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ブロックチェーンとは?仕組みを分かりやすく解説

2023年2月27日

ブロックチェーンとは?

ブロックチェーンとは、取引するデータを「ブロック」という1単位で記録し、その「ブロック」を「チェーン」のように繋いで保管する技術のことです。

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取引履歴(ブロック)を暗号技術によって過去から1本の鎖のようにつなげるかたちで記録するイメージです。

データの破壊・改ざんが極めて困難なこと、障害によって停止する可能性が低いシステムが作れるなどの特徴を持つため大きな注目を集めています。

ブロックチェーンが登場したのは2008年、「サトシ・ナカモト」という名前を使った人物(またはグループ)が、暗号資産ビットコインの公開取引台帳としての役割を果たすために発明したのがブロックチェーンです。

ブロックチェーンの基本的な仕組み

従来の中央集権型のシステムは、次の図のように第三者機関が取引履歴を管理する仕組みになっています。

中央集権型のイメージ図

大手や実績十分の業者が提供するサービスであれば、安定性が高いといえます。しかし、その仕組みは中央集権型であり、サービスを提供する管理者の存在が必要です。

管理者がサービスを停止すればデータは消失し、管理者の都合によってデータが抹消される可能性もあります。また、万一、管理者に悪意があればデータの中身を「改ざん」することも可能です。

一方ブロックチェーンは、たとえサービス提供者であっても記録されたデータの改ざんや消去はできません。また参加者が自身の取引データを消すこともできません

次の図はブロックチェーンのイメージ例です。

ブロックチェーンのイメージ例

ブロックチェーン化された取引履歴は、特定の管理業者が存在する「中央集権型」とは異なり、複数の参加者(システム)がそれぞれ情報を共有し、常に同期される「分散型」のシステムで管理されます。

そのため、第三者機関を介さずにユーザー同士で直接取引ができます。また一部のシステムが停止・故障しても、全体で情報を共有しているためシステムを維持できる仕組みになっています。

ブロックチェーンの特徴

ブロックチェーンは「参加者の中に不正を働く者いたとしても正しい取引ができ、改ざんが非常に困難、システムが停止しない、多数の参加者に同一のデータを共有させる仕組み」です。

この仕組みは複数の技術の組み合わせで実現しています。

ブロックチェーンを実現する主な技術

  • ハッシュ値
  • P2Pネットワーク
  • 暗号化技術
  • コンセンサスアルゴリズム
  • スマートコントラクト

ハッシュ値

ブロックチェーンは、取引データを「ブロック」という1単位で記録し、その「ブロック」を「チェーン」のように繋いで保管する技術です。

各々のブロックには、直前のブロックの内容を表すハッシュ値と呼ばれるデータが書き込まれています。

ブロックチェーンのイメージ例

仮に参加者の中に不正を働く者がいて取引データを「改ざん」したとします。

しかしブロックには、直前のブロックの内容を表すハッシュ値が存在します。取引データを「改ざん」すると、それによって導き出されるハッシュ値も変わります。

そのため、「改ざん」したブロック移行のすべてのブロックのハッシュ値を変更する必要があり、この作業は極めて困難です。

ブロックチェーンのデータ改ざんは困難

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「ブロック」を「チェーン」のように繋いでいる、この構造自体がデータの「改ざん」に強いのです。

P2Pネットワーク

ブロックチェーンは、P2P(Peer to Peer、ピアツーピア)ネットワークを使っており、このP2Pネットワークによる分散管理も、ブロックチェーンの改ざん対策に役立っています。

P2Pとは、接続されたコンピュータ同士が対等の立場でデータのやり取りをする接続・通信方式の一つです。この方式はブロックチェーンが登場するもっと昔から存在しており、ブロックチェーンはこのP2Pの接続方式を採用しています。

次の図はP2Pネットワークのイメージ例です。

P2Pネットワークのイメージ例

P2Pはクライアントサーバシステムのようにサーバ側でデータを処理するのではなく、P2Pネットワークに接続している各コンピュータがデータの所持から処理までを行います。

各コンピュータの立場は対等で同一のデータを共有します。P2Pネットワークにより分散管理が可能となり、一部のサーバが障害を起こしたとしてもシステムを維持できる仕組みになっています。

この仕組みにより、各コンピュータが情報を所持・管理することができるため、データ「改ざん」の抑止はもちろん、ブロックチェーンそのものがダウンしにくい基盤の生成を実現しています。

暗号化技術

ブロックチェーンでは、公開鍵暗号方式を応用したデジタル署名を用いて安全な通信を実現しています。

デジタル署名の流れは次のとおりです。

  1. Aが持っている秘密鍵でデータに署名する(暗号:署名生成)
  2. A→Bにデータが送られる
  3. BはAが持っている秘密鍵から作られた公開鍵でデータの署名を照合する(復号:署名検証)

この際、Bの持つ公開鍵で照合できるのは、Aの秘密鍵で作られた署名のみです。(Aが持っている秘密鍵で暗号化した署名を復号できるのは、Aの秘密鍵から作られた公開鍵のみ)

この手順を踏むことで、Aが署名した正しいデータと取引していることが確認できます。

コンセンサスアルゴリズム

コンセンサスアルゴリズムとは、取引を承認するためのアルゴリズム(データの真正性を担保するルール)のことです。

ブロックチェーンは中央集権型のシステムとは違い、管理者が存在しません。

従来の中央集権型のシステムでは、金融機関などの管理する組織が取引の承認を行っていました。しかし、ブロックチェーンでは、取引の承認をする人はいません。

コンセンサスアルゴリズムの例

そこで、取引の承認を管理者がいなくても行えるようにするための仕組み「コンセンサスアルゴリズム」がブロックチェーンには導入されています。

スマートコントラクト

スマートコントラクトとは、ブロックチェーン上で契約を自動的に実行する仕組みのことです。

ブロックチェーン上にプログラムを書き込むことで、設定した条件を自動的に実行する仕組みであり、これにより取引を自動化できます。

ブロックチェーンの種類

ブロックチェーンには主に次のような種類があります。

  • パブリックチェーン
  • プライベートチェーン
  • コンソーシアム(共同事業体)チェーン

パブリックチェーン(パブリック型)

パブリックチェーン(パブリック型)は、誰でも参加できるオープンなブロックチェーンです。管理者は存在せず、参加も脱退も自由に行えます。

パブリックチェーンは参加者に制限がなく誰でも自由に利用できます。また取引データはすべて公開されており、透明性が高いのも特徴です。単独でルールを変えることはできず、参加者の一定数以上の合意があった場合にのみ変更可能となるため、合意形成までに数か月も時間を要することがあります。

パブリックチェーンのイメージ図

サトシ・ナカモトが提唱したブロックチェーンの基本形ともいえるモデルであり、単に「ブロックチェーン」というときは、このパブリックチェーンを指します。

ビットコインをはじめとした仮想通貨はこのパブリックチェーンを利用しています。

プライベートチェーン(プライベート型)

プライベートチェーン(プライベート型)は、単体で管理者(管理する組織)が存在し、参加するには管理者の許可が必要です。

パブリックチェーンに比べると透明性・公共性は低く、中央集権的な要素が含まれていますが、参加者が限られているため、取引の承認はスムーズです。

プライベートチェーンのイメージ図

企業が扱うデータには、個人情報が含まれていることがあり、不特定多数の参加者全員にブロックチェーンを公開するパブリックチェーンで取り扱うのは難しいものがあります。

プライベートチェーンであれば、単一組織が管理者となり、参加者するには管理者の許可が必要です。そのため、ブロックチェーンへの参加者は限定できます。

プライベートチェーンの用途は、企業単体や組織内、たとえば金融機関などにおいて取引を記録する際に用いられます。

コンソーシアムチェーン(コンソーシアム型)

コンソーシアムチェーン(コンソーシアム型)は、複数の管理者(管理する組織)が存在し、参加するには管理者の許可が必要です。

コンソーシアムチェーンのイメージ図

パブリックチェーンとプライベートチェーンの中間に位置するブロックチェーンであり、特定の企業グループなど、ある程度信頼のおけるメンバーで合意を取りながらブロックチェーンを利用するのがコンソーシアムチェーンです。

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