ブロックチェーンとは？分散型デジタル台帳技術の基本を解説

ブロックチェーンは分散型のデジタル台帳であり、データの透明性とセキュリティを提供します。
この記事では、ブロックチェーンの基本や仕組み、特徴について解説します。

ブロックチェーンの基本原則

ブロックチェーンの基本「分散型台帳技術」について解説し、従来の中央集権データベースとの比較を行います。

分散型台帳技術

台帳はデータベースであり、コンピュータやネットワークで管理された情報記録のことをいいます。
分散型台帳技術(以下、分散型データベース技術)は、ブロックチェーンの基本原則の一つであり、情報を複数のノード(コンピュータ)に分散して保存する仕組みです。
これにより、情報が1つの場所に依存せず、複数の場所で管理ができます。

分散型データベース技術の利点は、以下の3つです。

情報が複数の場所に分散しているため、データの改ざんや不正が困難です。
仮に1箇所データを変更したとしても、他のノードとの関係性が壊れます。
よって、改ざんされたデータをすぐに検出できます。

また、情報が複数の参加者によって共有されており、全ての参加者が閲覧可能です。
さらに、各ノードは自身が持つ情報をもとにブロックチェーンを検証しています。
これらにより、取引の透明性が高まり、信頼性のある取引を行えます。

分散型データベース技術を使うことで、情報のセキュリティや透明性、信頼性を高められます。

中央集権データベースとの比較

中央集権データベースと分散型データベースの比較内容を以下にまとめます。

中央集権データベースとは、情報が1つの中央に集まって管理される方式です。

中央の管理者がデータを管理し、アクセス権限を持っています。
そのため、管理者がデータを不正に操作したり、情報の改ざんができます。
よって、この方式は、管理者の信頼に大きく依存します。

一方、分散型データベースは情報を分散して保存し、中央の管理者に頼らずデータの管理を行います。
データは複数のノードで共有し、各ノードがデータの検証を実施しています。
この分散型の仕組みによって、データの不正操作および改ざんを防いでいます。

ブロックチェーンの仕組み

ブロックチェーンの仕組みについて解説します。

「ブロック」が「チェーン」でつながっている

ブロックチェーンの情報は「ブロック」と呼ばれるデータの集まりで表現されます。
ブロックとは、トランザクション(契約や取引の処理)または、データのまとまりです。

それぞれのブロックは、ハッシュ値(一意な識別子)を持っています。
そして、これらブロックは、時間的な順序で「チェーン」のようにつながっています。

次に、「ブロック」が「チェーン」でつながっている仕組みについて説明します。
新しいブロックが作られると、それは前のブロックにリンクされます。
これが「ブロック」が「チェーン」でつながっている状態です。

具体的には、新しいブロックには前のブロックの情報を含む「ハッシュ」と呼ばれる値が付けられます。
このハッシュ値により、ブロックチェーン全体がつながっていることを確認できます。
ハッシュ値を利用した仕組みは、データの改ざん防止に役立っています。

ブロックチェーン上のデータは、ハッシュ値により不可逆的(変更不可)なものとなります。
よって、一度記録された情報を変更するには、連鎖しているすべてのブロックを改ざんする必要があります。
このように「ブロック」が「チェーン」でつながっていることで、データの改ざん防止と信頼性の向上を実現しています。

分散ネットワークとの連携

ブロックチェーンでは、分散ネットワークとの連携が重要な役割を果たしています。

分散ネットワークとは、複数のコンピュータやノードが相互に接続されたネットワークのことを指します。

ブロックチェーン全体は、分散ネットワークにより管理されます。

具体的には、複数のノードがブロックチェーンのデータを持ち、相互にデータを共有し、検証しています。
これにより、データの改ざんや不正の防止が可能です。

例えば、トランザクションを実行する際、そのデータはネットワーク上の複数のノードによって検証されます。
トランザクションが正当であることが確認された場合、ノードはそのトランザクションをブロックに含めてブロックチェーンに追加します。

分散ネットワークとの連携によって、ブロックチェーンは以下の利点を持ちます。

1.攻撃への耐性

分散ネットワーク上のノードが1つ攻撃されても、他のノードがデータを保持しているためデータを守れます。

分散ネットワークにより、攻撃に強いシステム状態の維持が可能です。

2.透明性と信頼性

分散ネットワーク上で共有されるため、データの透明性が高く、システム全体の信頼性が向上します。

3.高い可用性

ノードが多く存在するため、ネットワークの一部がオフラインになっても、他のノードが正常に動作します。

ノードが存在する限り、システム全体が継続して利用できます。

分散ネットワークとの連携により、ブロックチェーンはセキュリティ、信頼性、可用性の向上を実現しています。

ブロックチェーンの特徴

ブロックチェーンの特徴は、以下の通りです。

改ざんが起こりにくい環境

ブロックチェーンでは、改ざんが起こりにくい環境のために、以下の仕組みが働いています。

1.ブロックチェーン全体の一貫性維持

ブロックチェーン上の各ブロックは、前ブロックのデータを含むハッシュ値を持っています。

ブロックが変更されると、それに対応するハッシュ値も変更されます。

ハッシュ値の利用により、ブロックチェーン全体の一貫性を維持しています。

2.ネットワークの合意形成

新しいブロックを追加する場合は、分散ネットワーク上のノード同士が合意形成を行います。

合意形成の仕組みがあるため、改ざんを行うためには過半数以上のノードを乗っ取る必要があります。

3.改ざん実施時、大量のコンピュータ使用を要求

ブロックチェーンの改ざんを行うには、全ブロックの変更が必須です。

全ブロックの変更には膨大な計算が必要のため、高性能のコンピュータを多く使用します。

経済的な負担を増やすことで、改ざん行為を未然に防いでいます。

これらの要素によって、ブロックチェーンは改ざんが起こりにくい環境を提供しています。

高いセキュリティ

ブロックチェーンは、以下の要素によりセキュリティが確保されます。

ブロックチェーンは、データの繋がりが暗号化されます。
そのため、悪意のある第三者がデータを改ざんしようとしても、データを解読することが非常に困難です。

また、分散ネットワークにより単一の攻撃対象が存在しないため、システム全体の安全性が保たれます。
さらに、分散ネットワーク上のノード同士が合意形成を行っているため、不正なデータの改ざんを防げます。
そのうえ、ブロックは前のブロックとリンクされているため、一貫性を保持しています。

これらのセキュリティ要素により、ブロックチェーンは高いセキュリティレベルを提供しています。

スマートコントラクトでの利用

ブロックチェーンは、スマートコントラクトに利用されます。

スマートコントラクトとは、契約条件や取引ルールをプログラム上に記述し、それらを自動的に実行する機能のことをいいます。

スマートコントラクトを利用すると、以下の問題を解決できます。

スマートコントラクトは、ブロックチェーン上のプラットフォームにデプロイ(配置)されます。
契約当事者は、ブロックチェーンに参加し、スマートコントラクトに対して必要な情報を提出します。

スマートコントラクトは、提出された情報をプログラムされたルールに基づいて検証し、条件を満たした場合には自動的に取引の処理を行います。
スマートコントラクトより取引を自動化することで、信頼性があり、透明性の高い実行が可能です。

また、ブロックチェーン上で実行することにより、取引を安全に行えます。

ブロックチェーンの課題

ブロックチェーンの課題は、以下の2点です。

処理に時間がかかる

ブロックチェーンの課題の一つは、処理時間の遅延です。

ブロックチェーンは、取引データをブロックとしてまとめ、それを順番にチェーン状に連結しています。
各ブロックはネットワーク上の複数のノードによって計算されるため、一つのブロック承認には一定の時間がかかります。

特にトランザクションの数が多い場合、あるいはネットワークの負荷が高い場合に、処理時間の遅延が顕著に現れます。
処理時間の遅延は、ビジネス取引などリアルタイム性が重要な場合に影響を及ぼします。

例えば、高速な支払い処理が必要な場合、処理時間の遅延により取引の遅延が発生します。
この処理時間の遅延は、ブロックチェーンのスケーラビリティ(拡張性)の問題とも関連しています。

処理時間の遅延に対する解決策を以下に挙げます。

これらにより、より高速かつスケーラブルなブロックチェーンの実現が可能です。

解決策はいくつかありますが、処理時間の遅延は、ブロックチェーン技術の課題としてまだ残っています。
今後の技術の進展により、解決が図られることを期待しましょう。

プライバシー保護の問題

もう一つの課題は、プライバシー保護の問題です。

ブロックチェーンは分散型の公開台帳であり、取引履歴などのデータがネットワーク上の複数のノードによって共有されます。
この特性により、一部のブロックチェーンではプライバシーに関する懸念が生じることがあります。

懸念材料を以下に挙げます。

ブロックチェーン上で行われるトランザクションは、一般に公開されます。

また、ブロックチェーン上のデータは、一度書き込みすると削除できません。
よって、個人情報などのプライバシーに関わるデータは、データの匿名化など対策が必要です。

さらに、ブロックチェーン上のデータは、クエリ(データにアクセスする命令文)で検索が可能です。
クエリによる情報漏洩で、プライバシーが侵害される心配もあります。

一部の業界や国によっては、プライバシーの取り扱いに厳しい規制が存在します。
そのため、法的な要件とブロックチェーンの特性の間で調整が必要です。

プライバシー保護の問題に対処するためには、以下の3点を意識した開発を行う必要があります。

プライバシー保護の問題は、ブロックチェーン技術の進展とともに解決策が模索されています。
今後の研究や開発により、ブロックチェーンの利用におけるプライバシー保護の向上を期待しましょう。

ブロックチェーンの歴史

ブロックチェーンの歴史について解説します。

ブロックチェーン技術の起源

ブロックチェーン技術の起源は、2008年にサトシ・ナカモトが発表したビットコインの論文にさかのぼります。

ビットコインの論文では、分散型のデジタル通貨の仕組みが提案されました。
この仕組みは、ブロックチェーン技術を基盤としています。

ブロックチェーンは、トランザクションをブロックにまとめ、リンク(チェーン)することで、分散型の台帳にしています。
この台帳は、分散ネットワーク上の複数のノードで保持・検証されています。
複数ノードの保持と検証により、情報の改ざん、または不正を防止しています。

この革新的なアイデアと特徴的な仕組みは、さまざまな分野で大きな影響を与えています。

ビットコインの登場

ビットコインは、世界で初めてのブロックチェーン技術を利用した分散型デジタル通貨です。

以下の2点を実現するために、ビットコインが登場しました。

ビットコインの仕組みは、トランザクションの履歴を透明かつ安全に管理し、新たなビットコインの発行を制御することに基づいています。
透明性と信頼性を保つために、ビットコインのブロックチェーンを分散ネットワーク上で管理しています。

ビットコインの登場により、ブロックチェーン技術の潜在的な利点が注目され、新たなプロジェクトに応用されるようになりました。

他のブロックチェーンプロジェクトの登場

ビットコインの成功を受けて、さまざまなプロジェクトが続々と登場し、ブロックチェーン技術の進化と多様化が進んできました。
新たに登場したプロジェクトは、ビットコインの技術的な側面を拡張し、異なる用途、ニーズに応じたブロックチェーンを構築することを目指しました。

新たに登場したプロジェクトの代表的なものを以下に挙げます。

例えば、イーサリアム(Ethereum)は、ビットコインとは異なるスマートコントラクトを実現しました。
イーサリアムは、ビットコインよりも高度なプログラムが可能なブロックチェーンを構築できるため、分散アプリケーション(DApps)の開発やトークンの発行が可能です。
他の新しいプロジェクトもそれぞれ独自の特徴を持ち、金融業界、物流業界など、さまざまな分野で活用されています。

またイーサリアムのように、ブロックチェーン技術の改善、またはスケーラビリティの向上にも積極的に取り組んでいます。
今日では、様々な業界でさまざまなブロックチェーンプロジェクトが活躍し、新たな可能性を切り拓いています。

ブロックチェーンの展望

ブロックチェーンの展望について解説します。

ブロックチェーンの進化

ブロックチェーンは、技術が発展し、幅広い業界で利用されています。
ブロックチェーンの進化には、以下のような動向があります。

1.ブロックチェーン技術の改善

ブロックチェーン技術の改善が進んでおり、スケーラビリティの向上や高速な取引処理を実現する技術が日々開発されています。

2.ブロックチェーンの応用範囲の拡大

ブロックチェーンの応用範囲が拡大しており、金融業界や物流業界だけでなく、ゲーム業界や芸術分野などでも活用が進んでいます。

3.メタバースとの関係性

メタバースの関係性が注目されており、NFTの活用や暗号資産の活用、ブロックチェーン上でのメタバースの構築などが進んでいます。

これらの動向により、ブロックチェーン技術の進化が続いており、今後も様々な分野での活用が期待されています。

産業への影響と予測

ブロックチェーンは取引の透明性と信頼性を高めるため、コスト削減や効率化が期待できます。
よって、多くの産業に影響を及ぼすことでしょう。

2023年現在、特に以下のような産業に影響を及ぼしています。

ブロックチェーン技術を活用した決済システムや証券取引所のシステムの改善が進んでいます。
ブロックチェーンを利用することで、物流のトレーサビリティーの向上や輸送管理の改善、不動産の取引や契約の自動化、投票システムの改善が期待されています。

先ほど解説した通り、メタバースの関係性も注目されています。
これらの産業において、ブロックチェーン技術の活用が進んでおり、今後も様々な分野での活用が期待されています。

まとめ

ブロックチェーンの基本や仕組み、特徴について解説しました。

ブロックチェーンの基本は、分散型データベース技術です。
分散型データベースは、中央の管理者に頼らずデータの管理を行います。

ブロックチェーンの情報は「ブロック」と呼ばれるデータの集まりが、時間的な順序で「チェーン」のようにつながっています。
ブロックチェーン全体を分散ネットワークで管理することで、高いセキュリティを実現しています。

また、スマートコントラクトで処理を自動化し、信頼性と透明性の高い取引を行っています。
「処理能力」と「プライバシー保護」に問題がありますが、今後の研究や開発によりこの問題も解消されていくでしょう。