残高は記録されず、各取引のみが記録されます。つまり、各取引の支払人、受取人、支払金額を記録します。元帳の初期状態が決定され、各取引記録が信頼性があり、時間基準を持っている限り、各人が現在どれだけのお金を保有しているかを計算することが可能です。

2. 帳簿を非公開から公開に変更します。必要とする村人は誰でも、帳簿の作成から現在の帳簿までのすべての取引記録が記録された現在の完全な帳簿を入手できます。

村人たちは公的な帳簿を受け取ることができない。なぜ彼らの資産額を他人に知らせなければならないのでしょうか?彼らのプライバシーは完全に公開されてしまうのではないでしょうか?村人たちの懸念や疑念を考慮して、サトシ・ナカモトは、アイデンティティと署名のメカニズム（公開鍵暗号システム）が一つの方法であると述べた。

2. アイデンティティと署名の仕組み（公開鍵暗号システム）

このメカニズムでは、誰も取引に実際の身元を使用せず、代わりに一意のコードを使用します。

彼は手に持っている魔法の物を見せて、その2つの物は秘密保持シールとシールスキャナーと呼ばれていると言いました。後日、彼は村のすべての家庭に秘密保持シールとシールスキャナーを配布する予定です。 2つの機能は次のとおりです。

·秘密の印を紙に押印することができます。それぞれの切手には村特有の文字列が書かれていますが、肉眼では見ることができません。観察によって対応する印章を作ることも不可能です。

スタンプスキャナは、押印されたスタンプをスキャンし、その暗黙の情報を読み取り、液晶画面に文字列を表示します。

この二つの魔法の物があれば、誰もが正体を明かすことなく取引をすることができ、その封印に隠された文字列がこの家族のコードネームです。

4. 仮想マイナー組織（マイニンググループ）を設立する

サトシ・ナカモトは村全体から仮想マイナーを募集しています。募集要項は以下の通りです。

マイナーはグループ化されます。グループは、単一の世帯または複数の世帯のグループである場合があります。

マイナーになっても通貨の通常の使用には影響しません

マイナーはビットコインの「マイニング」活動に従事するために毎日一定の時間を費やす必要がありますが、金の採掘とは異なり、仮想マイナーは現場で作業するためにツールを持参する必要がなく、自宅で作業を完了することができます。

· マイナーは一定の確率で報酬を受け取ります。採掘活動で支払う金額が多ければ多いほど、支払われる可能性が高くなります。

マイナーはいつでも辞めることができ、新しいマイナーはいつでも参加できる。

すぐに、村人の約5分の1がビットコインマイナー組織に加わり、 7つのグループに分かれました。

2. 初期台帳（ジェネシスブロック）を確立する

サトシ・ナカモトは、エルグージの手にある帳簿を基に、帳簿に記録された残高に応じて担保にされた金のすべてを各村人に返還し、その後帳簿を完全に破壊すると述べた。

彼は新しい帳簿を使って、最初のページにいくつかの取引記録を記録しました。これまでのものとの違いは、これらの記録の受取人欄がすべて「システム」であり、受取人は各印章に対応する隠し文字であったことです。

当初、システムはデフォルトで各世帯に一定数のビットコインを割り当てていましたが、その数は非常に少なく、わずか数個であり、不運な世帯の中にはビットコインをまったく受け取っていないところもありました。

そして、サトシ・ナカモトは、現在市場にビットコインはほとんど存在しないので、誰もが金を通貨として使っていた時代に戻ることができると述べました。私は村長ではないので、全員にビットコインを認めるよう強制する権利はありません。ビットコインを受け入れるか否かは誰もが決めることができます。

しかし、ビットコインの流通とマイナーの活動により、ビットコインの量は徐々に増加していきます。

3. 支払いと取引

次に、張さんが李さんに10ビットコインを支払う例を取り上げ、この取引の具体的なプロセスを見てみましょう。

1. 支払人が取引フォームに署名する

10ビットコインを支払うために、張さんはまず李さんに「ABCDEFG」などの識別文字列を尋ねる必要がある。 Zhang には、「HIJKLMN」などの識別文字列もあります。すると、 「HILKLMN が ABCDEFG に 10 ビットコインを支払う」という内容の送金命令が発行されます。張氏は機密保持のため印鑑を押し、李氏に注文書を手渡した。

資金の出所を追跡しやすくするために、資金の出所がリストのどのページに記録されているかを示すことも必要です。

例えば、張氏の10ビットコインは、帳簿開設時にシステムギフトとして提供されたもので、帳簿の10ページに記録されていました。

2. 受益者は文書の署名者を確認する

李さんは注文書を受け取ったら、「HIJKLMN」（つまり張さん）という人物が署名しているかどうかを確認する必要があります。これは難しいことではありません。

紙幣には秘密保持スタンプが押されているはずなので、Lao Li はスタンプ スキャナーを取り出して確認することができます。 LCD 画面に表示された文字が受取人の文字 (ここでは「HIJKLMN」) と一致していれば、請求書が受取人によって署名されたものであることがわかります。

3. 受取人が支払人の残高を確認する

以前の中央仮想通貨システムでは、エルグージ氏は支払者の残高を確認し、取引が有効かどうかを受取人に通知する責任を負っていた。 Ergouzi が開設された今、各取引の会計処理と有効性の確認は誰が担当するのでしょうか?

このシステムは、いかなる中心人物にも依存しない分散型通貨システムであるため、この問題を担当する人物は 1 人または数人しかいません。最終的にこの仕事を引き受けるのは鉱山労働者組織です。

4. 鉱山労働者の仕事

マイナーの仕事はシステム全体の中核であり、最も複雑な部分でもあります。鉱山労働者の仕事内容と目的を見てみましょう。

1. 鉱夫の道具

ビットコインマイナーは、ツルハシ、シャベル、サーチライトなどのツールを使用しませんが、いくつかの必須アイテムは持っています。

初期元帳。各グループはまず、システムの最初の寄付を記録する 1 ページのみの初期帳簿をコピーします。

空の帳簿用紙。各グループには複数の帳簿があり、各ページには帳簿構造のみがあり、次のようにコンテンツは入力されません。

エンコーディングジェネレーター（ハッシュ関数）。サトシ・ナカモトは、マイニング組織の各グループに複数のコードジェネレーターを配布しました。これを使って、内容を記入した帳簿用紙を機械に入れると、帳簿用紙の「現在の請求書番号」欄に「0」と「1」の数字列、合計256個の数字が自動的に印刷されます。最も驚くべきことは、数値ジェネレーターに次の機能があることです。

生成された番号は、帳簿書類に記入された内容にのみ関連しており、記入者、フォント、記入時間などの要素とは関係ありません。

同じ帳簿から生成される数字は常に同じですが、内容が1文字でも変わると数字はまったく異なります

コードジェネレータがコードを印刷するときは、帳簿用紙に記入されたすべての取引伝票を入れる必要があります。機械は、取引伝票と記入された取引伝票、特に機密保持シールの整合性をスキャンします。秘密保持シールが受取人と一致しないことが判明した場合、コードの印刷は拒否されます。

· 印刷された会計用紙を挿入すると、機械は番号が有効な機械印刷物であるかどうか、番号と内容が一致しているかどうかを判断します。この番号は偽造できません

·取引受信トレイ。各マイナーグループは、取引注文を収集するためにドアに箱を掛ける必要があります。

·掲示板。各マイナーグループには、情報を公開するための掲示板も必要です。

上記のツールを使用すると、マイナー組織は作業を開始できます。

2. 取引注文を収集する

サトシ・ナカモトは、各トランザクションの開始者は、トランザクションオーダーを受取人に渡すだけでなく、トランザクションオーダーの同一のコピーをいくつか作成し、各マイナーグループの受信箱に配信する必要があると規定しました。

マイナーグループのメンバーは定期的に受信トレイにアクセスし、収集された取引リストを取り出します。

3.帳簿に記入する

このとき、チームメンバーは白紙の帳簿用紙を取り出し、これらの取引を「取引リスト」欄に記入し、現在の帳簿の最終ページを見つけて、最終ページの番号を「前回の請求書番号欄」にコピーします。

なお、 「ラッキーナンバー」もありますので、12345など任意の数字を記入してください。その後、帳簿用紙を番号生成器に入れて数字を印刷すると、帳簿が完成します。

鉱夫の仕事がそんなに簡単だと思うなら、それは間違いです。サトシ・ナカモトには、最初の 10 個の数字が 0 の場合にのみ帳簿のページが有効になるという、変なルールがあります。

番号ジェネレータの以前の説明によると、番号を変更するには、元帳用紙の内容を変更することしかできず、 「取引リスト」と「以前の元帳用紙番号」は任意に変更できないため、幸運な番号のみを変更できます。

番号の数字がすべてランダムである場合、有効な番号を取得するには、平均して1,000 枚以上の異なる幸運な数字が書かれた紙が必要になります。

有効な台帳用紙を生成するために、グループ内のマイナーは台帳用紙をコピーし続けましたが、各紙の幸運な数字は異なり、その後、彼らはその紙をエンコーダーに挿入し続けました。生成された数字が要件を満たさなかった場合、その論文は廃棄されます。このプロセスは、有効な数字の文字列が生成されるまで繰り返されました。

鉱夫には給料が支払われると以前言ったことを覚えていますか?これが鉱夫たちの動機です。

サトシ・ナカモトは、各台帳の取引リストの最初の取引は「システムがこのグループに50ビットコインを支払う」であると規定しました。つまり、意味のある台帳を生成し、それがすべてのマイニング グループに受け入れられた場合、トランザクションも受け入れられ、マイニング グループは50 ビットコインを受け取ることになります。

だからこそ、鉱夫たちはこの一見無意味な仕事に一生懸命取り組んでいるのです。

たとえば、次のものはマイニングプロセスです。このグループの公開ビットコインアカウントは「UVWXYZ」です。

幸運の数字「533」を試したところ、システムは有効な元帳のページを生成しました。

4.帳簿を確認する

マイニング グループが幸運にも意味のある台帳を生成できた場合、報酬を得るためには、すぐに他のグループにその作業の確認を依頼する必要があります。

前述のとおり、現在村には7 つの採掘グループがあるため、このグループは有効な帳簿書類を 6 部コピーし、他の 6 つのグループに確認のために送信する必要があります。

サトシ・ナカモトは、あるグループが他のグループから台帳を受け取った場合、直ちにマイニング作業を中止し、台帳を確認しなければならないと規定しました。

確認する必要がある情報は3 つあります。

1.口座番号が有効であること

届いた帳簿用紙をコードジェネレーターに入力して検証するだけです。検証に合格すると、番号は有効になります。

2.帳簿の前のページが有効です

元帳ページ上の「前ページ番号」と、現在このグループが保管している有効な元帳の最終ページ番号を比較する必要があります。

同じであれば確認します。異なる場合は、この番号のページが見つかるまで、既存の帳簿に沿って比較する必要があります。

指定された「前のページ番号」に対応するページが見つからない場合、チームはそのページを破棄します。確認されていません。

3.取引リストは有効です

これは、各現在の取引の支払人がお金を支払うのに十分な残高を持っていることを確認するためです。

取引情報には、資金の出所と、元の取引を記録する請求書番号が含まれます。

たとえば、 HIJKLMN は ABCDEFG に 10 ビットコインを贈与したいと考えており、この 10 ビットコインは OPQRST が HIJKLMN に支払った以前のトランザクションからのものであることを示します。確認する際には、まず前回の取引が存在するかどうかを確認し、さらにHIJKLMN が以前にこの 10 ビットコインを他の人に支払っていないかどうかも確認する必要があります。

これらすべてが確認されると、取引の有効性が確認されます。

上記の検証がすべて完了して合格した場合、グループは上記の台帳用紙の有効性を認め、この台帳用紙をグループのメイン台帳に統合し、現在進行中の作業を放棄し、その後のマイニング作業はこの更新されたメイン台帳に基づいて行われます。

5. 帳簿確認フィードバック

採掘チームにとって、台帳用紙が発送された後、後から他のチームから台帳用紙が届き、その「前のページ番号」が以前自分が発送した台帳用紙であった場合、その台帳用紙に基づいて作業を続けているチームがすでに存在するため、自分の作業が他のチームに正常に認識されたことを意味します。この時点で50ビットコインが得られたとみなすことができます。

上記がビットコイン決済システム全体です。

このシステムがなぜ機能するのか、またどのようなリスクに直面する可能性があるのか​​を分析してみましょう。

5. 核となる質問に答える

最初の質問: 2 つの正当な元帳ページが同時に受信された場合はどうなるでしょうか?

マイニング グループは並行して作業するため、グループが 2 つの異なる元帳ページを受け取る可能性は十分にあります。その両方のページは現在のグループのメイン元帳の最後のページに基づいており、その内容は完全に合法です。何をすべきでしょうか?

この問題に関して、サトシ・ナカモトは、グループは台帳を線形に整理するのではなく、ツリー状に整理する必要があると述べました。常に、現在の最長のブランチがメイン元帳として使用されますが、他のブランチは保持されます。たとえば、チームは同時に 2 つの元帳ページ A と B を受け取ります。検証後、両方とも合法です。このとき、チームは次の図に示すように、2 つのページをフォーク形式で整理する必要があります。

黒は当座預金のトランクを表します。この時点で、任意のページを現在のメイン ブランチとして選択できます。たとえば、A を選択します。

この時点で、A に基づく新しい元帳ページがある場合、このトランクは次のように続行されます。

この主幹がこのまま続くと、基本的に誰もがAを主幹として捉え、Bは忘れ去られてしまうことになります。しかし、B が突然長くなる可能性もあります。

次に、ブランチ B を現在のトランクとして取得し、このブランチに基づいて後続の作業を実行する必要があります。

ローカルな視点から見ると、ある瞬間にさまざまなグループの元帳の幹に不一致が生じる可能性がありますが、全体的な方向性は一貫しており、非同期によって時々発生する小さな枝はすぐに歴史の中に埋もれてしまいます。

2 番目の質問: マイニング グループ内の誰かが台帳を改ざんした場合はどうなりますか?

マイニング組織の大多数の人々が誠実である限り、システムは、特にいくつかの面で信頼できます。

まず、機密シールのメカニズムに基づいて、コードジェネレーターがコードを印刷するときにすべての取引注文の機密シールをチェックし、シールと受取人が一致しない場合は印刷を拒否するため、誰も他人の身元を偽造して支払いを行うことはできません。

さらに、正直なマイナーは、違法なトランザクション（トランザクションの支払い側の残高不足など）を認識しません。

したがって、考えられる攻撃行為は、受取人が受取を確認した後に別の支店から別の取引注文を作成し、前回の支払いを取り消して、同じ金額を再度別の人に支払うこと（いわゆる二重支払い問題）のみです。以下もこの問題を説明する例です。

まず、10 ビットコインを持っている攻撃者がいると仮定します。彼は被害者AとBの2人に同時に金銭を支払う予定であり、両者とも認められている。

最初のステップでは、攻撃者は被害者 A から 10 ビットコインの金を購入する準備をします。攻撃者は被害者 A への取引注文に署名し、10 ビットコインを被害者 A に転送します。

2 番目のステップでは、トランザクションが最新の元帳ページで確認され、各マイニング グループによって発表されます。被害者Aはアナウンスを見てビットコインが届いたことを確認し、攻撃者に10ビットコインに相当する金を渡した。

3 番目のステップでは、攻撃者は元帳を見つけ、取引を含む元帳の前のページから分岐を作成し、前の分岐を超える請求書ページをさらに生成します。攻撃者が作成したブランチがメインブランチとなり、被害者Aが得たお金が入ったブランチがサイドブランチとなったため、マイニング組織は送金を認識できなくなり、被害者Aが得た10ビットコインはキャンセルされます。

4 番目のステップでは、攻撃者はトランザクションに再度署名し、被害者 B に同じ金額を支払うことができます。被害者 B は、お金が到着したことを確認した後、攻撃者に同額の金を支払います。

この時点で、攻撃者は 10 ビットコインを 2 回使用し、2 人の被害者からそれぞれ同額の金を購入しました。攻撃者も同じことを行い、被害者 B との送金を取り消して、同じ金額を他の誰かに支払うこともできます。

サトシ・ナカモトは、異常な番号付けルールはこれを防ぐために設定されたと説明した。

元帳のページにお金を受け取ったことの確認が含まれており、それがさらに 6 ページ続く場合、攻撃者が他のすべての正直なマイナーの人的資源の合計よりも多くの人的資源を持っていない限り、6 ページ遅れているときに別のブランチから現在のメイン ブランチに追いつくのは非常に困難です。

さらに、攻撃者がそれほど多くの人材を持っている場合、この種の攻撃に多大な労力を費やすのではなく、正直な市民としてマイニングを行い、より多くのお金を稼ぐ方がよいでしょう。これにより、攻撃の動機が排除されます。

3つ目の質問：ビットコインの量が増え続けると、深刻なインフレにつながるのではないでしょうか？

サトシ・ナカモト氏は、私がマイナー団体に渡した操作マニュアルには、当初、私たちの合意では、生成された台帳のページごとに50ビットコインをグループに報酬として与えると説明されていると述べた。その後、元帳が21,000ページ増えるごとに報酬は半減することになった。たとえば、210,000 ページに達すると、生成された元帳の各ページごとに 25 ビットコインが報酬として与えられます。 420,000 ページを超えると、生成されるページごとに 12.5 ビットコインが報酬として支払われることになります。元帳が 6,930,000 ページに達すると、新しく生成された元帳ページに対する報酬はなくなります。現時点ではビットコインの総量は約21,000,000で、ビットコインの総量なので、無制限に増えることはありません。

4 番目の質問: 報酬がなければ、誰もマイナーになりません。つまり、誰も取引の確認を手伝わないということですか?

マイナーの収入は、マイニング収入から手数料に変わります。たとえば、送金時に、元帳ページを生成するグループに手数料として金額の 1% を支払うように指定できます。各グループでは、まず手数料の高い取引を選択し、確認していきます。

5 番目の質問: マイナーが増えれば増えるほど、ビットコインの生成速度は上がりますか?

しません。サトシ・ナカモトは、マイナー組織には人々が自由に参加したり脱退したりできるため、マイナーの数は変わるが、各マイナーにはコードジェネレーターも付与されるが、コードジェネレーターに制御メカニズムを追加したと説明しました。現在動作しているコード ジェネレーターの数が増えるほど、各マシンの効率は低下し、新しい元帳ページの生成率は変化しません。

これがビットコインの原理と動作の仕組みです。ビットビレッジはますます豊かになってきています。サトシ・ナカモトの出現は、間違いなくビットビレッジにとっての恵みです。