Stateful blockchain（ステートフル・ブロックチェーン）とは、各ノードがブロックチェーンの全体の状態（ステート）を保持し、それを用いてトランザクションの検証やブロックの生成を行うブロックチェーンの設計です。これにより、ネットワーク全体の一貫性とセキュリティを確保します。
詳細な解説：
背景
ブロックチェーン技術において「状態（ステート）」とは、ネットワーク上の全てのアカウントの残高、スマートコントラクトのデータ、その他の重要な情報を指します。Stateful blockchainでは、この状態情報を全てのノードが保持し、トランザクションの検証やブロックの生成時に活用します。
Stateful blockchainの仕組み
- 状態の保持：各ノードはブロックチェーンの全履歴と現在の状態を保存します。これには、全てのトランザクションとそれによって生じた状態の変化が含まれます。
- トランザクションの検証：新しいトランザクションが発生すると、ノードは自分が保持する状態を参照して、そのトランザクションが有効かどうかを確認します。例えば、送信者のアカウントに十分な残高があるかなどを検証します。
- 状態の更新：有効なトランザクションはブロックに追加され、全てのノードが状態を更新します。これにより、ネットワーク全体で一貫した最新の状態が維持されます。
メリット
- 一貫性の確保：全てのノードが同じ状態を保持するため、ネットワーク全体のデータ整合性が高まります。
- セキュリティの強化：状態情報を完全に保持することで、不正なトランザクションや二重支払いを効果的に防止できます。
- スマートコントラクトの実行：状態を保持しているため、複雑なスマートコントラクトのロジックを正確に実行できます。
デメリット
- スケーラビリティの問題：状態データが増加し続けるため、ノードのストレージ要件が高くなります。これにより、新規参加者がフルノードとしてネットワークに参加するハードルが上がります。
- リソースの消費：状態の保持と同期には大量の計算資源と帯域幅が必要となり、ノードの運用コストが増加します。
具体的な例
- Bitcoin（ビットコイン）：各ノードが全ての未使用トランザクション出力（UTXO）を保持し、トランザクションの検証に使用します。
- Ethereum（イーサリアム）：アカウントベースのモデルを採用しており、各ノードが全てのアカウントの状態やスマートコントラクトのデータを保持します。
現在の取り組み
Stateful blockchainのスケーラビリティの課題を解決するために、シャーディングやレイヤー2ソリューションなどの技術が開発されています。これらは、ネットワークの負荷を分散し、状態データの増加による影響を軽減することを目的としています。
まとめ
Stateful blockchainは、ネットワークの一貫性とセキュリティを高めるために、全てのノードが状態を完全に保持する設計を採用しています。しかし、スケーラビリティやリソース消費の課題も存在します。これらの問題を解決するために、新しい技術やアプローチが研究・開発されており、今後のブロックチェーン技術の発展において重要な役割を果たすと期待されています。
