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ブロックチェーンのノードの種類！分散型管理の裏側を解説！！

shiba

こんにちは。ルピナス暗号資産ナビゲーターのshibaです。


仮想通貨の根幹を支えているブロックチェーンですが、世界中の取引データはどのように記録されているのか気になったことはありませんか？

仮想通貨に投資したくても、なんだかあやしい、何かよくわからないけど怖い、そんな感情を持っているとしたら、ブロックチェーンに対する理解を深めることでこれらの感情を払拭できるかもしれません。

今回はブロックチェーンの分散型管理を支えているノード（コンピュータ）の役割を紐解いていきます。ノードはどのような役割を持っているのでしょうか。

自分が何を取引していて、誰がデータを管理しているのか、そのあたりが理解できればリスクと感じているものがある程度緩和するかもしれませんね。


この記事は、暗号資産（=仮想通貨）投資コミュニティ、ルピナスの投資講座の内容に基づき書いています。

暗号資産の投資からWeb3.0、ブロックチェーンのことなど、暗号資産を取り巻く情勢について解説しています。その目的は暗号資産投資のリスクヘッジであり、より小さなストレスで最大の利益を得ることです。

私自身もこの記事を書きながら勉強している身で、この記事を読んでくださるあなたと共に学んでいければと思っていますので、どうぞよろしくお願いします。

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※本記事では、仮想通貨、暗号通貨、暗号資産などの用語が登場しますが、これらは基本的に同じ意味です。


１．ブロックチェーンとは何か

今回は仮想通貨取引を時々刻々記録していくブロックチェーンの裏側、分散型管理を担うノードの役割を深堀りしていきます。

冒頭ではブロックチェーンを知っていること前提で話を進めてしまいましたが、そもそもブロックチェーンとは何か、ご存じない方もいらっしゃると思います。

ですので、まずは仮想通貨とブロックチェーンの関係を簡潔に整理しておきたいと思います。

■ブロックチェーンとは何か

ブロックチェーンを一言で表すと、「透明性とセキュリティを備えた複数コンピュータで分散管理される台帳システム」です。

これまで、金銭の送受金などの取引を記録して管理するのは常に企業や公共などの組織でした。しかしブロックチェーンで金銭取引を管理しているのは、世界中に分散的に存在するコンピュータであり、組織であるどころか誰が管理しているのかも特定できない存在です。

下の図では、左側は従来の中央集中管理、右側がブロックチェーンの分散型管理をイメージしたものです。

従来の中央集中管理とブロックチェーンの分散型管理のイメージ

今回はこの分散型管理をしているコンピュータ（ノードと呼びます）の種類について解説します。

ブロックチェーンについては、ここではこれ以上深掘りしませんが、その仕組みについては下記の記事で解説していますので併せてご覧ください。


２．コンセンサスアルゴリズム


分散型管理と言われて、「え、何それ？」と思う方も多いと思います。

  • 世界中に散らばったコンピュータがどうやってビットコインとかの記録を作っていくの？

  • 世界中のコンピュータがどうやって同じデータを共有するの？

  • たくさんノードあると思うけど、誰がリーダーなの？

こんな風に考える方もいらっしゃるかもしれません。

ブロックチェーンにはコンセンサスアルゴリズムというデータを管理するためのルールがあります。コンセンサスは「合意」、アルゴリズムは「仕組み」です。つまり、ノード間で合意を得る仕組みということです。

この仕組みがよくできているので、世界中に散らばったノードが協力して（厳密には競争しながら）、世界の仮想通貨取引を１本のブロックチェーンとして紡いでいけるようになっています。

そして、コンセンサスアルゴリズムとしてよく聞く手法としては、ビットコインのPoW（プルーフ・オブ・ワーク）とイーサリアムのPoS（プルーフ・オブ・ステーク）があります。

イーサリアムは、2022年のアップデートでPoWからPoSに、コンセンサスアルゴリズムを変更しました。

■PoW（プルーフ・オブ・ワーク）

PoWは、世界中に散らばったノードがマイニング（採掘）してブロックを生成していく仕組みです。

何をマイニングするかというと、下図のナンス値です。

PoWで生成されるブロックの中身とマイニングの意味

各ブロックを暗号化するために必要な特定のナンス値（文字列）を見つけ出すために、膨大な計算作業が必要です。

このナンス値を最初に見つけたノードがブロックを生成する権利を持ち、マイニング報酬を受け取ります。

先ほどご紹介した、以下の記事でPoWの仕組みを解説していますので併せてご覧ください。

■PoS（プルーフ・オブ・ステーク）

近年、PoWの消費電力が大きすぎるという批判が持ち上がり、PoSを採用するブロックチェーンプロジェクトが増えています。

PoSは、ブロック生成の権利をマイニングではなく保有しているコインの枚数で決定しようというものです。

計算作業が必要ないため消費電力が抑えられるというわけです。PoWとPoSの特徴を以下の表でまとめてみました。

PoWとPoSの特徴

PoSについては、以下の記事で解説していますので併せてご覧ください。

３．管理者（ノード）の役割

前置きが長くなってしまいましたが、上記したようにブロックチェーンを分散管理するノードは世界中に散らばっています。

でも数分に１つ生成されるブロックのデータをずっと記録し続けるわけなので、１ブロックのデータ量は小さくても、積み上げていけば膨大な量になってしまいます。

そこで、ノードによってどんなデータを記録していくのか、実はその役割にはいくつかあるんですよ、というお話をします。

自分がブロックチェーンを管理するわけではなくても、このような仕組みを頭に入れておくことで、投資を判断する際にリスクを量りやすくなります。

今回の記事では、PoSをイメージしながら説明していきたいと思います。

なお、ここから先の説明は、Stir（スター）さんのツイートを参考にしています。

■ノードの種類

先ほどから、ノードという言葉を何度も使っています。ノードは、ブロックチェーンのブロックを生成し、取引データを記録するコンピュータを指します。

コンピュータというのは、私達が普段使用するPCであったり、組織単位で管理しているPCだったりしますが、一般的にイメージするPCと同じものと考えてください。

なお、PoSにおいてブロックを生成する人をバリデータと呼びます。

PoSを分散管理しているノードは、下図のようにフルノードと軽量ノード（ライトノード）に大別されますが、バリデータになれるのはフルノードだけです。

ノードの種類

フルノード、ライトノードについては、イーサリアムの公式サイトにも解説が掲載されていますので、よかったらこちらもご一読ください。

■プルーンノードとアーカイブノードの違い

フルノードはさらにプルーンノードとアーカイブノードに分けられます。

この２つのノードの役割を説明する前に、ブロックチェーンに記録していくデータの種類を説明しますね。

ブロックチェーンには、

  • Aさん、Bさんがイーサリアムを〇枚保有しているという「状態」を記録するState（ステイト）と呼ばれるデータ

  • AさんとBさんの金銭取引、金銭の移動を記録するBlockと呼ばれるデータ

の２種類のデータがあります。

プルーンノードとアーカイブノードは、それぞれ以下のように記録しているデータが異なっています。

プルーンノードとアーカイブノードが記録しているデータの違い

上図からわかりますが、プルーンノードはBlockデータのみを記録し、アーカイブノードにはStateを含めた全てのデータが記録されています。

■軽量（ライト）ノードの役割

一方ライトノードはというと、ブロックヘッダと呼ばれる日付情報などのメタデータのみを記録するノードになっています。

ブロックチェーンの仕組みを理解することで、投資のリスクを少しでも減らすことにつながれば幸いです＾＾


まとめ

今回の記事では、ブロックチェーンを分散管理するノードの役割をご紹介しました。

最後に簡潔にまとめてこの記事を終わりたいと思います。


■今回の記事のポイント

  • ブロックチェーンは、「透明性とセキュリティを備えた複数コンピュータで分散管理される台帳のシステム」

  • ブロックチェーンは、PoWやPoSなどのコンセンサスアルゴリズムによって、世界中のコンピュータ（ノード）が世界中の取引を確認、承認、記録していくことができる優れた仕組みを持っている

  • ノードは、フルノードとライトノードに分類され、さらにフルノードはプルーンノードとアーカイブノードに分類される。それぞれ記録しているデータの種類が異なる。


この記事では、できるだけ初心者の方にわかりやすく書いているつもりですが、よくわからないところなどコメントいただければ別の記事で補足していきたいと思います。

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また、ルピナスのホームページでは、暗号資産に関わる様々な情報提供を行っていますので、併せて参考にしていただければと思います。

以上、ここまで読んでくださりありがとうございました。
また次の記事でお会いしましょう。

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