ブロックチェーンとは?技術の仕組みをわかりやすく解説

はじめに

ブロックチェーンとは、簡単に言えば、デジタル資産の出所を記録する、分散型の台帳のことです。ブロックチェーン上のデータは改ざんできないように設計されているため、決済やサイバーセキュリティ、ヘルスケアなどの業界に大きな影響を与えています。

この記事では、ブロックチェーンとは何か、どのように使用されているのかについて、わかりやすく解説します。

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ブロックチェーンとは

ブロックチェーンは、分散型台帳技術(DLT)とも呼ばれ、分散化と暗号化されたハッシュを利用することで、あらゆるデジタル資産の履歴を変更不可能かつ透明なものにします。 

ブロックチェーン技術を理解するための簡単な例えとして、ここではGoogleドキュメントを挙げましょう。私たちが文書を作成し、それをグループで共有すると、その文書はコピーや転送ではなく配布することができます。

これにより、分散型の「チェーン」が形成され、誰もが同時にドキュメントにアクセスできるようになります。誰もが他の人からの変更を待つために締め出されることはなく、ドキュメントへのすべての変更はリアルタイムで記録されるため、変更は完全に透明化されます。

もちろん、ブロックチェーンはGoogleドキュメントよりも複雑ですが、この例えは、この技術の3つの重要なアイデアを説明するのに適しています。

ブロック

ブロックチェーンにおいて、すべてのチェーン(つながり)は、複数のブロックによって構成されており、各ブロックには3つの基本要素があります。

  • ブロック内のデータ
  •  ノンセと呼ばれる32ビットの整数。ノンセはブロック作成時にランダムに生成され、ブロックヘッダーのハッシュが生成される
  • ハッシュはノンセと結合した256ビットの数値であり、ハッシュは膨大な数のゼロで始まる(つまり極端に小さい)必要がある

マイナー

マイナーは、マイニングと呼ばれるプロセスを通じて、チェーン上に新しいブロックを作成します。

ブロックチェーンは、すべてのブロックが独自のノンセとハッシュを持っていますが、同時にチェーン内の前のブロックのハッシュも参照しているため、特に大規模なチェーンでは、ブロックのマイニングは容易ではありません。

マイナーは特殊なソフトウェアを使って、受け入れられるハッシュを生成するノンセを見つけるという、非常に複雑な数学の問題を解決します。ノンセは32ビット、ハッシュは256ビットなので、ノンセとハッシュの組み合わせは約40億通りあり、その中から正しいものを見つけ出す必要があります。 

これが見つかると、採掘者は「ゴールデンノンセ」を見つけたと言われ、そのブロックがチェーンに追加されます。

チェーンの初期のブロックに変更を加えるには、変更を加えたブロックだけでなく、それ以降のすべてのブロックを再採掘しなければなりません。これが、ブロックチェーン技術を操作することが極めて難しい理由です。

ブロックの採掘に成功すると、ネットワーク上のすべてのノードで変更が受け入れられ、採掘者には金銭的な報酬が支払われます。

ノード

ブロックチェーン技術で最も重要なコンセプトの1つは、分散化です。一台のコンピュータや組織がチェーンを所有することはできません。その代わりに、チェーンに接続されているノードを介して分散型の台帳が作られます。ノードは、ブロックチェーンのコピーを維持し、ネットワークの機能を維持する電子機器であれば、どのようなものでも問題ありません。

すべてのノードがブロックチェーンのコピーを持ち、チェーンが更新され、信頼され、検証されるためには、ネットワークが新しく採掘されたブロックをアルゴリズムで承認しなければなりません。ブロックチェーンは誰でも見ることができるため、台帳上のすべての行動を簡単にチェックすることができます。各参加者には、自分の取引を示すユニークな英数字の識別番号が与えられています。

公開された情報とチェックアンドバランスのシステムを組み合わせることで、ブロックチェーンは安全性を維持し、ユーザー間の信頼を生み出すことができます。

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ブロックチェーンの特徴

先に説明したGoogleドキュメントのようなクラウドのデータは、複数のコンピュータからアクセスすることができ、バックアップも取られることからエラーや改ざんの修復は可能と言えます。また、大手のサービスならば安定性も高いと考えることも可能です。

しかし、その仕組みは中央集権的であり、サービスを提供する管理者の存在を必要とします。つまり、Googleドキュメントは、Googleによって管理されているというわけです。管理者がサービスを停止させればデータベースの中身は消失するし、管理者の都合によってデータを抹消される可能性も考えられます。また、万一、管理者に悪意があればデータの中身を改ざんできてしまうのです。

一方で、ブロックチェーンは、たとえサービス提供者であっても記録されたデータの改ざんや消去はできず、参加者が自身の取引履歴を消すこともできません。

ブロックチェーンは、分散型ネットワークに参加するすべての当事者によって共有する、安全な取引台帳データベースであり、ネットワーク上で発生したすべての取引を記録・保存するため、決済代行会社などの「信頼できる」第三者機関を必要としません。

ブロックチェーンの提案者は、この技術革新を「信頼のない世界での信頼の伝達」と表現しています。これは、取引に参加する主体が必ずしもお互いに知られていないにもかかわらず、第三者の検証を受けずに確実に価値を交換できることを意味しています。このような理由から、ブロックチェーンはゲームチェンジャーとしての可能性を秘めています。

ブロックチェーン:信頼できない世界での信頼できる取引

ブロックチェーンは、ビットコインのようなデジタル資産の匿名での交換を可能にしますが、技術的にはビットコインに依存していません。ブロックチェーンの優れた点は、信頼と価値の移転を検証する中央機関の必要性を排除できることです。

大規模な主体から多数の主体へと権力とコントロール可能性を移すことによって、相手が誰かわからないにもかかわらず、安全で高速かつ安価な取引を可能にします。

ブロックチェーンの仕組みは斬新で、非常にイノベーティブなものです。ブロックチェーンのシステム上で人々が取引を行うと、すべての取引の記録が自動的に作成されます。コンピュータは、高度なアルゴリズムを用いて各取引を検証し、価値の移転を確認するとともに、すべての活動の履歴台帳を作成します。

取引を処理するネットワークを形成するコンピュータは世界中に配置されており、単一の主体によって所有または制御されているものではありません。このプロセスはリアルタイムであり、中央機関に頼って取引を検証するよりもはるかに安全です。

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ブロックチェーンが注目される理由

ブロックチェーンというデータベースが注目されるのは、一般的なデータベースとは異なり、1つの団体が管理するものではなく、簡単に書き換えることもできないからです。ブロックチェーンは、台帳であり、永続的で検証可能な公開データベースです。様々な種類の取引を記録することができます。

身の回りにはデータベースがあふれています(例えばFacebookは、誰がユーザーで、誰を知っていて、何をしているのか、というデータベースがほとんどです)。

インターネットでは、ネットワークを所有する人が大きな報酬を得ることができるため、これらの組織は勢力を拡大し続けています。Googleは、オープンなインターネットの上にデータベースを構築することから始め、この20年間、インターネットのオープン性をひたすら低下させて、データベースの力と、彼らが影響を与えたりコントロールしたりする注目度を強化してきました。これが、ブロックチェーンが重要である第一の理由です。

つまり、ブロックチェーンは、データベースを参加者全員で共同管理するための仕組みとしての可能性を持っているのです。

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ブロックチェーンの可能性

ブロックチェーンの特徴である非中央集権性は、初期の貢献者や支援者が長期にわたって大きな利益を得られるような、弾力性のあるオープンソースコミュニティの構築が可能であることを意味しています。

このコミュニティは誰のものでもなく、資本市場やその他の短期的なプレーヤーではなく、自分自身とユーザーのために懸命に働くことが期待できます。

ウィキペディアのようなプロジェクトを考えてみましょう。何万人もの人々が、何百万時間もかけてウィキペディアを構築しています。5,000人のアクティブな編集者が、私たちが毎日恩恵を受けている作業のほとんどを担当しています。これは無報酬の仕事であり、コミュニティのため、そしてそれによって得られる満足感やステータスのために行われています。

ここで、貢献者がそれを構築しサポートすることでトークンを獲得するブロックチェーンのプロジェクトを想像してみてください。時間の経過とともに、分散型プロジェクトの価値は上がっていきます。より多くの人々に、より多くのユーティリティを提供するようになると、ユーザーはそれを利用するためにトークンを購入する必要が出てきます。

そして、トークンの保有者は、配当を受け取るか、あるいは選択すればトークンを売ることができるようになります。つまりプロジェクト開始時から発展に寄与した人々に多くの恩恵がもたらされるようになるのです。

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ブロックチェーンの仕組み

ブロックチェーン最大の特徴は、一度入力した取引内容は、簡単には変更できないということです。 

小切手帳を使って買い物や支払いを記録していた時代を思い出してみてください。何百万人もの人が数え切れないほどの取引を行い、そのレジスターのコピーが何千台ものコンピュータに保管されているとします。

各コンピュータは、レジスターに記載する前に取引を検証しなければなりません。検証された取引は、永久的なインクで書き込まれます。レジスターは、10分程度の一定期間の取引を記録します。レジスターが埋まると、ホッチキスで閉じられ、識別するためのユニークな英数字の列でラベル付けされます。そして、新しいレジスターを始め、最初のレジスターに糊付けします。最終的には、レジスターのチェーンができあがります。

これがブロックチェーンの基本的な仕組みです。このレジスターが多数のコンピュータに保存されているため、基本的に変更できず、ハッキングされることもありません。

変更したい取引が記載されている小切手帳にたどり着くまで、すべての小切手帳の糊付けを解除し、逆算して修正しなければなりません。そして、このプロセスをレジスターのコピーごとに繰り返さなければなりません。しかもそれを気づかれずに行うことはできません。だから、ハッキングすることは不可能なのです。

P2Pネットワーク

現在、P2Pネットワークはほとんどの暗号通貨の基盤となっており、ブロックチェーン業界の中でも重要な位置を占めています。 

ブロックチェーンは、ピア・ツー・ピア・ネットワーク上で1つまたは複数のデジタル資産を追跡する分散型の台帳です。ピア・ツー・ピア・ネットワークというのは、すべてのコンピュータが何らかの形で接続され、それぞれが台帳の完全なコピーを保持し、他のデバイスと比較してデータが正確であることを確認する、分散型のネットワークを意味します。これは、取引が非公開で保存され、銀行のみが管理する方式とは異なっています。

ハッシュ

ハッシュとは、データの特定に長けた暗号化技術のことです。「ハッシュ関数」と呼ばれる計算式を通すことで、入力したデータに固有な値(ハッシュ値)を算出します。

ブロックチェーンの各ブロックは、ハッシュ化されたメカニズムによって前のブロックとリンクしています。各ブロックには、前のブロックのデータのハッシュが含まれており、ブロック同士がリンクしたチェーンが形成されています。ブロックの順番を変えたり、データを変更したりすることはできません。

なぜなら、ブロックが変更されると、ブロックのハッシュが変わり、そのブロックは無効であるとマークされるからです。これが、ブロックチェーンの不変性の由来です。変更があった場合、ハッシュが一致しないため、自動的に検出され、無効となります。

電子署名

電子署名とは、デジタル文書の作成者を証明する技術のことです。インターネットを通じた文書のやりとりが本当に本人によって行われたものであるかを検証するために利用されます。電子署名は契約書や電子カルテ、公共事業の電子入札などに広く用いられており、ビットコインでもこの技術を利用してトランザクションが正当なものであるかを証明するために利用されています。 

電子署名は、特定の人だけが情報にアクセス可能な「公開鍵暗号」とあらゆる文字列を固定長の値に変換する「ハッシュ」を利用した技術です。電子証明の検証では、まず送り主がドキュメントの原文と、原文メッセージのハッシュ値を秘密鍵で暗号化した電子署名の2つを相手に送ります。メッセージの受け取り相手は、公開されている送り主の公開鍵で電子署名を復号化して、原文メッセージのハッシュ値との一致を確認することで、メッセージが改ざんされていないかを検証することができます。

コンセンサスアルゴリズム

ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムは、基本的に、ネットワーク上のすべてのノードが同期しており、その取引が正当なものであることを保証するのに役立ちます。このようなコンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーン・ネットワークにおいて、すべてのノードが同じネットワークに接続され、すべての取引が定期的に検証されることを保証するために必要です。

アプリケーションによって望ましい結果が異なるため、すべてのブロックチェーンネットワークが同じコンセンサスアルゴリズムを使用することはできません。組織やブロックチェーン開発者は、ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムを選択する際に、十分な情報に基づいて判断する必要があります。

たとえば、ビットコインではProof of Work(PoW:プルーフオブワーク)と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムが採用されています。Proof of Workの最大の特徴は、膨大な計算処理を伴う改ざんや二重取引の検証作業(マイニング)を競争形式で行わせ、競争の勝者にビットコインを新規発行するところにあります。

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ブロックチェーンの種類

パブリックチェーン

パブリックチェーンの特徴は、管理者が存在せず、参加者に制限がなく不特定多数のユーザーが利用できる点です。パブリック・ブロックチェーンは分散化されており、ネットワークをコントロールする単一の主体は存在しません。パブリック・ブロックチェーン上のデータは、一度ブロックチェーン上で検証されたデータを修正・変更することができないため安全とされています。パブリック・ブロックチェーンの例としては、ビットコインやイーサリアムがよく知られています。

プライベートブロックチェーン

プライベートブロックチェーンとは、許可制のブロックチェーンです。プライベートブロックチェーンは、ネットワークに参加できる人を制限するアクセスコントロールに基づいて動作します。ネットワークをコントロールする主体が1つ以上存在するため、取引を第三者に依存することになります。プライベート・ブロックチェーンでは、取引に参加している主体のみがその取引に関する知識を持ち、他の主体はその取引にアクセスできません。Linux FoundationのHyperledger Fabricは、プライベート・ブロックチェーンの典型的な例です。

コンソーシアムチェーン

コンソーシアムチェーンは、この協会または組合に加入した人や組織だけが使えるブロックチェーンを意味します。たとえば、いくつかの金融機関の間で、共通の決済処理用のブロックチェーンを作ると、そこに加入している金融機関だけがこのブロックチェーンは使えることになります。

パブリックチェーンとプライベートチェーンの中間に位置するブロックチェーンとも言われており、パブリックチェーンより参加者が少ないため合意形成のスピードは保ちながら、プライベートチェーンのように単独でルールを書き換えることができなくても、一定数以上の合意形成が必要となってくるため、ある程度の透明性は担保することができます。

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ブロックチェーンのメリット・デメリット

メリット

透明性

透明性は、あらゆる業界における大きな問題の一つです。透明性を高めるために、組織はより多くの規則や規制を導入しようとしています。しかし、どのようなシステムも100%の透明性を実現できないものがあります。

ブロックチェーンを使えば、組織は中央集権的な権威を必要としない完全な非中央集権的ネットワークを実現し、システムの透明性を高めることができます。

ブロックチェーンは、取引の実行と検証を担当するピアで構成されています。すべてのピアがコンセンサス方式に参加しているわけではありませんが、検証プロセスに参加するかどうかは自由に選択できます。

分散化による検証を行うために、コンセンサス方式が採用されています。検証されると、各ノードは取引記録のコピーを保持します。

セキュリティの強化

ブロックチェーン技術は、他のプラットフォームや記録システムに比べて、高度なセキュリティを利用しています。また、各取引は暗号化され、ハッシュ化された古い取引と適切にリンクされています。

また、各ノードがネットワーク上で行われたトランザクションのコピーを保持することで、セキュリティが強化されています。そのため、悪意のある行為者がトランザクションに変更を加えようとしても、他のノードがネットワークへのトランザクションの書き込み要求を拒否するため、変更することができません。

また、ブロックチェーンネットワークは不変であり、一度書き込まれたデータは、いかなる手段によっても元に戻すことができません。市民が年齢を重ねるシステムなど、不変的なデータを重視するシステムにも適しています。

コスト削減

今、企業は現在のシステムを改善・管理するために多くの費用をかけています。だからこそ、コストを削減して、新しいものを構築したり、現在のプロセスを改善したりすることに資金を振り向けたいのです。

ブロックチェーンを使用することで、企業はサードパーティのベンダーに関連する多くのコストを削減することができます。ブロックチェーンには中央集権的なプレイヤーが存在しないため、ベンダーのコストを支払う必要がありません。その上、取引を検証する際に必要なやり取りも少なくて済むため、基本的なことをするためにお金や時間を費やす必要がなくなります。

デメリット

処理速度が遅い

ブロックチェーンは、中央集権的なシステムのような拡張性がありません。ビットコインのネットワークを利用したことがある人なら、ネットワークの混雑状況に応じて取引が完了することを知っていると思います。

この問題は、ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティの問題と関連しています。簡単に言えば、ネットワークに参加する人やノードが増えれば増えるほど、速度が低下する可能性が高くなるのです。

しかし、ブロックチェーン技術の仕組みはどんどん変わってきています。技術の正しい進化に伴い、ビットコインネットワークにもスケーラビリティオプションが統合されつつあります。解決策は、トランザクションをブロックチェーン外で行い、情報の保存とアクセスにのみブロックチェーンを使用することです。

データを削除できない

データの不変性は、常にブロックチェーン最大のデメリットの一つでした。サプライチェーンや金融システムなど、複数のシステムがその恩恵を受けていることは明らかです。 

しかし、ネットワークの仕組みを考えれば、この不変性は、ネットワークのノードが公平に分散している場合にのみ存在することを理解できるはずです。つまり、ある企業が50%以上のノードを所有していれば、ブロックチェーンネットワークはその企業に支配されてしまう可能性があり、脆弱性を持っているということなのです。

また、一度書き込まれたデータは削除できないという問題もあります。地球上のすべての人には、プライバシーを守る権利があります。しかし、その人がブロックチェーン技術で動くデジタルプラットフォームを利用している場合、その人が不要と思ったときに、その痕跡をシステムから取り除くことができません。簡単に言えば、自分の痕跡を消すことはできず、プライバシー権はどうなってしまうでしょうか?

取引データの巨大化

ブロックチェーンの利用が進めば進むほど、ネットワークを飛び交う通信量と取引履歴として保持するデータ量は増えていくため、最終的にその量は膨大なものとなると考えられます。現在はコンピュータやネットワークの性能向上で通信量の増大に対応できていますが、あらゆる分野でブロックチェーンが利用されるようになったとき、そこで扱われる通信量やデータ量はコンピュータやネットワークの性能向上、ストレージの増大では対応しきれなくなる可能性があります。

ブロックチェーンの活用事例

ブロックチェーンは、金融、海運、ファンタジー・フットボールなど、ほとんどすべての業界で使われるバズワードになっています。

Amazon 、Facebook (FB)、IBM 、Walmart (WMT) などの一流企業は、ブロックチェーン技術によって出荷の追跡やデータの効率的な保存などが可能になると考えています。この技術を採用しているのは彼らだけではありません。多くの人が、この技術は物流、食品の安全性、銀行、さらには投票にまで革命をもたらすと考えています。ここでは、ブロックチェーンの活用事例をいくつか紹介していきます。

Mojaloop

Mojaloopは、デジタル金融サービスの普及を妨げている障壁を克服するために、決済の相互運用性に関する参照モデルを提供することを目的として設計されたプラットフォームです。Mojaloop Foundationのオープンソース・ソフトウェアは、組織が相互運用可能なデジタル決済システムを構築する際に使用することができます。このシステムは、個人ユーザー、銀行、政府機関、加盟店、モバイルネットワークオペレーター、プロバイダー、テクノロジー企業の間で、シームレスで手頃な価格の金融サービスを実現し、十分なサービスを受けられない人々を新興のデジタル経済に結びつけます。

Walmart

WalmartはIBMと共同で、食品のサプライチェーンプロセスをデジタル化することで、分散型の食品供給エコシステムに透明性を持たせるための食品安全ブロックチェーンソリューションを開発しました。 

彼らは、オープンソースの台帳技術であるHyperledger Fabricをベースに、食品のトレーサビリティシステムを構築しました。サプライチェーンをブロックチェーン上に置くことで、プロセスの透明性とトレーサビリティーを高めることができます。ブロックチェーン上の各ノードは、店舗に届くまでの間に食品を取り扱った対象を表しており、農場の一つが感染したバッチを特定の場所に販売したかどうかを、より簡単かつ迅速に確認することができます。

ウォルマートのチームは、IBMと共同でアプリケーションのコアデザインとセットアップを担当し、企業システムとの統合を行いました。Walmartのチームは、バーコードとラベルの標準化機関と協力して、ブロックチェーンにアップロードするデータ属性を定義しました。そして、IBMがチェーンコードを作成しました。サプライヤーは新しいラベルを使用し、ウェブベースのインターフェースを通じてデータをアップロードしました。

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注目のブロックチェーン企業4選

BlockBaseブロックチェーン関連技術のコンサルティング業務やブロックチェーン関連技術を活用したプロダクトの企画・開発を行っている企業です。
Nayuta2015年3月に設立された企業で、パブリックブロックチェーンの2nd Layer技術ライトニングネットワークのプロトコルとアプリケーションの開発を行っている企業です。
株式会社chaintopeブロックチェーン技術の研究開発、実証実験などを進めている企業です。パブリックブロックチェーン上で高速処理が可能なトークン・コイン発行プラットフォーム「Inazma」を開発しています。
Cryptoeconomics Labブロックチェーン(分散型台帳)技術の研究開発を行う企業です。ブロックチェーン技術のセキュリティを失うことなく、その課題であるスケーラビリティ、ユーザビリティを兼ね備えたDApps(分散型アプリ)を開発するフレームワーク「PlasmaChamber」の研究開発、社会実装に取り組んでいます。2019年5月には、中部電力と個人間電力取引に関する実証実験を開始するなど注目を集めています。

おわりに

ブロックチェーンは、「ブロック」とも呼ばれる公開の取引記録を、「チェーン」と呼ばれる複数のデータベースに、ピアツーピアのノードを介して接続されたネットワークに格納する技術です。

一般的に、このストレージは「デジタル台帳」と呼ばれ、この台帳のすべての取引は、所有者のデジタル署名によって認証され、改ざんから保護されています。そのため、デジタル台帳に含まれる情報は非常に安全性が高いことから注目を集めています。処理速度やどんどん膨大になっていく取引データなど今後の課題もありますが、引き続きその進化が期待されるでしょう。

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