雑記

ブロックチェーンの特徴ってなに!?超初心者の僕が独学してみた。

 

「ブロックチェーンはインターネット以来の技術革新だ」とよく言われており、経済産業省の試算によると日本国内におけるブロックチェーン関連の市場規模は67兆円に達すると予想されています。

では、ブロックチェーンとは一体何なのでしょうか?

どういった特徴があり、何が凄い技術なのか、いまいちピンときませんよね。。ネットでググっても、難しい内容がズラズラ書いてあり、なかなか理解するのが大変です(;_;)

本記事ではそんな方々を対象に、できるだけ分かりやすくブロックチェーンについて解説していきます!

 

そもそもブロックチェーンって何!?

ブロックチェーンは、(*)サトシ・ナカモトがビットコインを成立させるために2008年に開発したテクノロジーです。

(*)「ブロックチェーンの仕組みを利用すれば誰にもビットコインが作れる」と突如ネット上で論文を発表した謎の人物です。日本人ぽい名前ですが、未だにどんな人物なのか正体は不明のままです。(ミステリーですね、、)

 

ブロックチェーンは「ブロック」と「チェーン」の2つの構成要素から成ります。

ブロック:一定期間内のあらゆる取引データ、及びそれに付随するデータが保存された固まり

チェーン:「ブロック」をインターネットでつなぎ共有する仕組み

このブロックをチェーン状に並べて誰にも邪魔されずに(安全に)取引を行うことを可能にするから「ブロックチェーン」と言うのです。

「引っ越し作業」に例えるとわかりやすくイメージできます。

引っ越し作業では、家の中にあるいろんなモノを段ボール箱入れて仕分けしますよね。

食器、洋服、家電製品、など、、どんどん箱の中に入れて収納します。

そして、段ボールがいっぱいになったらガムテープで封を閉じて梱包します。

食器、洋服、家電などのモノ=取引データ(送金記録など)

段ボール=ブロック

という理解でよいでしょう。

ブロック内の取引データ量が一定数に達したら1ブロック形成されるのです。

そして梱包完了になった段ボールは引っ越し業者の人が運んでいけるように玄関などに置いておきますよね。

食器の段ボール→洋服の段ボール→家電の段ボール・・・というように、

段ボール箱を収納した順に並べて置いておくこと=チェーン状に並べる

と思っておいてください。

並べてある段ボールがごちゃごちゃしないように、1つ1つをガムテープで繋いで置いておくイメージです。

このガムテープが、いわゆる「チェーン」のことです。

イメージはこんなかんじで大丈夫です。

しかし実際のブロックチェーンにおいては、ブロックの中に入っているのは食器や洋服ではなく、

会社-会社、会社-個人、個人-個人などの取引データ、つまり「台帳」なのです。

(台帳:売買の取引の金額や、取引の事実内容が記録されている帳簿)

我々の社会では日頃からあらゆる取引がされていますが、

図のように、あらゆる情報を「ブロック」に入れて「チェーン状」に並べることで誰にも邪魔されずに(安全に)取引を行うことを可能になる、それがブロックチェーンなのです!

ブロックチェーンについては様々な定義があり、未だ確固たる定義付けがされていませんが、

一言でいうと、「正しい記録しかできず、変更・削除・改ざんを一切することができない、みんなに合意された情報だけが有効と認識される、ネットワーク共有型のデータベース」と言うことができます。

ブロックチェーンは主に、データベースをもっとパワフルに機能強化する「仕組み」のことを言うのです!

つまり、絶対に不正が起きない最強の仕組みということです。

誰もが平等に参加でき、公平に利益を享受することができる、過去のテクノロジーと比較しても突出している革新的な情報管理・運用の手段のひとつなのでパワフルな仕組みだと言えるのです。

まさに理想の未来が実現する可能性を秘めていると言えるでしょう。

いかがですか?

なんとなく分かった気もするが、まだフワフワしますよね。

 

上で説明したイメージをもとに、なぜブロックチェーンが革新的な仕組みで、安全な取引を可能にするのか、

以下、ブロックチェーンの特徴を交えて解説します。

ブロックチェーンの仕組みと3つの特徴

ブロックチェーンの基本的な仕組み

ブロックチェーンの仕組みは、簡単に言うと「巨大な台帳が分散化され、ネットワークでつながったもの」です。日本語では「分散型台帳」と呼ばれます。

ブロックチェーンは分散型台帳を構成する技術を意味したり、分散型台帳そのものを呼ぶこともあり定義は様々ですが、とりあえず「データが複数に分散されて管理されている」と理解しておけば大丈夫です。

現代社会の課題は複雑化しており、1業界にとどまらずあらゆる業界が相互的に作用して課題が生まれています。製造、小売り、金融、物流...など業界をまたいで解決すべき課題は多岐にわたるため、組織の境界を越えた情報共有が欠かせません。

「みんなで情報を共有・管理しよう」という発想のもと、ネットワーク上の複数のコンピュータ上に分散してデータ(台帳)を保持しているのです。

ここで重要なことは、分散化が単なる情報管理体制の高度化というレベルの話ではなく、中央集権型の管理からの脱却という革新的な変革を生み出すことです。

中央集権型のデータ管理はもはや不要!となり、みんなでデータ管理できるようになるということです。

この新たな仕組みはP2Pという方法により実現してしまうのです!

 

特徴①:P2P(Peer to Peer(ピアツーピア))

P2Pとは、コンピュータ同士をサーバーを介さずにつなぐ方法です。

情報管理の在り方がごろっと変わることを意味します。

 

従来は、中央集権型の情報管理でした。

例えば、あなたはGoogleで検索したり、Amazonで買い物したり、Facebookでアカウントを登録していたり、AppleのiPhoneを持っていたりしませんか?

あなたの個人情報や決済記録の情報、並びにwebサイトへのアクセス権などは全てGAFA(Google、Amazon、Facebook、Apple)のそれぞれの巨大サーバで保管・管理されています。

情報はサーバー所有者のものであり、言ってしまえば所有者により改ざんや削除ができてしまいます。自分たちの利益のために情報操作されるリスクがあり我々はそれを止めることなどできません。

またハッキングを受けたり管理体制に穴があると、巨大企業からの情報流出が起こったりします。最近「○○会社による個人情報流出」というニュースを見かけたりしますよね、、。

GAFAのような巨大企業のみならず、国が管理している情報においても同様の危険性をはらんでいます。

このように、我々の情報を権力者が管理する中央集権型の情報管理体制は「対等」ではなく、改ざん・流出などの危険性をはらんでいるのが従来からの問題でした。

しかし、そんな問題を解決しうるのがP2Pネットワークなのです。

P2Pとは、複数の同等なコンピュータ(「ノード」という)が1対1で直接通信する接続方式であり、たくさんの接続されたコンピュータで相互に通信するネットワークをP2Pネットワークと言います。

Peerとは「仲間」を意味するであり、ユーザー同士でシステムを管理していく協力的・補完的な管理体制となっています。

(画像引用:書籍『暗号通貨とブロックチェーンの先に見える世界』鈴木起史 著)

P2P方式で情報を管理する場合、国やGAFAのような権力者は存在せず、影響力は分散され、情報の改ざん・削除、閲覧制限などの操作がされません。

さらにサーバーを持たないので、サーバーダウンによりシステムが使えないといった事態にも陥りません。

中心となるデータベースがなく、世界中の参加者のコンピュータで動いているため、1台がだめになっても他でカバーできる。取引データが個人情報と結びついていないため盗まれる心配もない。これは「信頼革命」とも言われたりするのです。

誰もが対等な立場で、安全に情報にアクセスできるのは、そこに革新的な暗号化技術が備わっているからなのです。

特徴②:暗号化技術

ブロックチェーンが安全な革新的仕組みである理由は、データが完璧に暗号化されるからです。

暗号化とは、人が理解できる文章を、理解できない文章に「変換」することを暗号化と言います。

あなたが誰かにメッセージを送るとき「このメッセージは暗号化されています」と表示されたことはありませんか?

それです。メッセージを送りたい人に届けるまでに、別の人に内容を見られるのは嫌ですよね。送ったメッセージデータを一度別の値に変換し暗号化してから送ることで情報を保護しているのです。

このような変換がブロックチェーンではもっと高度に行われており信頼が担保されているのです。

 

暗号化技術についてはハッシュ値という内容をを抑えれば十分です。

・ハッシュ値

ハッシュ値とは、ハッシュ関数(メッセージ(入力データ)に特殊な暗号的処理をかける技術)により生成された不規則な文字列です。

「ハッシュ」とはハッシュドビーフのハッシュと同じように、けちょんけちょんして混ぜるという意味があります。

例えば、ブロックチェーンのブロック内には「A社がB社に5,000万円送金」などのようなあらゆる取引データ(履歴)が記録されていますが、

上で説明したように、あらゆるデータは対等な複数のユーザで管理するため誰でも見ることが可能になってしまいます。

そこで、特殊な計算をするハッシュ関数により、取引内容の詳細は複雑な文字列に変換されてハッシュ値となり記録することで、暗号化できるというわけです。

例えば以下のように、入力データ(ワード以外にもファイルも変換可)に対して様々なハッシュ値が生成されています。

入力データの文字が1文字でも違ったり、ひらがな→カタカナに変わっただけでも異なるハッシュ値が生成されます。

(引用元ソフトバンクwebサイト:https://www.softbank.jp/biz/future_stride/entry/technology/20180425/

この生成されたハッシュ値から元データを復元することは不可能という特徴があり、これを難しい言葉で「不可逆性」と言います。

また元データに少しでも手が加えられ改ざんされていたら、全く異なるハッシュ値になってしまうので、正しいハッシュ値と比較されたら簡単にバレてしまうのです。

ブロックチェーンのブロック内には、ハッシュ関数により変換された取引データに加え、直前のブロックデータのハッシュ値が含まれています。

最新のブロックに含まれている取引データのハッシュ値と、前ブロック要約したハッシュ値が一致しなければ、データに改ざんがあったことになるため、本当に騙そうとすればその1つ前のハッシュ値、その1つ前のハッシュ値、その1つ前のハッシュ値・・・というふうに膨大な書き換え作業が発生することになり、完璧なデータ改ざんは事実上不可能と言われています。

(ブロックチェーンを繋いでいくための「ナンス」という値を見つけ出すことにより整合性を確認することができるのですが、これについては後述します。)

 

実際の取引では、データの送信者はデータから生成されたハッシュ値と一緒に受信者に送ります。

受信者は受け取ったデータをハッシュ関数によりハッシュ値に変換し、送られてきたハッシュ値と同じかどうか確認し、データを安全に受信するのです。

どこか1か所でも変えたら、そこから続くブロックもすべて書き換えなければならず、しかもナンスを求める作業は極めて困難なため、改ざんはやっても無駄となり、結果的に誰もやりたがらないのです。

これがブロックチェーンが安全という主な理由となります。

 

特徴③:コンセンサスアルゴリズム

3つ目の特徴は、データに不正がないことを多くの参加者で相互に確認しあい、「たしかに正当性あるよね!」と合意形成をする仕組み=コンセンサスアルゴリズムです。

コンセンサス(合意)を形成するためのアルゴリズム(計算方法)を一語でコンセンサスアルゴリズムと呼んでいます。

具体的にどういう内容か。

ブロックチェーンのような分散型台帳の場合、中央に管理者がいないため、参加者全員で不正がないか監視しあい、ネットワーク上の新規取引の正当性を参加者全員で合意する必要があります。

しかし、中央集権型のネットワークにあるような情報管理のルールは、もともと分散型ネットワークにはありませんでした。

そこで、分散型のネットワークではみんなが円滑に合意形成できる仕組み(アルゴリズム)をつくり、その合意形成のルールの下、みんなで取引の不正を排除し取引の記録を行っているのです。

例えばビットコインであれば、Proof o work(プルーフオブワーク)というコンセンサスアルゴリズムが採用されています。

(他にも、Proof of Stake、Proof of Importance、Proof of Burnなど様々なコンセンサスアルゴリズムが存在しますが、ここでは割愛します)

ビットコインのブロックチェーンでは、1つのブロックチェーンの生成時間が10分間と決められており、世界中の取引データは10分ごとにいったん区切られます。ここで「マイナー(採掘者)」が登場し、そのブロックのハッシュ値を求めるのですが、そこでパズルのような計算問題が出されます。

マイナーは計算問題を解こうとトライアンドエラーを繰り返します

この繰り返し作業のことを「マイニング(採掘)」と言います。

   

マイニングは無数のコンピュータが設置され、四六時中稼働しています。

下の写真はマイニング工場です。無数の機械がありますね、、。

たった1人でマイニングをやるのは事実上不可能なのです、、、(;´Д`)

(画像引用:https://wired.jp/2019/06/19/bitcoins-climate-impact-global-cures-local/ )

最終的に得られた埋め込み値が「ナンス」です。

ナンスはブロックを生成するときに1度だけ使用される数値であり、正当なハッシュ値を導くために必要になるもので、計算問題を繰り返して探し出さないといけません。

ナンス(nonce)は「Number used once」の略で、日本語に訳すと「一度だけ使用される数字」という意味です。

仮想通貨のマイニング(採掘)では、このナンス(nonce)と呼ばれる32ビットの値をハッシュ関数という複雑な数式に代入して計算し、答え(ハッシュ値)を算出します。

このハッシュ値は一定の条件を満たした場合にのみ正当とされ、新しいブロックがブロックチェーンに追加されます。

正当なハッシュ値とそのハッシュ値を導くためのナンス(nonce)を最初に見つけたものがマイニングの成功者となり、報酬として新たに発行される通貨を受取る仕組みになっています。

(引用:Zaifサイト: https://zaif.jp/glossary/nonce?lang=ja)

最初にナンスを見つけた人がブロックに書き込み、ノード(参加者)にブロックをつくった意思表示をします。

ノードはそのブロックのデータとハッシュ値に整合性があるか確認し、問題なければブロックが見事完成されるという仕組みです。

勝者にはビットコインが報酬として新規発行され(ワークのプルーフ、つまり仕事した事の証明)、次のブロックが同じ手順で連結されていきます。

(画像引用:書籍『暗号通貨とブロックチェーンの先に見える世界』鈴木起史 著)

このように、検証作業にインセンティブを与えたことで不正をするメリットがなくなり、参加者に正しい選択をさせることを可能にしたと言えます。

Proof o workにより、管理者がいなくても正しい合意形成が実現され、世にビットコインがでるようになっったのです。

プルーフオブワークは、「改ざんできない」特徴を実現するためのプロセスであり、報酬を伴う「マイニング」がブロックチェーンを動かす歯車になっているのです!

 

ブロックチェーンの種類

パブリックチェーン

これまで説明したように、中央に管理者はおらず誰もがノード(参加しているコンピュータ)になることができ、プルーフオブワークのような承認プロセスで管理されているブロックチェーンです。

要するに、分散化!というコンセプトがパブリック型です。

プライベートチェーン

企業などの特定の管理下に置かれた、管理者がいるブロックチェーンです。外部からの参入は排除し、ノードは管理者が指定、承認も管理組織内で行われます。

 

ブロックチェーンのメリット・デメリット

・メリット

データの改ざんが極めて困難

既に説明したように、データは暗号化され、不可逆性があり元データを特定することすらできません。改ざんすれば分散しているデータとの整合性がつかなくなり、すぐにバレてしまいます。

もう、不正しようがないのです。悪いことをしようと企んでいる人たちはお手上げ状態ですね。

システムがダウンしない

中央集権型のように誰かのサーバーで一元管理している体制をとらないため、サーバーダウンすることすらありません。データ管理元が分散しているので、どこかのコンピュータがバグっても支障はないのです。

海外送金が低コスト

どこかの金融機関を介さず、安価で海外送金が可能となります。今は金融機関を介して送金すれば、手数料がかかります。

途上国の出稼ぎしている労働者が母国の家族のもとに仕送りするケースがありますが、彼らにとっては手数料によって稼ぎの数%が持ってかれるのは非常に痛手となります。

ブロックチェーンによってユーザー同士が直接送金できるようになることで、比較的安価に海外送金することができるのです。金融機関に搾取されなくて済むわけです。

スマートコントラクトによる業務の自動化

契約(コントラクト)をスマートに行うという言葉の通り、取引における契約を自動で行う仕組みのことです。

自動販売機では「お金を入れる」「ボタンを押す」という2つの行為があったら「飲み物が出てくる」というように、ある条件を満たしたらその契約が実行される「取引の自動化」を可能としてくれます。

どこかの第三者機関(仲介役)を介さないで既存の契約業務を自動化できる点にメリットがあり、効率化と改ざん防止の効果があるのです。

主に、第三者機関がよく関わる取引(不動産取引、証券、ローンなど)での活用が今後期待されています。

・デメリット

データは一生消せない

一見メリットと矛盾するようですが、時と場合によってはデメリットになり得るのです。

個人情報は個人が削除を望めば削除しなければならないと個人情報保護法で定められていますが、ブロックチェーンに保存された個人情報は一生消えることはないので、暗号化されてのはいいものの、ネットワークの参加者にいきわたってしまいます。

合意形成に時間がかかる

例えば決済するケースを挙げます。

クレジットカードなら即日決済完了しますが、決済システムをブロックチェーンで運用する場合、参加者間での合意形成に時間がかかるので決済完了するのにそれだけ待たされる懸念点があります。

スピーディーな対応が求められる取引にとっては逆にデメリットになってしまいます。

企業の活用例

私が個人的に気になった記事を抜粋して紹介します。

ブロックチェーン技術を活用した不動産デジタルプラットフォームの構築を開始

ブロックチェーン基盤を活用したデジタルコンテンツの権利情報処理システムを開発

ブロックチェーンが「農業」の未来を変革 ー トレーサビリティで食品管理をスマートに

音楽業界とブロックチェーン:流通や販売著作権の管理など産業を透明化 ー MUSICまとめ

自動車業界×ブロックチェーン:安全管理や環境保護など広く利用される新技術まとめ

まとめ:近未来の当たり前の技術になる

以上、ブロックチェーンについて解説していきました。この技術革新によって5年後、10年後の取引はどう変わるのか期待しましょう。

ただ現状としては、法律、既得権、人々の理解などの様々な障壁が存在します。

何か新しい技術が世に出ると一定層からの反発があるのがふつうです。

今後はそれら障壁をいかに乗り越え、ブロックチェーンの普及に繋げるかがキーになってくるでしょう。

ブロックチェーン技術により誕生した最も代表的な例が仮想通貨/ビットコインです。仮想通貨のようなインパクトあるブロックチェーン活用例が今後生まれてくるのか、見ものです!

 

 

 

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