ノード (ノード) はブロックチェーン ネットワーク内のポイントであり、その主な機能は他のノード間でデータを分散することです。これは、分散化効果を維持しながらブロックチェーン内で情報を転送するために必要です。ノードは、中間リンクまたはデータの最終受信者になることができます。

ノードの技術的特徴

ノードは、暗号通貨ウォレットがインストールされたコンピューター (サーバー) であり、他の同様のコンピューターと同期されます。このようなノードのリンクがブロックチェーンを形成します。このようなネットワークを利用することで、大規模なデータフローを迅速に配信することが可能になります。

ノードの動作はサーバーのパワーによって保証されます。インターネット経由で情報を送信できるあらゆるデバイスがこれに適しています。また、ノードの動作には専用のソフトウェアが必要です。

ほとんどの場合、ノードは 3 つのタスクを実行するために使用されます。

  • ネットワーク参加者のウォレット内のトランザクションと資金の量に関する情報を保存し、ノード間で配布します。

  • ネットワーク ルール (PoS、PoW コンセンサス アルゴリズムなど) の実装を監視します。

  • ネットワークの存在全体のトランザクションに関する情報を保存する分散レジストリの操作をサポートします。

ノードはインターネット接続がなければ動作しません。オフラインのストレージ デバイスもノードの機能を実行できません。しかし、インターネットに接続すると本格的なノードになります。

なぜノードが必要なのでしょうか?

ブロックチェーンの安定した運用をサポートするには、相互に同期されたサーバーのネットワークが必要です。このようなネットワークの主な価値は、情報アレイの相互作用の速度を損なうことなく分散化の効果を確実にすることです。

コンピューターノードがさまざまな国や都市に配置されていることを考慮すると、特定の地域でインターネットをブロックしてもブロックチェーンのブロックにはつながりません。しかし、すべてのノードが 1 つのグループの手に集中すると、そのグループがネットワークを完全に制御できるようになり、分散化の効果が制限される可能性があります。

同時に、分散化は暗号通貨の重要な利点の 1 つです。これを確実にし、データ分散の効果を得るために、ブロックチェーンは多数の重要ではないノードを使用します。これらはマイニングには参加しませんが、トランザクション履歴全体を保存します。これにより、限られた 1 つのグループが分散台帳を制御することができなくなります。

ブロックチェーンの動作を保証するためにコンピューティング能力を提供したユーザーは、これに対する報酬を受け取ります。これが、このプロジェクトが人々に PC を分散ネットワークに接続するよう促す方法です。

ノードの種類

ブロックチェーン ノードの機能と目的は異なります。その中には、多くのブロックチェーンに存在する標準的なタイプがいくつかあります。拡張機能を備えた個々のネットワークで使用される追加のノード モデルもあります。

フルノード

これは、もともとビットコインを実行するために作成されたノードの最初のバージョンです。フルノードはブロックチェーンの基礎を形成し、トランザクションの完了に関与します。

このようなノードには、ネットワークが開始された瞬間から現在までのトランザクションとブロックに関するすべての情報が含まれています。 1 人のユーザーがコインを送金すると、この操作はすべてのノードによって「認識」され、履歴に保存されます。

1 つのブロックチェーン上で数万のフルノードが同時に動作できます。彼らは常にお互いに情報を交換しています。このような大規模なデータ ストリームを処理するには、十分なコンピューティング能力が必要です。

ユーザーが自分の PC にフル ノードを初めてインストールする場合は、同期する必要があります。つまり、ブロックチェーン全体をダウンロードする必要があります。一部のブロックチェーンの場合、これはかなりの量のメモリを消費します。たとえば、2022 年 11 月のビットコインのブロックチェーン サイズは 438 GB で、同期には数週間かかる可能性があります。

ノードがネットワークからしばらく切断された場合、接続されたときに再同期する必要があります。つまり、ノードが存在していない間に生成されたすべての情報をダウンロードする必要があります。

フル ノードには、ネットワーク上の他のタイプのノードと区別する特定のオプション セットがあります。最も重要な機能の 1 つは、トランザクションとブロックを確認するために署名 (キー) を検証することです。エラーが検出された場合、ノードは操作を拒否する可能性があります。原因はさまざまです: 不正なフォーマット、アルゴリズムエラー、重複、レコードの操作など。

完全なネットワーク ノードを持つユーザーは、受信転送を自分で確認できます。希望すれば、マイニングに参加して報酬を受け取る機会もあります。

ライトノード

ライトノードには、ブロックチェーンに関する完全な情報が含まれていません。このようなノードは、接続されているブロックのレコードのみを保存します。ほとんどの場合、そのようなノードは継続的に動作しません。

通常、軽量ノードは、フル ノードに接続し、口座残高、送受信トランザクションに関する情報などの情報をフル ノードからユーザーのコンピュータに中継するソフトウェアです。実際、ライトノードはブロックチェーンにアクセスするためのブリッジとしてフルノードを使用します。

軽量ノードには、大規模な計算能力やメモリを必要とせずに、暗号通貨を使用するために必要な一連の機能が備わっています。したがって、モバイルデバイスでも実行できます。通常、同期には数秒かかります。

プルーニングされたフルノード

このようなノードはブロックチェーン全体をダウンロードし、最初の起動時にのみ同期します。次に、一定量のメモリに達すると、自動的に新しいブロックがロードされ、古いブロックが削除されます。通常、ユーザーは設定でノード サイズ (たとえば、10 GB) を設定できます。

マイニングノード

マイニング ノードは暗号通貨マイニング プロセスに関与しており、Proof of Work アルゴリズムに基づくブロックチェーンでのみ使用されます。フルでもライトでも構いません。

このようなノードを実行するには、ユーザーは強力なコンピューティング機器を持っている必要があります。

  • 中央処理装置 (CPU);

  • グラフィックス プロセッシング ユニット (GPU);

  • 特定用途向け集積回路 (ASIC)。

特別なソフトウェアをインストールする必要もあります。

したがって、ビットコインのマイニングのプロセスでは、複雑な数学的問題を解決する必要があります。このような計算の結果、マイナーは実行された作業の証拠となる一意のコード値、つまりハッシュを見つけます。

次に、マイナーは見つかったハッシュを他のノードに送信します。他のノードは、それがタスクに準拠しているかどうかをチェックする必要があります。検証が成功すると、マイナーは新しいブロックを追加し、それに対する報酬を受け取ることができます。

ノードのステーキング

これは、Proof of Stake アルゴリズムを備えたブロックチェーンで使用されるマイニング ノードに似ています。このようなノードは、トランザクションを検証し、新しいブロックを追加するためにも必要であり、フルまたは軽量にすることもできます。

この場合、報酬は数学的な計算ではなく、アカウントに一定量のコインを保管することに対して与えられます。したがって、ステーキングノードを起動するために高価な機器を購入する必要はありません。あなたがしなければならないのは、ソフトウェアを正しく設定し、アカウントに補充することだけです。

マスターノード

マスターノードはフルノードに似ています。マスターノードにはブロックチェーンからのすべての情報が保存され、ブロックチェーンと同期されますが、追加の機能もあります。トランザクションを分割してウォレット間で送信することで匿名性を確保するために必要です。

フルノードの所有者は、ブロックチェーンの必要条件を満たしていればマスターノードを受け取ることができます。通常、主な要件は、アカウントに一定数のコインを補充して保持することです。また、特別なサーバー設定を実行する必要があります（仮想通貨ごとに設定は異なります）。

ユーザーが匿名トランザクションを行うと、ユーザーのコインはマスターノード内で「シャッフル」されます。このプロセスには、世界中に分散され、ランダムに選択されるさまざまな数のノードが関与する場合があります。混合ラウンドの数も異なります。これは手動または自動で設定できます。その結果、送信者と受信者の間のつながりを追跡することができなくなります。

マスターノードは、Proof of Stake アルゴリズムまたはハイブリッド PoW/PoS コンセンサスで動作できます。ユーザーにマスターノードの作成と管理を奨励するために、システムはマイナーのコミッションの一部をユーザーに授与します。報酬のサイズもブロックチェーンごとに異なります。

NEM (XEM) ブロックチェーン上で実行されるタイプのマスターノードはスーパーノードと呼ばれます。

ライトニングノード

ライトニング ネットワーク (LN) は、ユーザーの支払いチャネルのネットワークであるビットコイン ブロックチェーンの第 2 層のアドオンです。このシステムは、相互に、またメインのブロックチェーンと同期する特別な超高速ノードを採用しています。

ライトニング ノードは、それに直接関連付けられているトランザクションのみを検証します (ブロックチェーン上のすべてのトランザクションを検証する標準ノードとは異なります)。この機能のおかげで、最大のトランザクション処理速度が実現されます。

バリデータとオラクル

これらは、分散型ネットワーク内のノードが持つことができる追加機能です。

  • バリデーター ノードは、トランザクションを検証して承認するデバイスです。このようなノードは、ブロックチェーンの特性に応じて、さまざまなアルゴリズムを使用して動作できます。

  • オラクルは、外部システムからブロックチェーンに情報を送信するノードです。このようなデータの例としては、ブロックチェーン上で実行されている為替サービスの現在の通貨コストが挙げられます。

情報をスマート コントラクトが理解できる形式に変換するには、Oracle スクリプトが必要です。次に、バリデーターは、ブロックチェーン上の他のすべての情報とともにオラクルからのデータを検証します。

この場合、1 つのオラクルからの信号が多数のバリデーターによって検証されるため、ネットワーク全体のセキュリティが向上します。

ノード関数のフォークと変更

どの暗号通貨プロジェクトも定期的に更新できます。更新をネットワーク全体に有効にするには、すべてのノードが更新を受け入れる必要があります。場合によっては、特定の更新の実装に関して開発者および検証者のコミュニティ内で意見の相違が生じることがあります。その場合、ノードの一部が更新を受け入れ、他の部分が更新を拒否することがあります。変更を導入するプロセスはフォークと呼ばれます。

フォークには次の 2 種類があります。

  • ソフトフォークとは、ブロックチェーンの基本設定に矛盾しないソフトな変更と改善です。それらを受け入れるには、ノード所有者はソフトウェアを更新する必要があります。一部のノードのみがこの更新を受け入れても、システムは安定して動作し続けます。

  • ハードフォークには、ブロックチェーンへの大幅な変更が含まれます。このようなイベントの結果として、ネットワーク ノードの種類が完全に変わる可能性があります。たとえば、2022 年 9 月に、イーサリアム暗号通貨は POS アルゴリズムから POW に切り替わりました。その結果、マイニングノードは消滅し、バリデーター機能を備えたステーキングノードが登場しました。

ハードフォークを受け入れるかどうかについてコミュニティ内で意見の相違がある場合、ネットワークは互換性のない 2 つのブロックチェーンに分割されます。そのうちの 1 つは基本設定を保持し、2 つ目は新しい設定に切り替わります。