特開 2023-159660 合意形成システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023159660

(43)【公開日】2023-11-01

(54)【発明の名称】合意形成システム

(51)【国際特許分類】

   H04L 9/32 20060101AFI20231025BHJP

【ＦＩ】

H04L9/32 200Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022069495

(22)【出願日】2022-04-20

(71)【出願人】

【識別番号】800000068

【氏名又は名称】学校法人東京電機大学

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】小川 猛志

(72)【発明者】

【氏名】大林 正樹

(57)【要約】

【課題】本開示の目的は、ライトノードが保持するブロックチェーンのデータ量を削減することにある。
【解決手段】本開示のシステムは、ブロックチェーンのデータを、複数のブロックを含むブロック群に分割して保持するフルノードと、自装置に記録されているブロックヘッダのチェーンに含まれる複数のブロックのヘッダ情報を用いてブロック群ヘッダのチェーンを作成し、前記ブロック群ヘッダのチェーンに含まれるブロックヘッダを、前記ブロックヘッダのチェーンから削除するライトノードと、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブロックチェーンに含まれるブロックのヘッダ情報を用いてブロックヘッダのチェーンを記録するライトノードであって、
ブロックヘッダのチェーンに含まれる複数のブロックのヘッダ情報を用いて、複数のブロックで構成されるブロック群のヘッダ情報であるブロック群ヘッダのチェーンを作成し、
前記ブロック群ヘッダのチェーンに含まれるブロックヘッダを、前記ブロックヘッダのチェーンから削除する、
ライトノード。

【請求項2】

前記ブロック群ヘッダは、前記ブロック群に含まれるトランザクションのハッシュ値を用いて求められるマークルルートを含み、
任意のブロックに含まれる任意のトランザクションの検証を行う際、
検証対象のトランザクションのハッシュ値をフルノードに送信し、
前記フルノードから検証対象のトランザクションの格納されているブロック群ヘッダのハッシュ値及び前記ブロック群のマークルツリーデータを受信し、
自装置に格納されているブロック群ヘッダのチェーンから、受信したブロック群のハッシュ値に対応するブロック群ヘッダを読み出し、
受信したマークルツリーデータを用いて検証対象のトランザクションの格納されているブロック群のマークルルートを算出し、
算出されたマークルルートが前記読み出したブロック群ヘッダに格納されているマークルルートと一致することを検証する、
請求項１に記載のライトノード。

【請求項3】

トランザクションデータの格納されている複数のブロックを含むブロックチェーンを送受信するフルノードであって、
ブロックチェーンの長さが一定の個数に達すると、ブロックチェーンに含まれるブロックの最新のブロックから前記一定の個数に対応するブロックを含むブロック群を構成し、
前記ブロック群に含まれるブロックのブロックヘッダに格納されているマークルルートを用いて前記ブロック群のマークルルートを算出し、
前記ブロック群の１つ前のブロック群のブロック群ヘッダのハッシュ値、及び前記算出したマークルルートを、前記ブロック群のヘッダに格納する、
フルノード。

【請求項4】

請求項１又は２に記載のライトノードと、
請求項３に記載のフルノードと、
を備える合意形成システム。

【請求項5】

ブロックチェーンに含まれる各ブロックのヘッダ情報を用いてブロックヘッダのチェーンを記録するライトノードが実行する方法であって、
ブロックヘッダのチェーンに含まれる複数のブロックのヘッダ情報を用いて、複数のブロックで構成されるブロック群のヘッダ情報であるブロック群ヘッダのチェーンを作成し、
前記ブロック群ヘッダのチェーンに含まれるブロックヘッダを、前記ブロックヘッダのチェーンから削除する、
方法。

【請求項6】

トランザクションデータの格納されている複数のブロックを含むブロックチェーンを送受信するフルノードが実行する方法であって、
ブロックチェーンの長さが一定の個数に達すると、ブロックチェーンに含まれるブロックの最新のブロックから前記一定の個数に対応するブロックを含むブロック群を構成し、
前記ブロック群に含まれるブロックのブロックヘッダに格納されているマークルルートを用いて前記ブロック群のマークルルートを算出し、
前記ブロック群の１つ前のブロック群のブロック群ヘッダのハッシュ値、及び前記算出したマークルルートを、前記ブロック群のヘッダに格納する、
方法。

【請求項7】

請求項１又は２に記載のライトノード、或いは請求項３に記載のフルノード、としてコンピュータを実現させるためのプログラム。

【請求項8】

トランザクションデータの格納されている複数のブロックと、
前記複数のブロックで構成されるブロック群に含まれるブロックのブロックヘッダに格納されているマークルルートを用いて求められるブロック群のマークルルートと、
前記複数のブロックの前に接続されているブロック群のブロック群ヘッダのハッシュ値と、
を含むブロックチェーンのデータ構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ブロックチェーンのデータ容量を削減するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ブロックチェーンとは、一定期間の取引データの中で有効と判定されたものをブロックという単位でまとめ、そのブロックのハッシュ値をチェーン上に繋ぎ合わせることで有効な取引データの集合及びその実行順序を多数のノード間で合意できる技術である。ブロックチェーンの全データを保持するノード（以下、フルノード）の中でプルーフ・オブ・ワーク（ＰｏＷ）などの不正が困難とされるランダムなくじにより選ばれたノードは、有効と判定したブロックチェーンの末尾につながる次のブロックを生成し、ブロックチェーンネットワークに送信し、全てのフルノードは当該ブロックをブロックチェーンの当該末尾に接続する。よってブロックチェーンの長さが長くなると、当該のチェーンを多数のフルノードが有効とみなしていること（＝多数のノード間の合意形成）を、統計的に保証することができる。また、ブロックチェーンのデータは全てのフルノードが保持しているため極めて高い耐障害性がある。

【0003】

フルノードはブロックチェーンを安定して保持する重要なノードであり、ブロックチェーンの最初のブロックから最新のブロックまで全てのブロックデータを保持するノードである。全てのブロックを保持しているため、取引データ（以下、トランザクションまたは略記してＴｘとして示す）の全てについて有効／無効を判定することができる。フルノードになることで、ブロックチェーンネットワークのセキュリティがＴｘの検証によって保障され、またユーザはブロックの作成者になることで報酬を得ることができる。そのため、フルノードになることは他の全ノード（ネットワーク）に対しても、当該ノード自身（ユーザー）に対しても、双方にメリットがある。

【0004】

図１に、ブロックの構造の一例を示す。図では理解が容易になるよう、ブロックチェーンが２つのブロック１１＃１０１及び＃１０２で構成される例を示す。各ブロックには、１以上のトランザクションＴｘとブロックヘッダが含まれる。ブロックヘッダには、バージョン、Ｎｏｎｃｅ、プリビアスハッシュ（Ｐｒｅｖｉｏｕｓ Ｈａｓｈ）、時刻、マークルルート（Ｍａｒｋｌｅ Ｒｏｏｔ）、ビット数（ｎ Ｂｉｔｓ）が格納される。Ｎｏｎｃｅは、ＰｏＷ（Ｐｒｏｏｆ ｏｆ Ｗｏｒｋ）で用いる情報であり、一定の長さを有する任意のｂｉｔ列である。プリビアスハッシュは、検証済みの１つ前のブロック（メインチェーンの最上位のブロック）のブロックヘッダのハッシュ値である。なお、先頭のブロック群ヘッダのプリビアスハッシュは、ブロックチェーンとの対応を明示するため、ブロックチェーンの先頭ブロック（ジェネシスブロック）のブロックヘッダのハッシュ値を格納してもよい。

【0005】

図２に、マークルルートの一例を示す。マークルルートは、トランザクションのハッシュ値を用いて求められる値である。例えば、４つのトランザクションがある場合、それぞれのハッシュ値を求め、求めたハッシュ値の２つを用いてさらにハッシュ値（Ｈａｓｈ０及びＨａｓｈ１）を算出し、Ｈａｓｈ０及びＨａｓｈ１のハッシュ値（Ｔｏｐ Ｈａｓｈ）をさらに求める。このように、ツリー構造に従ってハッシュ値を算出することで、マークルルートを算出することができる。

【0006】

ブロックデータのすべてを保持すると、データ量が膨大になるため、各ブロックのヘッダ情報（Ｂｌｏｃｋ Ｈｅａｄｅｒ）のみを持ち、トランザクションデータは保持しないライトノードが定義されている。ライトノードはブロックチェーンデータを保持しないが、Ｔｘを発行することと、Ｔｘがフルノードによってブロックチェーンに取り込まれたことを検証することができるノードである。

【0007】

イーサリアムやビットコインなどのパブリック型のブロックチェーンでは過去の全てのＴｘデータの保持が必要である。年々、利用者も増え単位時間当たりのＴｘ発行数が大幅に増えている。２０２１年６月１１日時点でのイーサリアムのフルノードの保持するブロックチェーンデータ量は８２１ＧＢであり、２０２０年６月１１日と比較すると１年で約４４５ＧＢ増加している。ライトノードで保持するブロックヘッダはブロックチェーンデータの１／１９程度のサイズであるが、どちらの種類のノードも今後さらに保持が必要なデータ量が急激に増加する可能性が高い。データ量が増えることでフルノードやライトノードを運用するユーザーは容量の大きいＳＳＤまたはＨＤＤが必要になる。

【0008】

金子らの研究ではネットワークに属するノードをＩＰアドレスからランダムにクラスタリングして、ブロックの作成をクラスタの順にし、ブロックごとに順に特定のクラスタが持つことでフルノードが保持するストレージ量をクラスタ数分の１に軽減した（非特許文献１）。またＹｉｂｉｎ Ｘｕらの研究ではブロックチェーンのセグメントに分けて分散的に保持することでフルノードのストレージ量を軽減した（非特許文献２）。しかし、両文献ともにライトノードのストレージ量を削減することはできない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】金子 勇大，朝香 卓也，“ブロックチェーンにおけるストレージを考慮したＤＨＴ 負荷分散クラスタリング”，信学技報， ｖｏｌ． １１８， ｎｏ． ３７１， ＮＳ２０１８－１６１， ｐｐ． ２９－３４，２０２１．７．１

【非特許文献2】ＹＩＢＩＮ ＸＵ，ＹＡＮＧＹＵ ＨＵＡＮ，“Ｓｅｇｍｅｎｔ Ｂｌｏｃｋｃｈａｉｎ： Ａ Ｓｉｚｅ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ Ｂｌｏｃｋｃｈａｉｎ”，ＩＥＥＥ，１３．１．２０２０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本開示の目的は、ライトノードが保持するブロックチェーンのデータ量を削減することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示のブロックチェーンのデータ構造は、第一に、従来技術と同様、複数のトランザクションで構成されるブロックデータと、ブロックヘッダと、を含むブロックである。第二に、本開示に独自のデータ構造として、複数のブロックで構成されるブロック群データと、ブロック群ヘッダと、を含むブロック群である。前記複数のブロックは、それぞれ、トランザクションデータが格納されている。

【0012】

前記ブロックヘッダは、前記ブロックに含まれるトランザクションのハッシュ値を用いて求められるマークルルートと、前記ブロックの前に接続されているブロックヘッダのハッシュ値と、を含む。また、ブロック群ヘッダのハッシュ値を含む場合がある。前記ブロック群ヘッダは、前記複数のブロックに含まれるトランザクションのハッシュ値又は前記ブロック群に含まれるブロックのブロックヘッダに格納されているマークルルートを用いて求められるブロック群のマークルルートと、前記複数のブロックの前に接続されているブロック群ヘッダのハッシュ値と、を含む。

【0013】

本開示のシステムは、本開示のフルノードと、本開示のライトノードを備える。本開示のフルノード及びライトノードは、トランザクションデータが格納され、１つ前のブロックヘッダのハッシュ値によりチェーン構造となる複数のブロックを送受信する。本開示のフルノード及びライトノードは、さらに本開示の方法を実行する。

【0014】

本開示のフルノードは、ブロックチェーンの長さが一定の個数に達すると、ブロックチェーンに含まれるブロックの最新のブロックから前記一定の個数に対応するブロックを含むブロック群を構成し、
前記ブロック群に含まれるブロックのブロックヘッダに格納されているマークルルートを用いて前記ブロック群のマークルルートを算出し、
前記ブロック群の１つ前のブロック群のブロック群ヘッダのハッシュ値、及び前記算出したマークルルートを、前記ブロック群のヘッダに格納する。

【0015】

本開示のフルノードは、前記くじに当選すると、ブロックを生成するが、当該ブロックが前記ブロック群ヘッダを作成直後のブロックの場合、当該ブロックのブロックヘッダに前記ブロック群ヘッダのハッシュ値も収納する。ブロックを生成すると、他のフルノードとライトノードに転送する。他のノードからブロックを受信すると当該ブロックをノード内に記録する。

【0016】

本開示のライトノードは、ブロックチェーンに含まれるブロックのヘッダ情報を用いてブロックヘッダのチェーンを記録するライトノードであって、
ブロックヘッダのチェーンに含まれる複数のブロックのヘッダ情報を用いて、複数のブロックで構成されるブロック群のヘッダ情報であるブロック群ヘッダのチェーンを作成し、
前記ブロック群ヘッダのチェーンに含まれるブロックヘッダを、前記ブロックヘッダのチェーンから削除する。

【0017】

本開示のライトノードは、
任意のブロックに含まれる任意のトランザクションの検証を行う際、
検証対象のトランザクションのハッシュ値をフルノードに送信し、
前記フルノードから検証対象のトランザクションの格納されているブロック群ヘッダのハッシュ値及び前記ブロック群のマークルツリーデータを受信し、
自装置に格納されているブロック群ヘッダのチェーンから、受信したブロック群のハッシュ値に対応するブロック群ヘッダを読み出し、
受信したマークルツリーデータを用いて検証対象のトランザクションの格納されているブロック群のマークルルートを算出し、
算出されたマークルルートが前記読み出したブロック群ヘッダに格納されているマークルルートと一致することを検証してもよい。

【0018】

なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0019】

本開示によれば、ライトノードは、ブロックヘッダよりも数もデータ量も少ないブロック群ヘッダを保持すればよい。このため、本開示は、ライトノードが保持するブロックチェーンのデータ量を削減することができる。このため、本開示は、ブロックチェーンノードの経済的ハードルを下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】ブロックチェーンの構成例である。

【図2】ブロックヘッダに含まれるマークルルートの一例を示す。

【図3】本開示のシステム構成例を示す。

【図4】本開示のブロックチェーンの構成例を示す。

【図5】ブロック群のデータ構造の一例である。

【図6】ブロック群ヘッダに含まれるマークルルートの一例を示す。

【図7】ライトノードがトランザクションの検証を行う場合の動作の一例を示す。

【図8】ブロックチェーンの分岐の発生例である。

【図9】フルノード及びライトノードのデータ量の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0022】

図３に、本開示のシステム構成例を示す。本開示に係る合意形成システムは、複数のノード９１がＰ２Ｐ（ｐｅｅｒ－ｔｏ－ｐｅｅｒ）ネットワークで接続されている。ノード９１は、コンピュータであり、例えば、処理部３１、メモリ３２、及び送受信部３３を備える。ノード９１は、フルノード又はライトノードとして機能する。

【0023】

図４に、本開示のブロックチェーンの構成例を示す。本開示では、ブロックチェーンデータを一定の個数の複数の連続するブロック（以下、ブロック群）単位で分割する。その際、Ｎの整数倍に該当する区切り部分をチェックポイントとする。すなわち、ブロックチェーンの長さがＮの整数倍のチェックポイントに達すると、ブロックチェーンに含まれるブロックの末尾に位置する最新のブロックからＮ個のブロックを含むブロック群を構成する。これにより、本来フルノードが保持するブロックチェーンのデータを複数ブロック群に分割する。

【0024】

以下、既にブロック群１２＃１～１２＃１１０が存在し、ブロック１１＃５０１以降のブロック１１がブロックチェーンに接続される例を示す。この場合、ブロック群を構成する最初のブロック１１＃５０１のブロックヘッダには、一つ前のブロック１１＃５００のブロックヘッダのハッシュ値に加えて一つ前のブロック群１２＃１１０のブロック群ヘッダのハッシュ値が格納されている。また、ブロック１１＃５０５のブロックヘッダには、一つ前のブロック１１＃５０４のブロックヘッダのハッシュ値に加えてブロック群１２＃１１１のブロック群ヘッダのハッシュ値が格納されている。

【0025】

フルノードは、トランザクションの格納されている複数のブロックを含むブロックチェーンを送受信し、認証済みの新たなブロックをブロックチェーンに追加する。このとき、ブロックチェーンが新たなチェックポイントに到達すると、フルノードは、新しいブロック群１２のブロック群ヘッダを作成する。例えば、チェックポイントがブロック１１＃５０４の場合、各フルノードは、ブロック１１＃５０４を受信した際、ブロックの末尾に位置するブロック１１＃５０４からＮ個のブロックを含む新しいブロック群１２＃１１１のブロック群ヘッダを作成する。

【0026】

図５はブロック群のデータ構造の一例である。ブロック群１２＃１１１のデータは当該ブロック群に含まれる全ブロック１１＃５０１～１１＃５０４のデータと、新たに定義したブロック群ヘッダ１３で構成する。ブロック群ヘッダ１３は、プリビアスハッシュ及びマークルルートを含む。ブロック群ヘッダ１３に格納されるプリビアスハッシュは、一つ前のブロック群１２＃１１０のブロックヘッダのハッシュ値である。なお、先頭のブロック群ヘッダのプリビアスハッシュは、ブロックチェーンとの対応を明示するため、ブロックチェーンの先頭ブロック（ジェネシスブロック）のブロックヘッダのハッシュ値を格納してもよい。

【0027】

図６に、ブロック群ヘッダ１３に含まれるマークルルートの一例を示す。本開示では、Ｔｘがブロックチェーンに取り込まれていることを極力少ないデータ量で検証するため、ブロック群１２のマークルツリーを構成する。ブロック群１２のマークルツリーは、ブロック１１＃５０１～１１＃５０４に含まれる各トランザクションのハッシュ値を葉ノードとしてブロック群１２のマークルルートを計算したものであり、ブロック群ヘッダ１３内に記録される。

【0028】

例えば、ブロック１１＃５０１にトランザクション＃５０１１～＃５０１４が含まれる場合、トランザクション＃５０１１～＃５０１４の各ハッシュ値を用い、トランザクション＃５０１１～＃５０１４のツリー構造に従って、ブロック群１２＃１１１のマークルツリーが算出される。ブロック１１＃５０１～１１＃５０４のブロックヘッダには、マークルルートが格納されている。そのため、フルノードは、ブロック１１＃５０１～１１＃５０４のブロックヘッダに格納されているマークルルートを用いて、ブロック群１２＃１１１のマークルルートを算出する。

【0029】

ここで、マークルツリーデータはあるＴｘが当該ブロックの一部であることを示す事ができるｌｏｇ２ｎ個のハッシュ値のセット（ｎは当該ブロックに含まれるトランザクション数）であり、ｎが大きい場合ブロック全体のサイズに比べて大幅に小さい特徴がある。本開示では、マークルツリーがブロック１１からブロック群１２に拡張されている。そのため、フルノードは、ＴｘＩＤを用いてマークルルートを算出した場合に、当該Ｔｘの格納されているブロック群ヘッダのマークルルートとなるデータを、マークルツリーデータとして算出する。このように、本開示は、ブロック群を構成するブロックを集約するブロック群ヘッダ１３を新たに定義する。

【0030】

フルノードは、前記くじに当選するとブロックを生成するが、当該ブロックが前記ブロック群ヘッダを作成直後のブロックの場合、例えば、チェックポイントブロック１１１＃５０４の次のブロック１１１＃５０５の場合、ブロック群１２＃１１１のブロック群ヘッダのハッシュ値も当該ブロック１１１＃５０５のブロックヘッダに収納する。ブロック１１１＃５０５を生成すると、他のフルノードとライトノードに転送する。他のノードからブロックを受信すると当該ブロックをノード内に記録する。

【0031】

一方、ライトノードは、他のノードからブロックを受信すると、当該ブロックのヘッダのみをノード内に記録する。これによって、オリジンブロックであるブロック１１＃５０１から続くブロックヘッダのチェーンが作成され、ライトノードに保持される。

【0032】

ライトノードにおいても、オリジンブロックであるブロック１１＃５０１からＮの整数倍毎に、ブロックヘッダを用いてブロック群ヘッダ１３を作成する。本実施形態では、ライトノードは、ブロックヘッダのチェーンの中のブロック１１＃５０１からブロック１１＃５０４までのヘッダ情報を用いてブロック群ヘッダを作成する。

【0033】

ブロック群ヘッダ１３には、前述の通り、プリビアスハッシュ及びマークルルートが含まれている。プリビアスハッシュは、一つ前のブロック群１２＃１１０のブロック群ヘッダのハッシュ値である。本実施形態では、ライトノードは、ブロック群１２＃１１１の最初のブロック１１＃５０１のブロックヘッダから読み出すことができる。マークルルートは、ブロック群１２を構成するブロック１１を受信する毎にブロック１１のブロックヘッダに含まれるマークルルート値を用いてアップデートしてもよいし、ブロック１１＃５０１～１１＃５０４の全てを受信後にブロックヘッダのチェーンに含まれるブロック１１＃５０１～１１＃５０４のマークルルートを用いて計算してもよい。

【0034】

本実施形態では、新しいブロック群１２＃１１１が構成されると、ライトノードは、ブロック群１２＃１１１のブロック群ヘッダ１３を保持する。そして、図４に示すように、最初のブロック群から最新のブロック群１２＃１１１までのブロック群ヘッダ１３のチェーンを保持する。このため、ライトノードは、最初のブロック１１＃００１からブロック１１＃５０４までの全てのブロックヘッダを保持する必要はなく、ブロック群ヘッダ１３を保持すればよい。

【0035】

なお、ブロックチェーンは低い確率でチェーンが分岐するが、その後長い方のチェーンに後続のブロックを接続することでチェーンが長くなるとメインチェーンが確定する特徴がある。ビットコインの場合６段から８段程度チェーンが長くなるとメインチェーンがほぼ確定すると言われている。そこで、メインチェーンがほぼ確定するブロック数Ｍを予め定める。ライトノードは、ブロックチェーンの長さがＮの整数倍＋一定の個数Ｍ個に達すると、末尾のブロック群１２＃１１１に含まれるブロックのヘッダを廃棄する。末尾のブロック群１２＃１１１内に分岐（セカンダリチェーン）がある場合は、さらにセカンダリチェーンの末尾とメインチェーン末尾の長さの差がＭに達してから廃棄する。Ｍの大きさを十分大きくすることでブロックチェーン分岐の影響がブロック群１２＃１１１に及ばないようにすることができる。以上のように、本開示は、１ライトノードが保持するデータ量を減らすことができる。

【0036】

また、フルノードについても、ブロックチェーンの最初のブロック１１から最新のブロック１１まで全てのブロックデータを保持する必要はない。一定の個数がＮの整数倍である場合、フルノードは、ブロックチェーンの長さがＮの整数倍＋一定の個数Ｍ個に達すると、末尾のブロック群１２＃１１１に含まれるブロックを廃棄することができる。

【0037】

前記ブロックを廃棄するフルノードは、例えば以下のように決定する。「フルノードの総数＝Ｓ、ネットワークからのブロック消失を防ぐための冗長度＝Ｒ、フルノードの番号＝Ｉ、当該ブロック群ヘッダのハッシュ値＝Ｈのとき、ＩとＨのハッシュ値をＳで割った余りがＲ以上の場合、当該フルノードは当該ブロック群に含まれるブロックを廃棄して良い。」以上のように、本開示は、１フルノードが保持する必要があるデータ量も減らすことができる。

【0038】

図７に、ライトノードがトランザクションの検証を行う場合の動作の一例を示す。ライトノードにおいて、あるＴｘがブロックチェーンに含まれていることを検証したい場合、いずれかのフルノードに当該Ｔｘのハッシュ値（ＴｘＩＤ）を送信する（Ｓ１０１）。当該フルノードは、当該Ｔｘを含むブロック群１２のブロック群ヘッダのハッシュ値（ブロック群ＩＤ）とマークルツリーデータを算出し（Ｓ１０２）、当該ライトノードに返却する（Ｓ１０３）。

【0039】

ライトノードは、自装置に格納されているブロック群ヘッダのチェーンから、受信したブロック群ＩＤに対応するブロック群ヘッダを読み出す。ライトノードは、受信したマークルツリーデータを用いて、受信したブロック群ＩＤに対応するブロック群１２のマークルルートを算出する（Ｓ１０４）。ライトノードは、計算できるマークルルートの値が、ブロック群ＩＤに対応するブロック群ヘッダ１３内に保持しているマークルルートの値と一致するか否かを判定する。

【0040】

一致すれば、当該Ｔｘが当該ブロック群１２に含まれていることになる。このため、ライトノードは、ブロック群１２のブロック群ヘッダ１３を保持するだけで、ブロック全体を受信せずに、任意のＴｘがブロック群１２に含まれていることを確認することができる。

【0041】

ブロックチェーン技術では、最新のブロックが複数のノードでほぼ同時に作成された場合、図８に示すように、ブロックチェーンの分岐が発生する可能性がある。次のブロックは長いほうのチェーンに接続されるため短い方のチェーンが伸長する確率は低いが、まれに伸長してメインチェーンの切り替えが発生する。そこで、チェックポイントがブロック１１＃５０３であればブロック１１＃５０３までのブロック群１２を構成するが、切り替えの可能性のあるブロック１１＃５０４以降は一定数のブロック１１が接続されるまで、ブロック群１２を構成するブロック及びブロックヘッダの廃棄を行わない。この一定数（前記Ｍ）は、例えば、１０００が例示できる。

【0042】

また、本開示のシステムでは、チェーンの切り替えが起こる確率が低い過去の古いブロックは複数のフルノードが分散して保持し、切り替えの可能性のある一定段数以内の新しいブロックは全てのフルノードが保持する。例えば、図４の例では、ブロック群１２＃１１１については全てのフルノードが保持するが、ブロック群１２＃１については一部のフルノードのみが保持する。よって、ノードがフルノードになる際には、０以上の任意の数のブロック群１２のデータと全てのブロック群ヘッダ及び、一つ前のチェックポイントから最新のブロックまでのデータ（最大で１ブロック群分のブロック＋Ｍ個ブロック）を他のフルノードからダウンロードする。

【0043】

ジェネシスブロックから最新ブロックまでのブロック群ヘッダ及びブロックヘッダのハッシュ値に矛盾がなく、またそのチェーンの末尾が伸び続けることで、当該フルノードは当該ブロック群ヘッダとブロックヘッダのチェーンが正当なメインチェーンであることを判断する事ができる。また、受信したブロック群データのマークルツリーを計算し受信したブロック群ヘッダ内のマークルルートと比較することで受信したブロック群データが正当であることを判断することができる。

【0044】

同様にノードがライトノードになる際には、全てのブロック群ヘッダと、一つ前のチェックポイントから最新のブロックまでのブロックヘッダ（最大で１ブロック群分のブロックヘッダ＋Ｍ個のブロックヘッダ）を他のフルノードまたはライトノードからダウンロードする。またジェネシスブロックから最新ブロックまでのブロック群ヘッダ及びブロックヘッダのハッシュ値に矛盾がなく、またそのチェーンの末尾が伸び続けることで、当該ライトノードは当該ブロック群ヘッダとブロックヘッダのチェーンが正当なメインチェーンであることを判断する事ができる。

【0045】

さらに、図８に示すように、ブロックチェーンの分岐が発生した場合、ブロック１１＃５０４以降のブロック群１２の構成を行う際に、ブロック１１＃５０９及び１１＃５１０もブロック群１２に含めてもよい。

【0046】

図９に、フルノード及びライトノードのデータ量の一例を示す。従来のブロックチェーンのノードは、年々肥大化するブロックチェーンの全データを保存する必要があった。例えば、２０２１年１２月時点では、ブロック数が１４００万ブロックであった。この場合、ブロックサイズが８０ｋＢであり、ヘッダーサイズが５００Ｂとして計算すると、ライトノードが必要なデータ量は７ＧＢであり、フルノードが必要なデータ量は１．１ＴＢである。非特許文献２のＳｅｇｍｅｎｔ Ｂｌｏｃｋｃｈａｉｎを同一条件で適用すると、１０００個のブロックで１ブロック群を構成することで、フルノードの保持すべきデータ量を７．１ＧＢまで削減できている。

【0047】

一方、本開示では、過去のトランザクションをネットワーク上から消すことなく、１ノードが保持するデータ量を大幅に削減できる。例えば、非特許文献２と同様に１０００個のブロックで１ブロック群を構成した場合、１４００万個のブロック１１は１４０００個のブロック群１２にまとめられている。この場合、本開示は、１４０００個のブロック群ヘッダ１３を保持すればよく、ヘッダ情報を８ＭＢまで削減することができる。従って、本開示は１ライトノードが保持するデータ量を大幅に削減できる。

【0048】

また、本開示では、フルノードにおいて、各ブロック１１のヘッダ情報を保持してもよいが、各ブロック１１のヘッダ情報に代えてブロック群ヘッダ１３を保持することもできる。この場合、ヘッダ情報のデータ量が７ＧＢから８ＭＢになるため、１フルノードが保持するデータ量を８８ＭＢまで削減することができる。従って、本開示は１フルノードが保持するデータ量についても大幅に削減できる。

【0049】

このように、本開示はデータ量を削減することができるため、従来フルノードやライトノードとして使用できなかった軽量デバイスでもノードになることが可能である。さらにノードの経済的なハードルを下げることができるため、ブロックチェーンネットワークに参加しやすくなり、フルノードが減ることによるセキュリティの懸念も解決することが可能である。

【0050】

本開示のノード９１はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。本開示のプログラムは、本開示に係るノード９１に備わる各機能部としてコンピュータを実現させるためのプログラムであり、本開示に係るノード９１が実行する方法に備わる各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本開示は情報通信産業に適用することができる。

【符号の説明】

【0052】

１１：ブロック
１２：ブロック群
１３：ブロック群ヘッダ
３１：処理部
３２：メモリ
３３：送受信部
９１：ノード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】