ブロックチェーンで発生する3種類のフォーク状態について詳しく解説

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１５：ブロックチェーンにフォーク状態が発生する３つのケース

第１３回の「コンセンサスアルゴリズム」の説明で、本来１本の線のようにつながった「チェーン」であるべきブロックチェーンが枝分かれする「フォーク」状態になることがあるという説明をしました。
それを解決するのがコンセンサスアルゴリズムです。
フォーク状態はこのような場合のほかにも発生するので、もう少し詳しく見てみましょう。

一時的フォーク状態

ブロックチェーンのコンセプトは新しいトランザクションを時系列で追加していくことなので、普通は新しいブロックが今までのブロックに１個だけ追加されていきます。
ですから１本の線のようにつながるブロックのチェーンの形になるのです。
しかし、集中した権限を持つ管理者がいないので、複数のマイナーがほぼ同時に新ブロックの生成に成功してそれぞれがブロックチェーンネットワーク全体にブロードキャストすると、各マイナーにほぼ同時に新ブロック候補が到着してしまいます。

例えば、３つのマイナーがほぼ同時に新ブロックの生成に成功したとすると、図１のように、１本のチェーンの先にマイナー①、マイナー②、マイナー③各々が生成した新ブロック候補が存在します。
１本が３本に別れるのでフォークのような形です。

このような状態が現れた場合、さらに次の新ブロックの生成を待ちます。
例えばマイナー④がブロック③の後ろにつなぐ前提で新ブロック④の生成に成功すると、ブロック③、ブロック④のチェーンだけが長くなります。
他のマイナーの動きも監視するので、いったんフォークが発生すると以後６ブロックの状態を見て、一番長いチェーンを「正式に合意を得たチェーン」として採用します。

新ブロックを生成するのに必要となるＰｏＷ（Proof of Work）という計算（後の回で具体的に説明します）は運を天に任せて多くの計算をした結果成功するという性質なので、複数のマイナーがほぼ同時に新ブロックの生成に成功するという事象はめったに発生しません。
したがって６ブロックも様子を見れば主流となるチェーンは１本に絞られています。

このように、コンセンサスアルゴリズムにより解決される（１本の線のようなチェーンに戻る）フォークは「一時的なフォーク」です。
フォーク状態にはこのほかにもソフトフォークとハードフォークというものがあります。
次にこれらについて説明します。

ブロックチェーンの仕様変更で生じるソフトフォーク

１本のチェーンを維持したままブロック生成に関する仕様変更が行われた場合にはソフトフォークという状態が発生します。

ある仮想通貨に関するブロックチェーン制御のブロックの仕様は、その仮想通貨について話し合うコミュニティにより定義され、基本となるソフトウェアがオープンソースとして公開されています。
例えばビットコインではbitcoin.orgからコミュニティの情報を得て、ブロックチェーンを制御するソフトウェアはGitHub上で公開されています。
このようなコミュニティの議論の中で、セキュリティ対策などにまれにブロックの仕様変更が決定されることがあります。

ブロックの仕様変更はソフトウェアの変更を意味しているので、変更日時を決めて世界中のマイナーが一斉に変更を実行します。
しかし、マイナーによっては変更後のソフトウェア開発の変更タイミングに間に合わなかったりして変更前の旧仕様のまま新ブロックを生成してしまう可能性があり、同様に変更が間に合っていないマイナーは旧仕様の新ブロック生成を受け入れてしまいます。
つまり旧仕様のチェーンも伸びる可能性があります。

こういう状況が発生すると、新仕様で生成されたブロックによるチェーンと旧仕様で生成されたチェーンの２本が存在するフォーク状態です。（図２の中段）
これをソフトフォークと呼んでいます。

世界中のマイナーは時間の経過とともにいずれはすべて新仕様のブロックを生成するソフトウェアを使うことになるので、旧仕様のチェーンは成長しなくなり新仕様のチェーンだけが早く成長し正式なチェーンとして採用されます。

２種類の仮想通貨に別れてしまうハードフォーク

さらにまれなことですが、１つの仮想通貨の仕様が議論される中で、２つの方式が提案、検討された結果、コミュニティ内の合意がとれなくなり両方の仕様の仮想通貨が併存する場合があります。（図２の下段）
これをハードフォークと呼んでいます。

例えばビットコイン（ＢＴＣ）では2017年にビットコインキャッシュ（ＢＣＨ）のハードフォークが発生しました。ハードフォークでは両方の仕様が生き続けるので現在でもＢＴＣとＢＣＨの両方が使用可能です。

興味深いポイントは、ハードフォークで二つに分かれたブロックチェーンは、ハードフォーク時点以前のブロックについては同じものを参照しているという点です。
2017年より前にビットコインを持っていた人は、ハードフォークにより元の仮想通貨（Ｘ）と新仮想通貨（Ｙ）を同額持っているという形で両方の新ブロックが生成されます。
ビットコインで言えば、もともと１ＢＴＣを持っていた人はハードフォークにより、１ＢＴＣ＋１ＢＣＨを持つことになり得をした気分になります。
原理的には両者合わせて旧仕様の１ＢＴＣの価値しかないはずなのですが、仮想通貨取引上の心理的な効果からいくらか得をすることが多いようです。

今回は３種類のフォークについてまとめてみました。
仮想通貨の取引をするだけの一般人には無関係と思われるかもしれませんが、自分が持っている仮想通貨でハードフォークが発生する場合には価値の上下や新通貨保有などで関連が生じます。
ときどきは注意して情報を集めておいた方が良いかもしれません。

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