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本記事では昨今話題となる"ブロックチェーン"について解説します。

・ブロックチェーンの技術的な側面に着目

・難しい言葉を簡単

をテーマに仕組みを図解していきます。

 

*仮想通貨について知りたい方は以下の記事で詳しく解説しているので是非ご覧ください。

仮想通貨(Cryptocurrency)とは?その仕組みを世界一丁寧に解説|Coinwall [コインウォール]

「仮想通貨って?」という疑問に丁寧に解説しています。是非ご覧ください!

仮想通貨値上がりの仕組みとは?なぜ値上がりするのかを徹底解説|Coinwall [コインウォール]

仮想通貨に価値がつく理由・値上がりする理由について解説しています。

ブロックチェーンとは? -一言で簡単に-

#

本記事ではブロックチェーンについてわかりやすく説明します。

それでは早速どのような仕組みなのか解説して行きましょう。

 

*今回はパブリック型ブロックチェーンに焦点を当てて解説します。

「ブロックチェーンの種類から知りたい」という方は以下の記事をご覧ください。

ブロックチェーンには3種類もある?パブリック・コンソーシアム・プライベートの特徴を徹底比較!|Coinwall [コインウォール]

パブリックチェーンとプライベートチェーンを比較、仕組みの違いとメリット・デメリットを徹底解説!|Coinwall [コインウォール]

パブリックブロックチェーンについて詳しく知りたい方はこちらをチェック!

またブロックチェーン技術が採用されている最も有名な通貨としてビットコインが挙げられます。

以下の記事でビットコインについて解説しているのでぜひご覧下さい。

 

Bitcoin(ビットコイン/BTC)とは?特徴、将来性、取引所を徹底解説!|Coinwall [コインウォール]

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ブロックチェーンは誰もが見れる台帳

#

ブロックチェーンとは一言で言うと「誰もが閲覧可能な台帳」です。

どういうことか例をとって説明すると

AさんからBさんにBitcoinが送金されました」

などの取引情報をまとめた”ブロック”と呼ばれるものを鎖(チェーン)のように繋げたものをブロックチェーンと呼びます。

 

まさに公開台帳ですね。

 

ブロックチェーンの情報は世界中にある複数の*ノードが管理しており

もしあるノードに不具合が生じても他のノードに記録されているのでブロックチェーンの情報が完全に失われることはありません

これはかなり凄いことで今まで一般的なあらゆるサービスは

企業や開発者がサーバを持ちそこで中央管理していました。

 

 

つまり

その中央サーバが不具合を起こすとサービスが止まっていたのです。

(アクセス集中でサーバダウンするなどは典型例)

 

ブロックチェーンには中央管理者という概念がなく世界中のノードが管理していることから

”分散型台帳”と呼ばれることもあります

“*ノードとは? 線と線の結び目を表す言葉で、ネットワークの接点、分岐点や中継点などを意味する。 具体的には、ネットワークを構成するパソコン、ハブ、ルーターといった機器のこと。”

出典:https://kotobank.jp/

ブロックチェーンにおける”ノード”はマイニングを行なっているCPUやGPUを表します。

 

より詳しく知りたい方は以下の記事をご覧ください。

仮想通貨技術におけるノードとは?種類・用途についてわかりやすく解説します!|Coinwall [コインウォール]

仮想通貨技術におけるノードについてわかりやすく解説しています。是非ご覧ください!

改竄が不可能

#

ブロックチェーンに記録されている情報は改竄不可能になっています。

 

なぜ不可能かというと改竄を行う為には膨大な計算量をこなせるPCCPUGPUとも呼ぶ)が必要であり、それはほぼ不可能だからです。

 

この取引記録が改竄不可能なことで仮想通貨は成り立っています。

 

と言うのも仮想通貨の所有と言うのは仮想通貨と言う”物体”を手にすることでありません。

法定通貨(国が発行する通貨, 円やドルなど)や*株式とは大きく違う点ですね。

 

仮想通貨と言う”物体”を持っていなくてもそこに価値が生まれるのは、

ブロックチェーンに改竄不可能な取引のデータがあるからです。

ブロックチェーンの仕組みをわかりやすく図解

#

ではBitcoinを例にとってブロックチェーンにおいてどのようにしてブロックチェーンにブロックが追加されるのか、その仕組みを解説していきます。

取引→ブロックチェーンにブロックが追加される流れ

#

ブロックチェーン上での取引からブロックチェーンに追加される流れは上の図のようになっています。

 

  1. AさんとBさんがBitcoin取引(=transaction、*電子署名を行う
  2. そのデータをCさんが選びデータを含んだブロックを作成=計算)する
  3. Cさんが計算を行い、適切な結果が出たら、その結果を他のマイナー達が検証
  4. Cさんが作成したブロックをマイナー達が正しいと判断したら、ブロックチェーンに追加

*電子署名とは?

 

電子署名は読んで文字の如く電子データで表される署名のことです。

 

今回例で用いたBitcoinでの取引における狭義の電子署名は

  • 秘密鍵
  • 公開鍵
  • ビットコインアドレス

を用いて取引内容を電子的に記録することです。

 

電子署名に関しては以下の記事で詳しく説明しているので是非ご覧になってください。

#

セキュリティーの要!ブロックチェーンの秘密鍵・公開鍵について解説|Coinwall [コインウォール]

ブロックを作成する計算とは?

先ほど紹介したブロックを作成する過程で”計算を行う”という表現をしました。

その計算のことをハッシュ計算と言います。

ハッシュ計算を簡単に説明します。

 

F() ハッシュ関数
X 取引データを含んだ値
Y 前のブロックのハッシュ値(=F’())
Z ナンス
X|Y|Z  X,Y,Zを連結させて生成した値

 

において

 

F(X|Y|Z)≦M

 

を満たすZ(ナンス)を求めることになります。

 

このZ(ナンス)を求めるには地道に値を入力していくしか解法がないのです。

この果てしない計算を行うために、高性能なCPUGPUを購入するわけです。

マイニングについてより詳しくご覧になりたい方は以下の記事をご参照ください。

ブロックチェーン・仮想通貨におけるマイニング(採掘)とは?|Coinwall [コインウォール]

ハッシュ計算を用いたブロックチェーンアルゴリズム"PoW"

上述のBitcoinの例ではハッシュ関数を用いてブロックチェーンを構築していることを説明しました。

実はブロックチェーンのアルゴリズム(ブロックをどのように追加するのか)には複数種類があります

 

代表的なものは

  • PoW(Proof of Work):今回解説しているBitcoinのアルゴリズム
  • PoS(Proof of Stake):Nxt(NXT),Peercoin(PPC)等のアルゴリズム
  • PoI(Proof of Importance):NEMのアルゴリズム

が挙げられます。

 

今回はこのPoWについて解説します。

PoWの仕組みを一言で言うと「代入計算の解を最も早く求めた人にブロック作成の権利を与える」というものです。

 

それぞれのアルゴリズムに関しては以下の記事で詳しく解説しているので興味がある方はご覧になってください。

ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムとは?|Coinwall [コインウォール]

コンセンサスアルゴリズム(PoW・PoS・PoI)について解説しています。興味がある方は是非ご覧ください!

ブロックチェーンの仕組みと理論 -ハッシュ計算とは?-

次にブロックチェーンの仕組みを解説します。

 

数学的なバックグラウンドも交えながら説明していきます。

ハッシュ関数を用いた計算 -ブロックチェーンはハッシュチェーンの一種-

#

さらに一歩踏み込んでBitcoinのブロックチェーンの仕組みをより深く理解するためには

ハッシュ関数について説明します。

ハッシュ関数とはある値を入力して出力することは簡単なのに出力値から入力値を求めることができないという不思議な関数です。

 

試しにBitcoinでも用いられているSHA-256というハッシュ関数を用いてCoinwallという文字をハッシュ関数にかけてみます。

 

coinwall

4a592a74c51ea7a8abdfbdcb4efe2e4f9c9554d6d29cb3c1770c8a21c469aa1b

coinWall

cab8f08cff8938cd4ee7b67444701eda74a53f33362d3153fe6167d6d0abe9be

 

wWに変えただけで全く違う値が出てきました

つまり逆算が全くできないということです。

 

実際に下記のサイトではハッシュ関数を用いて計算できるようになっています。

気になるひとは試してみてください。

ハッシュ値の一括計算・生成ツール:MD5/SHA-1/SHA256など40種類以上のアルゴリズムに対応

このようにハッシュ関数を用いて不可逆のデータを生み出すハッシュ計算はブロックチェーンだけに用いられているわけではありません。

元々コンピュータセキュリティにおいて一つの鍵とパスワードから大量のワンタイムパスワードを作り出すのに使用されています。

またデータを時系列に記録する場合に相性が良いと言われています。

 

ハッシュ関数を連続して適用し出てくる値を"ハッシュチェーン"と呼びます。

つまり

 

h(h(h(h(x)))

 

「長さ4のハッシュチェーン」と表記されます。

#

改竄不可能である理由

#

先ほど試しにハッシュ関数を用いましたね。ハッシュ計算は一つの答えを探すだけでもかなり時間がかかることがわかりました。

 

さらにブロックチェーン上のデータは前の取引データを含んでハッシュ計算を行います。

つまり前の取引データを改ざんしようと試みた場合

改ざんを行う取引以降の全てのブロックにおいてハッシュ計算を行う必要があり

世界中のマイナーが計算を行いブロックが生成されている中それを行うことは不可能です。

 

まとめると改ざん不可能な理由は

  • ハッシュ計算という不可逆性のある計算を用いている
  • 前のデータを元にブロックが生成される

という2点に由来します。

ブロックチェーンはずっと一本?

#

次にブロックチェーンが1本であり続ける仕組みについて解説します。

 

基本的にはナンスを見つけた場合*マイナーのコミュニティに瞬時報告・ブロック作成が行われる為異なったブロックチェーンが存在するということはありません。

しかし稀にナンスが同時に見つかりフォーク(分岐)という現象が起こります。

 

Bitcoinにおいてフォークした場合より長いブロックチェーンが正しいとみなされて短いチェーンは捨てられます

マイナー達は長いチェーンにおいてブロック生成を行った方が報酬が多い為すぐにどちらかが長くなりブロックチェーンが1本に保たれるのです。

 

このフォークの際に起こるチェーンの選択をChain Reorganizationと呼びます。

フォークには

  • ハードフォーク
  • ソフトフォーク

2種類があります。

仮想通貨でもフォークしているもの(BTCBCHなど)があるのでより詳しくご覧になりたい方は以下の記事を是非ご覧下さい。

*マイナーとは?

マイナーはマイニング(採掘作業)を行う人達を表します。

マイニングとはアルゴリズムに基づき計算作業を行うことで、

  • ブロックチェーンに新規ブロックを追加する

というブロックチェーンを構築する上で重要な役割を担っています。

 

マイニングに関しても以下の記事でより詳しく解説しています。

フォーク(ブロックチェーンの分岐)とは〜ハードフォークとソフトフォークだけではない?〜|Coinwall [コインウォール]

ブロックチェーン・仮想通貨におけるマイニング(採掘)とは? |Coinwall [コインウォール]

【初めての方向け】マイニングってなに?その仕組みと儲かるのかを徹底解説!|Coinwall [コインウォール]

ブロックチェーンのメリット

ブロックチェーンがもたらすメリットについて解説します。

Ic head point

ブロックチェーンのメリット

  • データの信頼性が高い

  • 個人間やりとりにおける信頼担保が可能になる

  • データ管理のセキュリティが強固

ではそれぞれのメリットについて説明していきます。

データの信頼性が高い

ブロックチェーンでは膨大な計算を要するアルゴリズムによってデータ改竄がほぼ不可能になります。

さらにデータの記録は他のマイナー達の承認が必要なので多くの人の目に晒されていることになります。

 

これらのことから記録データに信頼性があることになります。

仲介機関がなくてもP2Pで取引の記録が可能 -手数料が割安・無料に-

現状は、個人間の取引でも中央機関が仲介手数料を取ります。

なぜこのような現状かと言うと個人同士のやりとりにおける信頼性の担保が難しいからです。

 

しかし今後ブロックチェーンを活用すれば個人間のやり取りでもブロックチェーンネットワークにおいてそのデータの信用性が証明される為中央機関が必要なくなり、結果として手数料が減るorなくなる可能性が十分あると言えます。

非中央集権的なデータ管理によりセキュリティが強固

従来のシステムでは中央機関のサーバが落ちるとシステムはそのままダウンしてしまいます。

これが何を意味するかというと

  • 大規模災害
  • ハッキング・クラッキング等のサイバー攻撃

に中央機関がさらされた場合に膨大なデータ損失リスクが生じると言うことです。

 

しかしブロックチェーンでは全員(マイナーコミュニティ)で力を合わせてシステムを回しているという状況なのでどこか数か所が落ちたところでシステム継続には何ら影響がないです。

ブロックチェーンのデメリット

逆にブロックチェーンのデメリットについて説明します。

Ic head problem

ブロックチェーンのデメリット

  • スケーラビリティ問題に直面している

  • インターネット・電気等のインフラ整備が必要

  • 51%攻撃などのサイバーアタックを受ける可能性あり

ではそれぞれのデメリットについて解説していきます。

スケーラビリティ問題 -取引量が増えれば増えるほど処理が間に合わなくなる-

ブロックチェーンのデメリットの1つとしてスケーラビリティ問題が挙げられます。

スケーラビリティ問題とはブロックチェーンのネットワークに参加する人やノードの数が増えることによりブロックチェーンのネットワークが拡大し

  • 送金遅延
  • 手数料増加
  • 処理速度の低下

などの問題が起こってしまうことです。

 

より詳しい情報は以下の記事で解説しています。

ブロックチェーンのスケーラビリティ問題とは?問題点や解決策を解説|Coinwall [コインウォール]

スケーラビリティ問題に直面した際の出来事として

ビットコインからビットコインキャッシュがハードフォークしたことが挙げられます。

 

ビットコインは取引量が増えスケーラビリティ問題に直面していました。

その際の解決案として

・Segwit2x案(取引データを圧縮する)

・Bitcoin Cash案(ブロックサイズの上限を1MBから8MBに上げる)

の2つの案がありました。

 

この対立から生まれたのがビットコインキャッシュ(Bitcoin Cash・BCH)なのです。

仮想通貨Bitcoin Cash(BCH・ビットコインキャッシュ)の特徴、将来性、取引所を解説|Coinwall [コインウォール]

ネットワーク・電気等のインフラ設備が必須

ブロックチェーンは、PCを利用して構築しているので当たり前ですがネット環境・電気供給が必須になります。

 

P2Pの取引自体はオフライン状態でも不可能ではないですが、取引認証・ブロックチェーンへの追加はオンライン状態を必要とするのでオフラインではほぼ利用価値はないです。

51%攻撃などのサイバーアタックを受ける可能性がある

ブロックチェーンはデータを管理する方法なので

サイバーアタックを受ける可能性を一定持っています

 

その一つが51%攻撃です。

51%攻撃とは悪意ある者や集団がマイニングによる取引の承認権の半分以上を独占することによって起こりうる問題です。

 

つまりブロックチェーンを構成するメンバーが一部の人間に占められてしまうと

間違ったデータが正しいと承認される

という問題が起こるということです。

 

51%攻撃については以下の記事で紹介しています。

ビットコインの51%攻撃とは? 中国のマイニングプールの独占で起きる!?|Coinwall [コインウォール]

ブロックチェーンの問題点に関して以下↓↓の記事でも詳しく解説しているので

興味がある方は是非ご覧になってください。

ブロックチェーンの問題点(スケーラビリティ問題や51%攻撃について)徹底解説!|Coinwall [コインウォール]

ブロックチェーンの問題点について網羅的かつ詳しく解説しています。是非ご覧ください。

まとめ

最後まで読んで頂きありがとうございました。

ブロックチェーンの仕組みについて図を交えながら説明しましたがいかがでしたか?

 

ブロックチェーンの最大の特徴は「データの改ざんに対する耐性が強い」ことです。

つまり最近話題になっている国のデータ改ざん等をも防ぐポテンシャルを秘めています。

 

今後は仮想通貨だけでなく様々な領域においてブロックチェーンが活用されていくであろうと筆者は考えています。

 

興味がある方はリンクの記事をぜひご覧になってみてください。

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