ブロックチェーンの仕組みを初心者向けにわかりやすく解説してみた

ブロックチェーンの仕組みを解説

ビットコインを始めとする多くの仮想通貨で採用されているブロックチェーン。その仕組みは非常に単純でありながら、改ざんに対して極めて強い耐性を持ち、それでいて高い透明性も確保できる、次世代のデータ保存技術です。

現状は仮想通貨と結び付けられることが多いブロックチェーンですが、将来的には金融、医療、流通、ゲームなど、幅広いジャンルを大幅に安全に効率化する可能性を大いに秘めています。

ブロックチェーンとは

ブロックチェーンとは簡単に言えば、複数コンピュータに分散して保存される台帳です。

ブロックチェーンの解説図解

ブロックチェーンを管理するコンピュータをノードと言います。台帳とは、これまでの取引が全てまとめられた、家計簿のようなものです。家計簿では1つの家庭のお金の動きを管理しますが、ブロックチェーンでは1つの多数の家計・企業のお金の動きを管理します。

ブロックチェーンは多数のブロックがチェーンで繋がったものです。1つのブロックには多数の取引(トランザクション)やそれに付随するがまとめられています。ブロックは一定時間ごとに新しく生成され、生成されたばかりのブロックはその1つ前に出来たブロックに接続されます。

従来のデータ保存技術とブロックチェーンの最大の違いは、中央管理者の存在の有無です。従来のデータ保存では、中央管理者がデータを管理していました。例えば、銀行が保存する取引データは、銀行のサーバーで管理されていました。銀行がハッキングや攻撃への対策を行うことで、これらのデータは安全に保たれます。

ただし、これらの中央管理者の対策は完璧ではありません。銀行や政府機関など、極めて高度な対策を行っているはずの機関であっても、ハッキングの被害にあうことはままあります。すべてのデータを一箇所で管理していることの弊害です。

ブロックチェーンのハッキング対策

一方、ブロックチェーンには中央管理者が存在しません。では誰がデータを管理するのかというと、インターネットに接続されている複数のノードが管理します。複数のノードに、常に同期を取りながら同じデータを保存することによって、これらのデータは安全に保たれます。

複数の箇所でデータを管理しているため、ハッキングや攻撃への耐性が強く、一部のノードがダウンしても残りのノードでサービスを変わらずに提供できるのがブロックチェーンの最大の強みです。

ブロックチェーンの仕組み・特徴

前述の通り、ブロックチェーンはブロックをチェーンで繋げたものですが、具体的にはどのような仕組みになっているのでしょうか。

まずはブロックの中身を見ていきましょう。ここではビットコインのブロックを例に出しますが、他の仮想通貨も似たようなものです。

ビットコインのブロックの中身は

  • 取引データ(取引に関するデータ)
  • ノンス(ハッシュ値を計算するための適当な値)
  • ハッシュ値(ブロックを接続するために必要な値)

という3つの値から成り立っています。

この中でも特に重要なのがハッシュ値です。

ハッシュ値の出力

ハッシュ値とは、あるデータをハッシュ関数と呼ばれる特殊な関数に入力した際に出力される、元データとは全く関係ないように見える値のことです。元データを少しでも変えると、全く違うハッシュ値が出てきます。

ビットコインの場合は

  • これから生成するブロックに入れる取引データ
  • これから生成するブロックに入れるためのノンス
  • 前のブロックのハッシュ値

の3つを元データに、これから生成するブロックのハッシュ値を計算します。元データの内「これから生成するブロックに入れるためのノンス」はまだ未確定であり、ここを変更するとハッシュ値も変わります。ビットコインの場合、ハッシュ値の先頭16桁は必ず0にならなければならないという決まりがあります。この条件を満たすノンスが見つかれば、新しいブロックが生成されます。

このノンスを探す作業をマイニングといい、マイニングに最初に成功したノードには報酬が与えられます。マイニングについて詳しく知りたい方は、下記リンク先の記事をご覧ください。

仮想通貨のマイニングとは?マイニングの種類や方法を分かりやすく解説

新しいブロックが生成されたら、またマイニングが始まり、更に新しいブロックが生成されます。生成されたすべてのブロックは1本のチェーンで繋げられており、これこそがブロックチェーンの正体です。ブロックチェーンのブロックには誕生から現在に至るまでのすべての取引データが格納されています。

ブロックチェーンには中央管理者が存在しない

ブロックチェーンは前述の通り、多数のノードに保存されます。これらのノードは互いに対等な立場で可動しており、誰かが誰かを管理するという関係にはありません。ブロックチェーンはそれ自身を管理するものが存在しないのです(ただし、例外的に管理主体が存在するブロックチェーンも存在します。詳しくは後述)。

中央管理者がいないのは危険なのでは、と思われるかもしれませんが、実際には極めて安全性が高いです。

ブロックチェーンは不正・改ざんできない

ブロックチェーンのブロックに格納されている取引データを改ざんすることは、技術的には不可能ではありませんが、それにかかるコストとそこから得られるメリットまで考慮すると、改ざんは事実上不可能であると言ってしまっても問題ないでしょう。

ブロックチェーンは極稀に分岐を起こすことがあります。この場合は、より長く伸びたほうのチェーンを正当なものとみなし、そうでない方は不当なものとみなします。

したがって、ブロックチェーンを改ざんするためには、本来は不当なチェーンを、本来は正当なチェーンよりも先に長く伸ばす必要があります。しかし、それは事実上不可能です。世界中のコンピュータが本来は正当なチェーンを長く伸ばそうとするからです。

ブロックチェーンには前述の通り、これから生成されるブロックの取引データ、これから生成されるブロックのノンス、前のブロックのハッシュ値が格納されています。この3つのデータを元データに、これから生成されるブロックに格納されるハッシュ値が決まります。

あるブロックを改ざんし、取引データを別のものに変えると、その時点で次のブロックに格納されるハッシュ値が変わってしまいます。それがたまたま先頭16桁が全て0だったらいいですが、実際にそうなることはまずないため、正しいノンスを見つける作業を行わなければなりません。

ブロックチェーンの改ざんは不可能

正しいノンスを見つけたとしても、その結果出るハッシュ値は当初のハッシュ値とは別のものなので、更に次のブロックに格納されるハッシュ値も変わってしまいます。それがたまたま先頭16桁が全て0だったらいいですが、実際にそうなることはまずないため、正しいノンスを見つける作業を行わなければなりません。

これをずっと繰り返している間にも、本来正当なブロックチェーンはどんどん伸びていってしまいます。計算能力の大半を支配すればあるいは逆転できるかもしれませんが、そんな能力があるのならばそれを正当なマイニングに使用し、報酬を得たほうがよっぽど効率的に稼げます。この報酬も抑止力となり、改ざんを防いでいます。

ブロックチェーンの種類

ブロックチェーンには

・パブリック型
・プライベート型
・コンソーシアム型

の3つがあります。いずれもノードで管理するという点では一致していますが、ノードになるための条件が違い、その結果発生するメリットやデメリットにも差があります。

パブリック型

ブロックチェーンのプライベート型

パブリック型とは、特に条件が設定されておらず、インターネットに接続されたすべてのコンピュータがノードとなり得る仕組みです。ビットコインやイーサリアム、ビットコインキャッシュなど、多くの仮想通貨はパブリック型です。

パブリック型の長所は、取引記録が公開されているため、透明性が高いことです。仮想通貨はマネーロンダリングに使われるのではないか、という懸念を主張する人は多数いますが、すべての取引がブロックチェーンに残り公開されるため、むしろそのようなリスクは(匿名性通貨などを除けば)法定通貨よりも低いと言えます。各ノードが能動的にネットワークを維持するため、管理にかかるコストも安価です。

一方、不特定多数のノードが参加するため、処理プロセスはより厳密に設定し、改ざんを防ぐ必要があります。処理プロセスを厳密にすればそれだけ取引に時間がかかります。

プライベート型

ブロックチェーンのプライベート型

プライベート型とは、1つの管理主体が存在し、その管理主体が認めたコンピュータのみがノードとなり得る仕組みです。もともと、ブロックチェーンは高度な分散化を達成するために作られたものでしたが、参入の敷居の低さや透明性の高さが弊害になることもありえます。例えば特定の企業の閉じたプロジェクトに、世界中のコンピュータがノードとなることはリスクが付きまといます。このような問題を解決するのがプライベート型です。

プライベート型のメリットは、パブリック型と比べると、厳密な処理プロセスが存在しないことです。もともと管理主体が信頼できるとみなしたノードしか参加してこないため、そこまで厳密に処理をする必要がないのです。取引記録も公開されないため、プライバシー保護にも繋がります。

一方で、取引情報の正確性、妥当性などはその管理者次第ということになってしまいます。一度掲載されたデータを改ざんすることはブロックチェーンの仕組み上難しいですが、最初から改ざんされたデータを掲載されるリスクはパブリック型と比べると遥かに高いです。また、ノード数が少なく、改ざん耐性自体もやや低めです。

コンソーシアム型

ブロックチェーンのコンソーシアム型

コンソーシアム型は、パブリック型とプライベート型の中間のような仕組みです。プライベート型では1つの管理主体がノードに対する許可を出しますが、コンソーシアム型では複数の管理主体が出します。

例えば、1社が管理するブロックチェーンはプライベート型ですが、5社が共同で管理するブロックチェーンはコンソーシアム型であると言えます。

基本的なメリットやデメリットはプライベート型に準じますが、複数の管理主体がいるため、改ざんや取引の正確性、妥当性などはプライベート型と比べれば上です。処理プロセスも十分に簡素化できるため、掃除でデメリットは小さいです。

ブロックチェーンの活用が期待される分野3選

このように非常に優秀な技術であるブロックチェーンですが、具体的にはどのような分野での活用が見込まれているのでしょうか。仮想通貨はもちろんその代表的な存在ですが、個々ではそれ以外の分野を3つ紹介します。

医療

医療分野のデータ管理には、他分野と比べてより高度な正確性と安全性、そしてコストの低さが求められます。このような分野と、ブロックチェーンの相性は極めて良好です。例えば、ブロックチェーンに多数の医療関係者がアクセスできる仕組みを作れば、医師同士・医療機関同士の情報共有はより簡単になります。医薬品のトレーサビリティ(追跡可能性)の強化や専門医の認定などへの活用も期待されます。

行政

ブロックチェーンの特徴は、行政サービスとの相性も良好です。行政庁で管理されている文書の量は膨大で、その膨大さは行政サービスの非効率化にもつながっています。近年はこれらのデータの電子かも進められていますが、これらをブロックチェーンを管理するようになれば、大幅な効率化を図れます。ウクライナ政府は現在、民間企業とともに「e-Vox」というブロックチェーンを用いた国民投票・書類管理システムの開発に乗り出しており、日本政府もブロックチェーンを用いたデジタル通貨の可能性について検討するとしています。

流通

ブロックチェーンでは取引内容が随時記載され、しかも改ざん不可能なため、ブロックチェーンとの相性も良好です。ブロックチェーンを活用すれば、例えば食品などの商品がどこから、どのような経路で運ばれてきたかを明確にすることが出来、それは食の安全化や違法商品の撲滅に繋がります。

1 0

この記事の共有はここから