Bitcoin

bitcoin
１

勉強会

CACANet Fukuoka ／近畿大学
山崎重一郎

今日の目的は
bitcoinの仕組みを理解したい

bitcoin
p 

Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System

Satoshi Nakamoto
（山崎訳をつくりました）

p  完全なP2P型電子コイン
p  「信頼できる第三者機関」を一切利用しない

実はP2P型の電子地域通貨を
実装したことがあります
Travecoup
（トラベリング・クーポン）
Linux Magazine で連載
2002年6月号、8月号
OpenSSL とRubyで実装
pkcs#7電子署名

Travecoupの
ヤップ島の石貨モデル
コインを偽造するのに
すごい労力がかかる
歴代所有者の名前を彫る
やまさき

最新の所有者がわかるよう
にする

電子コイン＝電子署名のチェーン
p Travecoupの電子コイン
秘密鍵と公開鍵のペアを持っている (PKI)

p bitcoinの電子コインも同じ
取引のたびに、前の所有者が次の所有者の公開鍵に
電子署名する
取引1

取引2

所有者0の
電子署名

所有者1の
電子署名

所有者2の
電子署名

所有者１

所有者2

所有者3

bitcoinのブロックと署名検証
p 取引（受取人の公開鍵への署名）
p bitcoin＝取引の電子署名のチェーン
ブロック

ブロック
取引2

取引3

所有者2の
検証
公開鍵

所有者3の
検証
公開鍵

取引１
所有者１の
公開鍵

ブロック

ハッシュ値

ハッシュ値

ハッシュ値

所有者0の
電子署名

所有者1の
電子署名

所有者2の
電子署名

所有者2の
秘密鍵

署名
所有者3の
秘密鍵

所有者1の
秘密鍵

署名

電子コインの多重使用問題
p 現実のコインは、使えば手元からなくなる
p 電子コインは、使っても、まだ手元にある！

電子コイン＝電子署名のチェーン
p 多重使用＝チェーンが分岐すること

所有者1の
電子署名

所有者2’の
電子署名

所有者2’
所有者0の
電子署名
所有者１

所有者1の
電子署名
所有者2

所有者2の
電子署名
所有者3
所有者2の
電子署名

P2P型で多重使用を防止
p 取引という出来事を「公的」に保証
タイムスタンプサービス

p P2Pで「公的」な証拠を構成する
プルーフオブワーク

p 「公的」とは「みんなの意見」のこと
★「信頼できる第三者機関」じゃない！
P2Pの多数決で「みんなの意見」を判断する！

普通のタイムスタンプサービス
p 出来事の実在を「公的」に保証する
取引、契約、賭博、発明特許、届け出
信頼できる第三者機関

時刻＋
電子署名
電子馬券など

巻き戻し可能なPCの時計

タイムスタンプ
p タイムスタンプが増えるほど、実在性

が強まる
定期的にハッシュ値を
新聞などに公開
ハッシュ値

ハッシュ値

ハッシュ値

ブロック

ブロック

ブロック

P2P型タイムスタンプサービス
p 証明したいこと
電子コインによる取引の実在
取引の順序

p 「みんなの意見」
偽装をしようとすると、膨大なコストがかかる！
★プルーフ・オブ・ワーク

プルーフ・オブ・ワーク
p がんばった証拠（P2Pで確認可能な）
例. もしパスワードのタイプを間違ったら …
（ブルートフォース対策として）
10秒待てば、再入力できる → ☓
腕立て100回やったら、… → ☓
検証可能なCPUを酷使する計算、… → ⃝

p ハッシュ計算を使う例

(Hashcash)

データ＋ nonce (いろいろ変えてみる）
SHA256
000000001000111010001…1

「ハッシュ値がゼロ8個で始まるnonceを求めよ」

p （長期的に）難しい計算？
計算機の性能向上にあわせて、ゼロの数を増やす
データ＋ nonce (いろいろ変えてみる）
SHA256
000000000000111010001…1

「ハッシュ値がゼロ9個で始まるnonceを求めよ」

bitcoinのタイムスタンプ
p プルーフ・オブ・ワークを利用
取引はP2Pネットワーク全体に放送される
ノードは取引をブロックに取り込む
ノードは、プルーフ・オブ・ワークを探す
プルーフ・オブ・ワークを見つけたノードは、それを放送
ブロック

ブロック
ハッシュ値

nonce

ハッシュ値

ブロック
nonce

ハッシュ値

取引

取引

nonce

CPUパワーによる正統性証明
p 最長のチェーンが正統なタイムスタンプ
p 偽造ブロックの作成には、チェーン全体の再

計算が必要
偽造ブロック作成に必要な再計算
偽造ブロック

正統ブロック

マークル・ツリー構造
p 分散ファイルのハッシュ値を検証可能にする
ルートハッシュさえ安全に入手できれば、それ以下のハッ
シュ値やデータ本体は、P2Pネットワークのどこから入手
してもよい
ルートハッシュ

ブロック情報のコンパクト化
p マークル・ツリーのルートハッシュだけをブ

ロックヘッダに入れる
p 実際の取引情報は、必要に応じて入手する

価値の分割と統合
p 取引には
インプット：１∼複数個
アウトプット：１or 2

直前の取引１

次の支払い用

直前の取引２

おつり用

直前の取引３

bitcoinのプライバシ
p すべての取引は「公に」なっている
p 公開鍵と本人のリンク可能性は消せる
取引のたびに鍵ペアを新規に生成すればより強力
複数のインプットがある取引では、同一性が維持される
のでリンク可能になる

ギャンブラーの破滅問題
p カジノとギャンブラーの勝率がそれぞれ50%
p ゲームを続けるとどうなるか？

→ カジノの圧勝
p 所持金が多い方が有利だから

攻撃者がチェーンを偽造する
p 追いつき、追い越す確率
p ギャンブラーの破滅問題になる

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