Bitcoinの仕組みをエンジニア向けに解説してみる(その1)
Bitcoinの解説記事は多数ありますが、どれも抽象的でエンジニアにとっては逆に分かりづらくなっています。エンジニアならコードで語れよ！と思ったので、ここではコードを出しながら解説していきます。
今回は、Bitcoinを理解する上で最も重要なTransactionを解説します。
Transactionと証明書
まず、Transactionを大雑把に説明すると、図のような取引証明書に例えられます。
取引証明書は以下の構成になっています。
- (1)この証明書の番号
- (2)譲渡する取引証明書の番号
- (3)いくら渡すか
- (4)誰へ渡すか
- (5)自分のハンコ
Bitcoinの世界では、この取引証明書は、全世界の人に公開され、一度公開されると取り消すことはできなくなります。ここでは、あるコルクボードに取引証明書を貼り付けると、全世界に公開されるものとします。
例えば、アリスからボブへ1000円を渡す場合を考えてみましょう。最初、全世界に公開されているコルクボードの内容は図のようになっています。
このコルクボードを見ると、2つの証明書が貼り付けられています。
No.001の証明書は特殊で、上で説明したものとは異なっています。Bitcoinでは、最初の証明書の発行は「採掘」と呼ばれ、かなり特殊なものです。今は、銀行によって発行された特殊な証明書と考えてください。これは、解説その2で説明します。
証明書No.002を見ると、これはキャロルからアリスへ渡された証明書であることを確認できます。キャロル以外の第3者は、キャロルのハンコを入手できないため、この取引証明書を偽造することはできません。この証明書では、名前の上からハンコを押していますが、証明書Noや金額の上からもハンコを押すべきです（今回は見やすさのために名前だけになっています）。
この証明書で入手した1000円をボブへ渡す場合、アリスは、取引証明書に譲渡する証明書の番号(2)、金額(3)、ボブの名前(4)を書き込み、アリスのハンコ(5)を押します。これで、ボブは1000円の権利を得たことになります。
この操作を続けていくことで、証明書の権利を別の人へ権利を渡すことができます。これがBitcoinにおけるお金の流れになります。
ここで理解してほしいことは、「Bitcoinを持っている＝証明書の権利を保有している」ということです。一般的なオンライン口座での1000円の受け渡しであれば、アリスの口座から1000円をマイナスし、ボブの口座に1000円をプラスするというイメージを持っている人が多いと思います。Bitcoinではこのイメージではなく、実際のお金（証明書）をやりとりするイメージに近いと思ってください。とにかく、Bitcoinではこの証明書が大事になります。現在、Bitocoinの証明書は15GB*1ものデータ量があります。
Bitcoinで重要なのは、この取引証明書が全ての人に公開されていて、不正が無いことを保証しなければならないことです。不正の例としては、証明書No.002の二重利用が考えられます。もし、コルクボードから証明書を剥がすことができるのであれば、アリスはNo.003の証明書をボブに渡した後、それを剥がし、別の人にNo.002の権利を渡すことが出来てしまいます。不正を防止する方法については、解説その2に回します。
ここまでの説明で、ある証明書の権利を別の人へ渡すことができました。数学的帰納法で言えば、n=k からk+1の説明をしたことになります。ただし、n=1（採掘）の解説はしていません。また、取引の不正を防止する方法についてもまだ解説していません。普通であれば、それらの解説に移るところですが、これはエンジニア向けの解説ですので、証明書(Transaction)をより具体的に解説していきます。Transactionの構造をしっかりと理解することで、後々の理解も深まっていくはずと考えています。
Transactionに使われる暗号技術
ここまでは、証明書やハンコなどの現実世界の物を使用して説明してきましたが、ここからは、暗号用語を使って説明していきます。これまでの解説と対応する暗号用語は以下のようになります。
- 証明書→Transaction
- (1)(2)証明書No→Transactionハッシュ
- (4)の名前→譲渡したい人のパブリックキー
- (5)ハンコ→電子署名
ここでキャロルの電子署名は以下のように作られます。
電子署名はキャロルのpublic keyで検証することができるため、Transactionの作成者がキャロルであることを保証できます。
先ほどのアリスとボブの取引を、もう一度説明すると以下の図のようになります。
実は、ここまでの説明が、中本 哲史氏が書いた論文の「2. 取引」の内容に当たります。もし、興味があればそちらを御覧ください。
Transactionの実装
Transactionの内容の詳細に入っていきます。実は、今までの証明書はかなり簡素化したものになっていて、実際のTransactionに合わせると図のようになります。
1つの証明書にはに複数の証明書を含めることができます。また、複数の人に分け与えることができます。この時、最小単位は1円ではなく、0.00000001円まで分割できます。Bitcoinでは0.00000001 Bitcoinのことを1 satoshi といいます。さらに、渡す人には自分を含めて良いので、「お釣り」が可能です。例えば、1000円の証明書しか持っていない時に、500円を他人に渡し、500円を自分へ渡すことができます。
この構造を押さえることができたら、実際のコードを見てみましょう。
Bitocionのソースコード中では、TransactionはCTransactionというクラスになっています。
https://github.com/bitcoin/bitcoin/blob/master/src/core.h
class CTransaction { public: static int64_t nMinTxFee; static int64_t nMinRelayTxFee; static const int CURRENT_VERSION=1; int nVersion; std::vector<CTxIn> vin; std::vector<CTxOut> vout; unsigned int nLockTime; ... }
ここで重要なものは、std::vector<CTxIn>とstd::vector<CTxOut>です。これが少し前に説明した、複数の証明書と複数の人に分け与えるコードとなります。
class CTxIn { COutPoint prevout; CScript scriptSig; unsigned int nSequence; ... }; class COutPoint { uint256 hash; unsigned int n; ... }; class CTxOut { int64_t nValue; CScript scriptPubKey; ... };
CTxIn.prevoutには、取引に使用する証明書のハッシュ(COutPoint.hash)とその証明書の何番のvoutを使用するか(COutPoint.n)を入れます。CTxIn.scriptSigには電子署名を入れます*2。CTxIn.nSequenceは理解していません。ごめんなさい。
CTxOut.nValueには取引する金額を入れます。CTxOut.scriptPubKeyには取引相手のpublic keyを入れます*3。
最初に示したアリスとボブのやりとりを、Cのコードに当てはめると以下のようになります。
Transactionのまとめ
最後にTransactionについてまとめます。
- Bitcoinのお金の概念は、一連のTransactionからなる
- Transactionの内部構造は、複数の入力TransactionとそのTransactionを誰に渡すかという情報によって構成される
- 電子署名によって、Transactionの権利者がだれかを確認することができる
まだ説明していないものは以下の2点です。今後解説します。
- 最初の証明書はどこから生まれるのか
- 一連の証明書が正しいことはどうやって保証するのか
最後になりますが、Bitcoinに対する私の理解はまだまだ甘いところがあります。もし、間違いを見つけましたら、指摘をお願いします。
コルクボード画像は以下からお借りしました。
http://www.pixiv.net/member_illust.php?mode=medium&illust_id=28386285
レスポンシブな春アニメ一覧を作った
私は、この時期になると、うずらインフォとかしょぼいカレンダーを見ながら、視聴するアニメを決めています。ただ、この手のサイトはタブレットに最適化されていないので、iPadでは見づらいと感じていました。そこでbootstrapを使って、レスポンシブルな春アニメ一覧を作ってみました。そこそこ見やすいはずです。
今回は、話題作が先頭に来るように並べたいと思いました。見る人が多そうなものを先頭にまとめたほうが見やすいと考えたためです。ただし、何をもって話題作とするかは難しいので、主観に頼っています。一応、自分なりにアバン先生の心で売れそうな順に並べています...どこかにクロスレビューがあればよかったのですが。
(参考資料 2013冬アニメクロスレビュー)
ガンダムビルドファイターズwikiを作り始めました
【2013年】個人的アニメ映画ランキング
2013年に見たアニメ映画を個人的に面白かった順に並べてみます。
9位 STEINS;GATE 負荷領域のデジャヴ
クリスの可愛さは良かったのですが、核となる世界線のロジックが理解できず、全く感情移入できませんでした。アニメ本編のようにSF要素に多くの時間を割いて欲しかったです。映画版では「なんか頑張ったら出来た」って印象です。
7位 攻殻機動隊 ARISE border:1
ストーリーも問題無いですし、絵・音楽も納得できる範囲でしたが、全体として面白いとは感じませんでした。どうしてもTV版と比較してしまう自分がいました。ARISEで世界観を一新しようと頑張っていたようですが、雰囲気が変わったとは思えませんでした。
6位 サカサマのパテマ
イブの時間の吉浦康裕監督作品。重力表現など映像はとても良かったです。ただし、尺の関係からか主人公たちの感情の変化が雑に感じました。イブの時間のような丁寧さがあれば化けたかもしれません。
2位 言の葉の庭
新海誠監督なので絵については素晴らしいの一言です。これまでの作品ではオシャレな恋愛ストーリーではっきりとせず視聴後にモヤモヤした気持ちが残りましたが、言の葉の庭は王道ストーリーでスッキリしていました。
1位 コードギアス 亡国のアキト 第2章 引き裂かれし翼竜
第1章の戦闘シーンは見ていて疲れるぐらいでしたが、第2章は心からカッコイイ！と言える出来になっています。また、第2章ではTV版ギアスの要素もたくさんあり、ギアス好きだったけど第1章がダメだった人はぜひ2章を見てください。ダメだった点は、前回から間が開きすぎていたこと（1年1ヶ月)。第3章は予定通り公開されることを祈ります。
「このあと滅茶苦茶xxxする」ためのchrome拡張
最近流行りの「このあと滅茶苦茶xxxする」を簡単に追加するためのchrome拡張を作成しました。
インストール方法
ここをクリックするとファイルがダウンロードされるので、そのファイルを拡張機能のページ(chrome://extensions)にドロップしてください。macの場合、下のダウンロードバーから直接Dropするのではなく、Finderなどからドロップするとうまくいくようです。
使い方
chromeの右クリックメニューに「このあと滅茶苦茶する」が追加されているので、それを選択して、あとはフィーリングで画像サイズを選んでください。その後、マウスカーソルが画像になるので、好きな位置へ移動して楽しんでください。
今後の予定
本当は「このあと滅茶苦茶xxxする」のxxx部分を変更可能にしたかったのですが、途中で面倒くさくなってしまったので、誰かから要望があれば対応します。
スペシャルサンクス
画像は以下からお借りしました。すばらしい素材ありがとうございます。
@shlml 素材どうぞ http://t.co/afBCIkOh7C
— 佃煮 (@tukudani01) 2013, 12月 27