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Web3について学ぼう問題集13

koshin

みんなで作るWeb3 模試ということで、駆け出しエンジニアながら参加させていただきます！

本日で2回目の参加になります！
1回目：

この問題は、ChatGPT のサポートを受けて作成しています。解答が誤っていたら、教えていただけたら嬉しいです。

Q1　ブロックチェーンネットワークにおいて、最初のブロックであり、他のすべてのブロックの起点となる特別なブロックは何と呼ばれますか？

Q2　ブロックチェーンのすべてのトランザクションを保持し、ネットワークの完全なコピーを維持しているノードは何と呼ばれるでしょうか？

Q3　ブロックチェーンの一部のトランザクションを保持し、簡単な取引を検証するために、ブロックヘッダーのみをダウンロードするノードは何と呼ばれるでしょうか？

Q4　イーサリアムにおいて、新しいブロックが生成される平均的な時間間隔は約何秒と言われているでしょうか？

Q5　ブロックチェーンにおいて、分散性、セキュリティ、およびスケーラビリティの3つの要素の間でバランスを取ることが難しいことを何と呼びますか？

A1　ジェネシスブロック
ジェネシスブロックとは、ブロックチェーンの最初のブロックであり、他のすべてのブロックの起点となる重要なブロックです。ジェネシスブロックは、ブロックチェーンが作成される際に最初に生成される固定されたブロックで、通常はプリマイニングされたコインや特別なメッセージが含まれることがあります。

ジェネシスブロックの主な特徴は以下の通りです。

  1. 固定されたデータ：ジェネシスブロックは、ブロックチェーンの基礎となるため、そのデータは固定されており、後から変更することはできません。

  2. 最初のブロック：ジェネシスブロックは、すべてのブロックチェーンの最初のブロックであり、新しいブロックが追加される際の基準点となります。

  3. 親ブロックなし：ジェネシスブロックは最初のブロックであるため、親ブロックが存在しません。そのため、ジェネシスブロックの前のブロックは存在しないことになります。

  4. 特別なメッセージ：ジェネシスブロックには、ブロックチェーンの創設者によって特別なメッセージが含まれることがあります。例えば、ビットコインのジェネシスブロックには、「The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks」というメッセージが記載されており、これは2009年当時の経済状況を象徴するものとなっています。

ジェネシスブロックは、ブロックチェーンの起点となるブロックであり、ネットワークの信頼性やデータの整合性を保つために重要な役割を果たしています。

A2　フルノード
ブロックチェーンは、データを分散して複数のノード上に保管されます。この中で、フルノードはブロックチェーンのすべてのトランザクションを保持し、ネットワークの完全なコピーを維持します。

フルノードの主な機能は以下の通りです。

  1. トランザクションの検証：フルノードは、ブロックチェーンに送信されるすべてのトランザクションを検証し、その有効性を確認します。これにより、二重支払いや不正なトランザクションがブロックチェーンに記録されるのを防ぎます。

  2. ブロックの検証：新しいブロックが生成されると、フルノードはそのブロックの内容と構造を検証し、正当性を確認します。このプロセスでは、ブロック内のすべてのトランザクションが検証され、ブロック自体も適切な形式であることが確認されます。

  3. ネットワークの分散性向上：フルノードが増えることで、ブロックチェーンはさらに分散化され、一部の悪意あるノードや攻撃者によってネットワーク全体が操作されるリスクが低減されます。

フルノードは、ブロックチェーン技術が提供する信頼性、セキュリティ、および分散性を実現する上で、中心的な役割を果たします。ただし、フルノードを運用するには、大量のストレージ容量が必要であり、これがネットワーク参加者に対する一定のコスト負担となります。

A3　SPVノード
ブロックチェーンには、ノードにはいくつかの種類があります。その中で、SPVノード（Simplified Payment Verificationノード）は、ブロックチェーンの完全なコピーを持たず、ブロックヘッダーのみをダウンロードして取引を検証するタイプのノードです。SPVノードは、ブロックヘッダー情報と、自分が関与する取引に関連する情報のみを保持します。

SPVノードは以下の特徴を持ちます。

  1. 軽量化：すべてのブロックデータを保持しないため、ストレージ容量や帯域幅の要求が低く抑えられます。これにより、運用コストが抑えられ、スマートフォンや低スペックのデバイスでも利用できるようになります。

  2. 取引検証：SPVノードは、自分が関与する取引のみを検証することができます。ブロックヘッダー情報を利用して、取引が正当なブロックに含まれていることを確認します。

ただし、SPVノードには以下のような欠点もあります。

  1. 限定的な検証：SPVノードは自分が関与する取引のみを検証できるため、他の取引に関する情報や検証能力が制限されます。

  2. プライバシーの低下：SPVノードは、取引情報を取得する際に、フルノードに照会を行います。この照会時に送信される情報を元に、特定の取引に関与していることが推測される可能性があります。

  3. 中央集権化のリスク：SPVノードはフルノードに依存して取引情報を取得するため、フルノードが適切に機能しない場合、正確な情報が得られなくなるリスクがあります。

このように、SPVノードは軽量化と取引検証能力を兼ね備えていますが、中央集権化のリスクも伴います。それでも、運用コストを抑えたい場合や、モバイルデバイスで利用したい場合には、SPVノードが適した選択肢となります。

A4　12秒
※2023 / 5 / 13 15秒から12秒に修正しました。The Merge 以降、基本的12秒になるそうです。
イーサリアムでは、新しいブロックが生成されることで、取引が承認され、ブロックチェーンに追加されます。ブロック生成時間は、新しいブロックが平均的にどのくらいの時間で生成されるかを示す指標であり、イーサリアムの場合、その時間は約12秒です。

イーサリアムのブロック生成時間がビットコインの約10分より短い理由は、イーサリアムが採用しているコンセンサスアルゴリズムであるEthashによるものです。このアルゴリズムは、より短いブロック生成時間を可能にするように設計されており、これによりイーサリアムでは取引の承認が迅速に行われます。

ただし、短いブロック生成時間にはデメリットも存在します。例えば、ブロックが生成される速度が速いため、ネットワーク上で競合するブロックが生じる可能性が高くなります。これは、ブロックの孤立や一時的な分岐（フォーク）が起こりやすくなることを意味します。イーサリアムでは、これに対処するために、GHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）プロトコルを採用しており、これにより一時的な分岐が発生しても効率的に承認されたブロックを選択することができます。

イーサリアムのブロック生成時間は、取引の承認速度とネットワークのセキュリティをバランスさせるために重要な役割を果たしています。

A5　ブロックチェーントリレンマ
ブロックチェーントリレンマとは、ブロックチェーンが分散性、セキュリティ、およびスケーラビリティという3つの重要な要素の間でバランスを取ることが難しいという問題を指します。

ブロックチェーントリレンマは、これら3つの要素を同時に最適化することが非常に困難であることを示しています。例えば、分散性を向上させるためにノード数を増やすと、ネットワークの遅延が増え、スケーラビリティが低下する可能性があります。また、セキュリティを強化することで、ネットワークの運用コストが増え、分散性が低下することがあります。

様々なブロックチェーンプロジェクトは、ブロックチェーントリレンマを解決するために、異なるアプローチを試みています。これには、シャーディング、オフチェーン処理、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）などの技術が含まれます。

主催者のユウキさん：


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