- ブロックチェーンは分散型デジタル台帳であり、ネットワーク上の多くの専門コンピュータにまたがる取引データを安全に記録する。
- ブロックチェーンは、暗号とコンセンサスメカニズムによる不変性によってデータの完全性を保証する。
- ブロックチェーンはビットコインやイーサリアムのような暗号資産のバックボーンを形成しており、金融以外の様々な分野でも透明性、安全性、信頼性の育成に役立っている。
ブロックチェーンとは何か？
ブロックチェーンとは、分散型デジタル台帳とも呼ばれる特殊なデータベースで、世界中に分散する多数のコンピュータによって管理されている。ブロックチェーンのデータはブロックに整理され、時系列に並べられ、暗号技術によって保護されている。
ブロックチェーンの最も初期のモデルは、1990年代初頭にコンピュータ科学者のスチュアート・ハーバーと物理学者のW・スコット・ストルネッタが、データの改ざんからデジタル文書を保護する方法として、ブロックの連鎖に暗号技術を採用したときに作られた。
ハーバーとストルネッタは、他の多くのコンピュータ科学者や暗号技術愛好家の研究に刺激を与え、最終的にブロックチェーン技術を利用した最初の暗号通貨であるビットコインの誕生につながった。それ以来、ブロックチェーン技術の採用は徐々に広がり、暗号通貨は世界中でますます多くの人々に利用されるようになっている。
ブロックチェーン技術は暗号通貨取引の記録に使われることが多いが、他の多くの種類のデジタルデータの記録にも適しており、幅広いユースケースに適用できる。
ブロックチェーンにおける分散化とは？
ブロックチェーンにおける分散化とは、ネットワークの制御や意思決定権が、政府や企業などの単一の主体によって管理されるのではなく、ユーザー間で分散されるという考え方を指します。これは、人々が見知らぬ人々と協調する必要がある場合や、データのセキュリティと完全性を確保したい場合に役立ちます。
分散型ブロックチェーン・ネットワークでは、データや取引の流れを管理する中央当局や仲介者は存在しない。その代わり、取引はネットワークの完全性を維持するために連携するコンピュータの分散型ネットワークによって検証され、記録される。
ブロックチェーン技術について語られるとき、多くの場合、データベースの話だけではない。ブロックチェーン技術は、暗号通貨やNFT（non-fungible tokens）といったアプリケーションの原動力となり、中央の権威に頼ることなく、人々が互いに協力し、取引することを可能にする。
ブロックチェーンの仕組み
ブロックチェーンの核心は、2者間の取引を改ざんできない方法で安全に記録するデジタル台帳です。これらの取引データは、ノードと呼ばれる特殊なコンピュータのグローバルな分散ネットワークによって記録される。
あるユーザーがある量の暗号通貨を別のユーザーに送るなどの取引を開始すると、その取引はネットワークにブロードキャストされる。各ノードはデジタル署名やその他の取引データを検証することで取引を認証する。
取引が検証されると、すでに検証された他の取引とともにブロックに追加される。ブロックは暗号技術を用いて連結され、ブロックチェーンを形成する。トランザクションを検証し、ブロックチェーンに追加するプロセスは、コンセンサスメカニズムを通じて行われる。コンセンサスメカニズムとは、ネットワーク上のノードがブロックチェーンの状態とトランザクションの有効性についてどのように合意に至るかを規定する一連のルールである。
ブロックチェーンが安全で透明性が高く、改ざんされにくい取引記録を維持するためには、暗号技術が鍵となる。例えば、ハッシングはブロックチェーンで使用される重要な暗号手法である。任意のサイズの入力を固定サイズの文字列に変換する暗号処理だ。
ブロックチェーンで使用されるハッシュ関数は一般的に衝突耐性があり、同じ出力を生成する2つのデータを見つける確率が天文学的に小さいことを意味する。もう一つの特徴は、雪崩効果と呼ばれるもので、入力データにわずかな変化があると、出力が大きく変わってしまう現象を指す。
ビットコインで使われている関数、SHA256で説明しよう。ご覧のように、文字の大文字小文字を変えるだけで出力が劇的に変わってしまうのだ。ハッシュ関数は一方向性関数でもある。なぜなら、ハッシュ出力をリバース・エンジニアリングして入力データにたどり着くことは計算上不可能だからだ。
ブロックチェーン内の各ブロックは、前のブロックのハッシュを安全に含み、ブロックの強固な連鎖を確立する。この作業は技術的に困難であるだけでなく、法外なコストがかかる。
ブロックチェーンで広く使われているもう一つの暗号方式は公開鍵暗号だ。非対称暗号とも呼ばれ、ユーザー間の安全で検証可能な取引の確立に役立つ。
仕組みはこうだ。参加者はそれぞれ、秘密にしておく秘密鍵と、オープンに共有する公開鍵という、ユニークな鍵のペアを持つ。ユーザーが取引を開始すると、秘密鍵を使って署名し、デジタル署名を作成する。
その後、ネットワーク内の他のユーザーは、送信者の公開鍵をデジタル署名に適用することで、トランザクションの真正性を検証することができる。このアプローチでは、秘密鍵の正当な所有者だけが取引を承認できるが、誰もが公開鍵を使って署名を検証できるため、安全な取引が保証される。
ブロックチェーンのもう一つの特徴は、その透明性にある。すべての取引データやブロックデータを含むブロックチェーンのデータは、一般に公開されているブロックチェーンのサイトで誰でも確認することができる。 例えば、ブロックチェーンエクスプローラーサイトでは、ビットコインネットワークに記録されたすべての取引を見ることができ、送り手と受け手の識別子、送金額、任意のビットコインの所有者のリストなどを見ることができる。また、今日（2023年5月29日18:52:21 GMT時点のブロック788,995）から、ジェネシスブロックと呼ばれる最初のブロックまで遡ることもできます。
コンセンサス・メカニズムとは
コンセンサス・アルゴリズムとは、ユーザーやマシンが分散環境で協調するためのメカニズムである。一部のエージェントが失敗しても、システム内のすべてのエージェントが単一の真実のソースに合意できることを保証する必要がある。コンセンサス・アルゴリズムは、ネットワーク内のすべてのノードが、すべての取引の記録を含む元帳の同じコピーを持つことを保証する。ブロックチェーンにコンセンサスメカニズムが必要なのは、取引を検証し、ネットワークの整合性を維持する中央機関が存在しないからだ。
何万ものノードがブロックチェーンのデータのコピーを保持する場合、データの整合性や悪意のあるノードなど、いくつかの課題がすぐに発生する可能性がある。ブロックチェーンの完全性を保証するために、ネットワークノードが合意に達する方法を管理する様々なコンセンサスメカニズムがあります。主なものを見てみよう。
コンセンサスメカニズムの種類
プルーフ・オブ・ワークとは？
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）は、トランザクションを検証し、ブロックチェーンの整合性を維持するために、多くのブロックチェーンネットワークで使用されているコンセンサスメカニズムです。ビットコインで使用されているオリジナルのコンセンサスメカニズムです。
PoWでは、次のブロックをブロックチェーンに追加するために、マイナーが複雑な数学的問題を解くことを競います。マイニングとして知られるプロセスでは、最初に問題を解いたマイナーに暗号通貨が報酬として与えられる。
採掘者は、新しいコインを採掘し、ネットワークを保護するために、強力なコンピュータを使って数学的問題を解かなければならない。このため、マイニングプロセスには大量の計算能力が必要となり、したがってエネルギーも必要となります。
プルーフ・オブ・ステークとは？
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）の欠点のいくつかに対処するために設計されたコンセンサスメカニズムです。PoSシステムでは、マイナーが複雑な数学的問題を解いてトランザクションを検証し、ブロックチェーンに新しいブロックを追加することを競う代わりに、検証者はネットワークに「ステーク」する暗号通貨の量に基づいて選ばれる。
バリデーターは、コンセンサス・プロセスに参加するための担保、つまり「ステーク」として、一定額の暗号通貨を保有する。その後、彼らはランダムに選ばれ、新しいブロックを作成し、そのステークサイズに基づいてトランザクションを検証する。バリデーターは、新しいブロックを作成するための取引手数料と、ネットワークの最善の利益のために行動するインセンティブとして報酬を得る。
その他の一般的なコンセンサスメカニズム
プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークが最も一般的なコンセンサス・アルゴリズムであるが、それ以外のものもある。両者の要素を組み合わせたハイブリッド方式もあれば、まったく別の方式もある。
例えば、委任型プルーフ・オブ・ステーク（DPoS）はPoSに似ているが、すべてのバリデーターに新しいブロックを作成する資格があるのではなく、トークン保有者が自分の代わりにそれを行うより少数のデリゲートを選出する。
一方、Proof of Authority（PoA）では、バリデータは保有する暗号通貨の量ではなく、評判や身元によって識別される。バリデーターは信頼性に基づいて選ばれ、悪意のある行動を取った場合はネットワークから排除される。
ブロックチェーンの利点
1. 分散化
ブロックチェーンの非中央集権的な性質は、単一の制御ポイントや障害が存在しないことを意味し、より安全で攻撃やデータ漏洩に対する抵抗力を高めることができる。
2. 透明性
ブロックチェーン上の取引はすべての参加者が見ることができるため、取引の追跡や検証が容易になり、その正確性を確保することができる。
3. 不変性
ブロックチェーンに取引が記録されると、それを改ざんしたり削除したりすることはできない。ブロックチェーン・ネットワークにアクセスできる人なら誰でも検証可能な、すべての取引の永続的な記録が作成される。これは、取引が可逆的である従来のシステムとは大きく異なる点である。
4. 効率性
ブロックチェーンは銀行などの仲介者を必要としないため、より迅速で効率的な取引を可能にする。
5. 手数料の削減
仲介者を排除し、プロセスを自動化することで、ブロックチェーンは取引コストを削減し、特定の業務を効率化することができる。
6. 信頼性の欠如
ブロックチェーン技術は、信頼できる仲介者を介さずに、ネットワークの参加者自身によって検証・検証された透明性の高い取引を可能にする。
ブロックチェーン・ネットワークの種類とは？
パブリック・ブロックチェーン
パブリック・ブロックチェーンは、参加したい人なら誰でも参加できる分散型ネットワークです。これらのネットワークは通常、オープンソースで透明性が高く、パーミッションレスであり、誰でもアクセスして使用できることを意味します。ビットコインとイーサリアムはパブリック・ブロックチェーンの例である。
プライベート・ブロックチェーン
プライベート・ブロックチェーンは、その名の通り、一般に公開されていないブロックチェーン・ネットワークである。プライベートブロックチェーンは通常、企業などの単一の事業体によって運営され、内部目的やユースケースに使用されます。
プライベート・ブロックチェーンは、誰がチェーンを見たり書き込んだりできるかを規定するルールが確立された許可制の環境である。明確な管理階層があるため、分散型システムではない。しかし、多くのノードが自分のマシンにチェーンのコピーを保持するという点で、分散型である可能性がある。
コンソーシアム・ブロックチェーン
コンソーシアム・ブロックチェーンは、パブリック・ブロックチェーンとプライベート・ブロックチェーンのハイブリッドである。コンソーシアム・ブロックチェーンでは、複数の組織が集まり、共同で管理・統治する共有ブロックチェーン・ネットワークを構築する。これらのネットワークは、コンソーシアムメンバーのニーズに応じてオープンにもクローズドにもなる。
誰でもブロックを検証できるオープンシステムや、単一の団体だけがブロックの生産者を指定するクローズドシステムではなく、コンソーシアムチェーンでは、一握りの同等の力を持つ団体がバリデーターとして機能する。
システムのルールは柔軟で、チェーンの可視性をバリデータに限定することも、権限を与えられた個人に可視化することも、すべての人に可視化することもできる。バリデータがコンセンサスに達すれば、変更は簡単に実行できる。ブロックチェーンがどのように機能するかについては、これらの関係者がある一定の基準で誠実に行動すれば、システムが問題に直面することはない。
ブロックチェーンは何に使われるのか？
ブロックチェーン技術はまだ黎明期ではあるが、すでに様々な業界で活用されている。ブロックチェーン技術の現在の最も一般的な用途には、以下のようなものがある：
1. 暗号通貨
ブロックチェーン技術は、取引を記録するための安全で分散化された台帳としてブロックチェーンを使用する暗号通貨の作成をサポートするために開発されました。
2. デジタルID
ブロックチェーンは、個人情報やその他の機密データを確認するために使用できる、安全で改ざん防止されたデジタルIDを作成するために使用することができる。これは、個人情報や資産のオンライン化が進むにつれて、ますます重要になる可能性がある。
3. 投票
投票されたすべての票の分散化された改ざん防止台帳を提供することで、ブロックチェーン技術は、投票者の不正の可能性を排除し、投票プロセスの完全性を保証する安全で透明な投票システムを作成するために使用することができます。
4. サプライチェーン管理
ブロックチェーン技術は、サプライチェーン内の全取引の台帳を作成するために利用できる。各取引はブロックチェーン上のブロックとして記録され、サプライチェーン・プロセス全体の不変かつ透明な記録を作成することができる。
5. スマートコントラクト
スマートコントラクトは、特定の条件が満たされたときに自動的に実行されるようにプログラムできる、自己実行型の契約である。ブロックチェーン技術は、安全かつ分散化された方法でスマート・コントラクトの作成と実行を可能にする。スマート・コントラクトの最も有望な用途の一つは、分散型アプリケーション（dApps）や組織（DAOs）である。
最後に
ブロックチェーン技術は、取引を記録しデータを保存する安全で透明な方法を提供する。デジタルの世界に新たなレベルの信頼とセキュリティをもたらすことで、産業に革命を起こす可能性を秘めている。
ピアツーピア取引の実現、新しい形態のデジタル資産の創出、分散型アプリケーションの促進など、ブロックチェーン技術は可能性の世界を切り開く。この技術が進化を続け、より広く採用されるようになるにつれて、革新的で変革的なユースケースが今後数年でさらに出現することが期待される。