【初心者向け】ビットコインの仕組み解説：秘密鍵、公開鍵、アドレス、ウォレットとは？

「ブロックチェーン公開講座シリーズ第2回：ビットコインの核心技術 – 秘密鍵、公開鍵、アドレス、そしてウォレットの深層」

はじめに：
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はじめに：

こんにちは。私は現在、東京大学のブロックチェーンイノベーション寄付講座が提供する公開講座に参加しています。この講座では、ブロックチェーン技術の基礎から最新のトレンドまでを幅広く学ぶことができ、私にとって非常に刺激的な経験となっています。

今回、第2回講義の内容を自分の理解を深めるために整理し、同時に他の方々とこの知識を共有したいと思い、このブログ記事を執筆しました。この記事は私の学習の成果であり、同時に復習の一環でもあります。ブロックチェーン技術に興味を持つ方々にとって、少しでも参考になれば幸いです。

それでは、ビットコインの核心技術について、私が理解した内容を説明していきたいと思います。

ビットコインの基本構成要素

2.1 秘密鍵：デジタル世界の署名

秘密鍵は、ビットコインシステムにおける最も重要な要素の一つです。これは256ビットの数字で、約10^77という天文学的な数の中からランダムに選ばれます。この数の大きさを理解するために、宇宙に存在する全陽子数（エディントン数）が約10^80であることを考えると、その規模が想像できるでしょう。

秘密鍵の生成には、暗号学的に安全な疑似乱数生成器（CSPRNG）が使用されます。これは、鍵の予測可能性を極限まで低下させるために重要です。

2.2 公開鍵：秘密鍵の公開版

公開鍵は秘密鍵から生成されますが、その過程には楕円曲線暗号という高度な数学が使用されます。具体的には、secp256k1と呼ばれる特定の楕円曲線上の点として表現されます。

興味深いのは、公開鍵には「圧縮」と「非圧縮」の2種類の形式があることです。圧縮形式は33バイト、非圧縮形式は65バイトのデータとして表現されます。圧縮形式の使用はトランザクションサイズを小さくし、結果として手数料の節約につながります。

2.3 ビットコインアドレス：取引の宛先

ビットコインアドレスは、公開鍵をさらに処理して生成されます。具体的には、SHA256とRIPEMD160という2つのハッシュ関数を適用し、その結果をBase58Checkでエンコードします。このプロセスにより、1で始まる26〜35文字の文字列が生成されます。

ウォレット：鍵管理の要

3.1 非決定性ウォレット

非決定性ウォレットは、各アドレスに対して新しい秘密鍵をランダムに生成します。これは直感的ですが、バックアップが困難であるため、現在はあまり推奨されていません。

3.2 決定性ウォレット

決定性ウォレットは、1つのシード（種）から多数の鍵を生成します。このアプローチにより、1つのシードさえバックアップしておけば、すべての鍵を復元できるようになります。

3.3 HDウォレット：革新的な鍵管理システム

HD（Hierarchical Deterministic）ウォレットは、決定性ウォレットの発展形です。これは、親鍵から子鍵、孫鍵と階層的に鍵を生成できる革新的なシステムです。特筆すべきは、「拡張公開鍵」を使用することで、秘密鍵を持たずに新しい公開鍵を生成できる点です。これにより、オンラインショップなどで各取引に新しいアドレスを安全に生成することが可能になります。