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9.85%
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54.55%
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18.91%
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13.44%
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24.1%
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2.89%
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  4. 【解説】ビットコインの基盤となるブロックチェーンの仕組みをわかりやすく解説

【解説】ビットコインの基盤となるブロックチェーンの仕組みをわかりやすく解説

ブロックチェーン技術はインターネットの再発明と呼ばれるほど革新的な技術です。今回は、ブロックチェーン技術の基本的な仕組みからメリット・デメリットまでを解説します。これを読めばブロックチェーンの基礎を掴むことができます。

ブロックチェーンとは

Bitcoin ブロックチェーンとは

ブロックチェーンとは、P2P(ピアツーピア)ネットワークでデータを管理・共有する技術です。
ビットコインをはじめとする仮想通貨の基盤技術であるとともに、インターネットと同様にビジネスを変革する可能性があるともいわれております。

分散型台帳技術の1つ

ブロックチェーン技術の仕組みは、2008年11月に、サトシナカモトという謎の人物が公開した論文の中で提唱されました。
この論文では、ビットコインの基本的な構想が解説されていました。
その翌年の2009年1月、サトシナカモト本人が実装したとされるプログラムがインターネット上に配布され、ビットコインが誕生しました。

論文によると、サトシナカモトは、「金融機関という第三者機関の介在なしに利用者同士が直接オンラインで支払いできる仕組みを作る」ことを目指していました。
そのためには、ビットコインが特定の管理者を持たない非中央集権的な仕組みを持つ必要があり、P2Pネットワーク上で成立することが求められました。
そこで考え出されたのが、ブロックチェーン技術です。

ところで、ブロックチェーン技術は、分散型台帳技術(DLT)の1つです。
分散型台帳技術は、1つのノードが独自のデータベースを持つのではなく、1つのデータベースを複数のノードで共有して管理しようとするものです。

ブロックチェーンの構造

ブロックチェーンは、ブロックと呼ばれるデータの塊を鎖のように繋いだような構造になっています。

例えば、ビットコインで使われているブロックチェーンのブロックの中身には主に以下のようなデータが含まれています。

  • 1つ前のブロックのハッシュ値
  • 複数の取引データ
  • ナンス

ハッシュ値とは、ある特定のデータをハッシュ関数によって変換されたランダムな文字列のことです。
何か元になるデータをハッシュ関数とよばれる関数で処理することで、ハッシュ値が生成されます。

ハッシュ関数には大きな特徴があります。
それは、現在の技術では、生成されたハッシュ値から元のデータを復元することができないということです。
これが、ブロックチェーン技術の安全性を確保するための大きなポイントになっています。

また、ブロックにはナンスというエリアがあります。
この「ナンス」こそが、ビットコインのブロックチェーンの整合性を保つために必要不可欠なものです。
ナンスはNumber used onceの略で、一回ぽっきりだけ使われる使い捨ての数値です。

これらのデータを使い、1つ前のブロックのハッシュ値を他のデータと一緒にハッシュ値に変換しブロックを作成する作業を繰り返し、次のブロックへと繋いでいくという仕組みをとっています。

ただし、ブロックチェーンによってブロックの中身やその承認方法が異なっています。
しかし、取引データなどをブロックという塊にして繋いでいくというコンセプトはほとんど同じです。

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マイニングで取引を承認する

Bitcoin マイニングで取引を承認する

マイニングという作業によって、ブロックチェーン全体の整合性が保たれています。
マイニングとは、複数の取引データを格納する新しいブロックを生成するという作業です。
より簡潔に言うと、答えとなるデータをナンスに入力すること言います。

先ほども記述した通り、ブロックには「ナンス」と呼ばれるエリアがあります。
このナンスに書き込むデータを調整し、ブロック全体のハッシュ値を変化させます。
そのハッシュ値が決まられた値より小さくなったら新しいブロックが完成します。
この作業を、ビットコインだと約10分おきに行います。
これが、マイニングの作業工程になります。

多くのブロックチェーンでは、いち早くマイニングを成功したマイナーは報酬(2018年7月現在では12.5BTC)を手に入れることができます。

コンセンサスアルゴリズム

信用が完全に確保されていないP2Pネットワーク上での取引で最も難しいとされていることは、「共通の合意」をとることだと言われています。

そのため、有効取引とそうでない取引に対するユーザー全員の認識を共通させるために、何らかの仕組みを用意する必要があります。
この合意形成をするアルゴリズムを、コンセンサスアルゴリズムといいます。
現在、採用されている主要なコンセンサスアルゴリズムには、以下ような種類があります。

  • プルーフ・オブ・ワーク(PoW)
  • プルーフ・オブ・ステーク(PoS)
  • プルーフ・オブ・インポータンス(PoI)
  • プルーフ・オブ・コンセンサス(PoC)

それぞれにメリットデメリットがあり一概にどれが優れているとは言えませんが、いずれもブロックチェーン全体の整合性を保つために非常に重要なものです。

また、既に紹介したようなコンセンサスアルゴリズムによってブロックの中身やチェーン全体のコンセプトが変わります。

コンセンサスアルゴリズムについて詳しく知りたい方は、こちらをご覧ください。

ビットコインではプルーフオブワーク(PoW)を採用

Bitcoin ビットコインではプルーフオブワーク(PoW)を採用

ここではコンセンサスアルゴリズムの中でも、ビットコインに採用されているプルーフオブワーク(PoW)について紹介します。
この方式は、サトシナカモトが公開した論文でも触れられています。

プルーフオブワークとは、仕事量(計算量)による合意形成をいいます。

先ほど、マイニングとはナンスを見つけることであると紹介しました。
しかし、このナンスを見つけるには、膨大な計算量が掛かります。
なぜなら、新しいブロックを生成するために必要な「ハッシュ値」から遡って、ナンスに入れるべき値を特定することが今の技術ではできないからです。
そして、この特定することを困難にしているのが「ハッシュ関数」になります。
この構造により、ナンスを見つけるには、ランダムにハッシュ値を試していくことを続け、より多くの計算をするしかありません。
そのため、一番初めにナンスを見つけマイニングを成功したユーザー(他のユーザーよりもより多くの計算をしたであろうユーザー)が承認した取引は有効であるものだとしようというルールがプルーフオブワークです。

詳しく知りたい方は、以下の記事をご覧ください。

このプルーフオブワークによって、今までのコンセンサスが抱える信頼・信用といった問題である「ビザンチン将軍問題」を解決できた、とされている点がブロックチェーン技術の大きな魅力だと考えられています。

「ビザンチン将軍問題」について詳しく知りたい方は、こちらをご覧ください。

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ブロックチェーンの種類

Bitcoin ブロックチェーンの種類

ブロックチェーンにも以下のような種類があります。

  • パブリック型
  • プライベート型
  • コンソーシアム型

それぞれに強み弱みがあり、さまざまな場面で使い分けられています。

このページでもそれぞれの詳細を解説しています。

パブリック型

パブリック型とはビットコインやイーサリアムのようなブロックチェーンのことで誰でも使うことのできるオープンなブロックチェーンのことを指します。

非中央集権型であり、特定の者による情報漏洩や改ざんのリスクがとても低いというメリットがあります。
しかし、仕様の変更や更新に時間も手間もかかるというデメリットがあります。

プライベート型

プライベート型とは、中央管理者のいるタイプのクローズドなブロックチェーンで、ブロックチェーン技術の改ざんの困難性やコストの低さの特徴を生かしつつ、迅速に仕様変更ができるメリットがあります。

その一方で、ブロックチェーンの管理者が攻撃を受けたり、意図的にデータを改ざんしたりというリスクがあるデメリットがあります。

コンソーシアム型

コンソーシアム型は、プライベートチェーンの取引の承認を行える特別な権限を持つ中央管理者が複数人いるタイプのブロックチェーンです。
これによって、特定の者による意図的な改ざんなどを防ぐことができます。

主に、ブロックチェーンの良い面を享受し合うために、特定の組織・団体のみがブロックの作成を行うために利用されています。

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ブロックチェーンの応用例

ブロックチェーンは仮想通貨以外にもさまざまな分野で活用され始めています。
今回はその中でも特に活用が盛んな「IoT」「トレーサビリティ」「アポスティーユ(公印確認)」について紹介します。

IoT

Bitcoin IoT

IoTはInternet of Thingsの略で、さまざまなモノを相互に繋いで通信できるようにする技術のことで近年ホットな分野の1つです。

ありとあらゆるデータを通信するためには、安全性が求められます。
そこで、ブロックチェーンを利用することで、安全にデータを通信して利用することが可能になると考えられています。

また、ブロックチェーンでスマートコントラクトを利用することでプログラムの実行を自動化できる上に、中央で制御する必要がないので維持・管理にかかるコストを削減することも可能です。

利用場面としては、特定のユーザーが電気などを使用した分だけ課金できるようにしたり、無人の工場を実現したりといったことが考えられます。

トレーサビリティ

Bitcoin トレーサビリティ

ブロックチェーンの改ざんが難しいといった特徴を生かして、トレーサビリティの向上に利用されることも多いです。

トレーサビリティとは追跡可能性の意味で、食品や工業製品がどのように生産され、消費者やエンドユーザーの元に届いたかを確認できるようにすることです。

すでに、世界各地で食品や工業製品の分野でブロックチェーンの導入が進んでおり、産地偽装等を防ぎ、安心安全な製品であることを証明するために利用されています。
さらに、宅配便のサービスとしても使われ始めています。

アポスティーユ(公印確認)

Bitcoin アポスティーユ(公印確認)

アポスティーユは公印確認のことで、書類やデータが正しいかどうかを証明することです。

ブロックチェーンは一度記録したデータを改ざんすることが困難であるため、過去に提出した公文書や契約書などが正しいものなのかということを証明することに利用できます。

海外では既に、政府や地方自治体が作成した公文書や歴史的に価値のある文書をブロックチェーン上で保存するプロジェクトが始まっており、説明責任を果たすために利用され始めています。

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ブロックチェーンのメリット

Bitcoin ブロックチェーンのメリット

ブロックチェーンが社会やビジネスで利用される理由はさまざまなメリットがあるからです。
ここではメリット3つ挙げてみます。

  • 透明性と匿名性が高い
  • システムが停止しない
  • 改ざんが困難

透明性と匿名性が高い

ブロックチェーンに記録された情報は基本的に誰でも確認することができます。
しかも、この時確認できるデータは特定の個人情報などと紐づいていない形で確認できるので匿名性も維持できます。

実際ビットコインなどの仮想通貨でも、どのアカウントからどのアカウントにといった送金履歴などは閲覧できますが、アカウントが具体的に誰のことかということは分かりません。
このように、透明性と匿名性を両立できることは大きな長所です。

システムが停止しない

情報を分散させて管理・共有することで、システム全体がダウンしないというしなやかさが実現できます。

サーバーが中央集権型で管理されている場合、そのサーバーが攻撃を受けたり、障害が発生したりすると、すべてのシステムがダウンもしくは停止してしまうことがあります。

しかし、ブロックチェーンは分散して管理され、中央のサーバーが存在しないことから、ブロックチェーンのシステム全体が停止する心配がありません。

改ざんが困難

ブロックチェーンは不特定多数のユーザーよる承認と監視によって成り立っているので、改ざんが困難です。

その理由はコンセンサスアルゴリズムにあります。
例えば、プルーフオブワークの場合、データを改ざんして二重支払いをしようとしてもハッシュ値が変わってしまうため、ブロックチェーンを利用する多くのユーザーによって改ざんがバレてしまいます。

仮に改ざんを試みようとした場合、他のマイナーの計算能力を上回りながら、ハッシュ値を変更していく必要があります。
これは現実的には考えにくいので、現実的には改ざんが難しいとされています。

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ブロックチェーンのデメリット

Bitcoin ブロックチェーンのデメリット

ブロックチェーン技術には大きな可能性が秘められている一方で、以下のようなデメリットもあります。

  • 取引の承認に時間がかかる
  • スケーラビリティ問題
  • マネーロンダリングに利用される

取引の承認に時間がかかる

ブロックチェーンは不特定多数による承認がベースになっています。

しかし、特定の人間が承認するのと比べて時間がかかってしまいます。
例えば、ビットコインの場合、1つの承認に約10分ほどかかります。

実生活で使うことを考えると、買い物の決済に数分から10分もかかってしまうことを考えると不便です。
また、IoT分野でもデータの送信や承認に時間がかかると必要な時に必要なプログラムを実行できなくなりかねません。

スケーラビリティ問題

データ量が多くなってしまうと、処理しなくてはいけないデータがどんどん詰まってしまい、結果として承認により時間がかかってしまう状態になります。
これをスケーラビリティ問題といい、ブロックチェーン技術の最大の問題の1つになっています。

社会に浸透していくと非常に多くのデータを処理する必要が出てくるため、この問題は致命的です。
現在、コンセンサスアルゴリズムの見直しやSegWit技術、サイドチェーン技術などさまざまな工夫が行われていますが、根本的に解決できてはいません。

そこで、ビットコインはかつて、ブロックのサイズを拡張するためにハードフォークという方法を取りました。
これにより誕生したのが「ビットコインキャッシュ」です。
ハードフォークについて詳しく知りたい方は、こちらをご覧ください。

マネーロンダリングに利用される

マネーロンダリングとは資金洗浄と訳され、犯罪によって手に入れた資金の出所を隠すことを言います。

仮想通貨はブロックチェーン技術によって高い匿名性を持っていますが、それがあだとなり、悪用されることを招いています。

現在、国内外問わずにマネーロンダリングはとても注視されており、金融庁の会議でも話題になっております。

マネーロンダリングやその他話題になっていることについて詳しく知りたい方は、こちらをご覧ください。

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まとめ

今回は、ブロックチェーン技術の仕組みについて解説してきました。

  • ブロックチェーンは分散型台帳技術の1つであり、仮想通貨の基盤技術である。
  • 取引データなどがブロックの形で保存され、それが連結する構造をしている。
  • マイニングによって全体の整合性が保たれている。
  • PoWやPoSなどのコンセンサスアルゴリズムによって承認している。
  • ブロックチェーンには、パブリック/プライベート/コンソーシアムの3種類ある。
  • あらゆる分野に応用されている
  • メリットとデメリットの両面があり、うまく活用する必要がある。

ブロックチェーン技術は、今後を豊かにする力を大いに秘めた革新的な技術です。
これからどのように社会で活用されていくのかが注目です。

最終更新日: 2018-08-01

タグ:
マイニング Bitcoin

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