- ブロックチェーンとは？
- ブロックチェーンの仕組みは？
本記事ではこのような疑問を解決します。
ビットコインの台頭によりその名が知れ渡った「ブロックチェーン」
ネットやテレビでよく目にする言葉ですが、その内容を理解している人は少数だと思います。
そこで今回はブロックチェーンについて仕組みを中心にわかりやすく解説していきます。
本記事を読めば明日から友人や家族にブロックチェーンの仕組みを語れるようになるでしょう。
ブロックチェーンとは？
ブロックチェーンとは各参加者がネットワーク上で同じ台帳を管理・共有する方法のことです。
厳密にいうと、各参加者がネットワーク上で同じ台帳を管理・共有する方法はDLT（分散型台帳技術）と呼ばれ、
DLTの中でも台帳データが、「ブロックがつながっている（チェーン）」構造になっているものを特にブロックチェーンと言います。
そして、ブロックチェーンは以下の性質を持っています。
・正しい記録しか記録できず、記録の変更や改ざんができない
・管理者不在で、参加者全員で共有・運用をする
・構築費用が安価で、システム障害に強い
元々この方法は仮想通貨のための技術でしたが、仮想通貨だけでなく他にも幅広く活用できるだろうという可能性を見出され、あとから「ブロックチェーン」と呼ばれるようになりました。
ちなみに、ビットコインが仮想通貨として利用した技術をブロックチェーン1.0と呼び、
その後に仮想通貨だけでなく金融関連の取引を記録するための方式をブロックチェーン2.0、
さらにアセット（価値があるもの）を台帳に記録する方式として製造・医療・登記・資産管理など幅広く利用されるようになったものをブロックチェーン3.0と呼びます。
ブロックチェーン技術が活用されているサービス
ブロックチェーン技術が活用されているサービスには以下のようなものがあります。
・仮想通貨
ビットコインをはじめとした仮想通貨はまさにブロックチェーン技術を土台に運用されています。
特にビットコインはブロックチェーンの生みの親と言って間違いないでしょう。
・サプライチェーンの可視化
サプライチェーンとは製品材料の調達から、製造、在庫管理、配送、販売、消費までの一連の流れを言いますが、ここにブロックチェーンを活用することでプロセスの可視化を実現できます。
例えばアメリカの最大手スーパーマーケットのウォルマートは、IBMと提携して、食品の安全性や透明性を担保するための取り組みとして、サプライチェーン全体の情報にアクセスし、追跡可能なプラットフォームを構築し、実用化しています。
・著作権の管理
デジタルコンテンツが多く生まれる現代において、権利や資産の管理は迅速かつ透明性を担保してなされることが求められます。
ブロックチェーン技術を活用すれば、コンテンツの作成者をオンライン上で素早くオープンに証明することができます。
ビットコインを例にブロックチェーンの仕組みをわかりやすく解説
ここではブロックチェーンの仕組みをビットコインを例にわかりやすく解説していきます。
本記事では以下の点に絞って重要なポイントを押さえました。
- 取引にはアドレスの作成が必要
- ブロックチェーンを支える電子署名技術
- トランザクションの中身
- 取引はネットワーク（各ノード）に伝えていく
- マイニングによってブロックチェーンが合意形成される
取引にはアドレスの作成が必要
ビットコイン取引はまずアドレスを作成するところから始まります。
アドレスとはお金の送付先のことで、銀行における口座番号にあたるものです。
アドレスは電子署名の技術（後ほど解説）を利用して数学的に作られています。
また、ビットコインを保管する場所をウォレットと言います。
厳密にいうと、ウォレットは「秘密鍵」を保管する場所なのですが、「ビットコインを保管する場所」という認識の方が理解しやすいでしょう。
というのもウォレットはスマホアプリやWebサービスによって実現されている「送金」や「残高確認」ができる道具のことであるため、コインの保管場所と言った方がイメージに合致します。
よって、アドレスが「口座番号」、ウォレットが「口座の中を操作するアプリ」ということになります。
ブロックチェーンを支える電子署名技術
ブロックチェーンを支えている中核の技術が電子署名技術です。
電子署名はビットコインの持ち主や、取引データの改ざんが行われていないことを証明する技術のことで、
公開鍵暗号とハッシュ関数の2つの技術によって成り立っています。
公開鍵暗号
そもそも暗号とは何なのでしょうか？
暗号とは他人にわからないようにメッセージのやり取りを行う仕組みのことです。
以前の暗号方式では暗号のルール（1文字ずらすなど）が漏れるとメッセージの内容がバレてしまうという問題がありました。
一方、現代の暗号方式では数学の理論をベースとした暗号技術が主流で、暗号のルールはバレても大丈夫なようになっています。（というか公開されている）
そのため、現代の暗号方式では、秘密にしないといけないものは暗号に用いる「鍵」であり、その主要な暗号方式として公開鍵暗号があります。
公開鍵暗号は秘密鍵と公開鍵を用いて暗号化する方式のことで、公開鍵は一般に公開しても安全なものであり、秘密鍵は鍵の作成者だけが持つべきものです。
ここで公開鍵暗号を南京錠を例にイメージを膨らませましょう。
さらに、公開鍵暗号は以下の特徴を持っています。
・秘密鍵を持った人しか特定の操作ができない
・特定の人を指名して、その人だけがある操作を可能とする仕組みを作るのに向いている
・「コインをある人に送金して、受け取った人だけが使えるようにする」という仮想通貨の仕組みを実現している
ここで、秘密鍵とはランダムに選ばれる数値のことで、送金されたお金を使用する（電子署名を生成する）際に用いられます。
秘密鍵は、他人に漏らすとお金を使用できてしまうので必ず秘匿にし、スマホの紛失などに備えてバックアップをしておく必要があります。
なお、秘密鍵の作成はOSの乱数生成器などを用いて行います。
ここで大事なのはいかに規則性のない乱数を得ることができるかということです。
規則性がなければ秘密鍵の予測が困難になるため、安全性は高まります。
また、秘密鍵と公開鍵の関係は、秘密鍵からは公開鍵を計算できるが、公開鍵から秘密鍵は計算できないというようになっています。
ブロックチェーン（ビットコイン）においては以下のように使われます。
ハッシュ関数
ハッシュ関数とは同じ値を入れれば同じ値が得られ、違う値を入れれば関連性のない異なる値が得られる（予想できない）もので、長さの異なる値を入れても一定の桁数となるものです。
そもそも関数について簡単に説明すると、関数はある値を入れると処理を行ってから別の値を返してくれるものです。
関数を料理人に例えると、関数という料理人に食材を渡して調理してもらって料理ができあがるというイメージです。
ブロックチェーンにおいてはメッセージをハッシュ関数でハッシュ化し、秘密鍵で暗号化して送信します。
また、取引データをハッシュ関数で出した値で照合することにより改ざんを検知します。
トランザクションの中身
ビットコイン取引はトランザクションによって行われます。
トランザクションとは取引データのことです。
さらにトランザクションを複数集めたものがブロックになります。
トランザクションの中身はinput（送り主）からoutput（受取主）への価値の移転が記述されます。
inputには送り主側の情報（コイン残高など）が記述され、outputには受取主側の情報（出金額など）が記述されます。
なお、ブロックチェーンが台帳技術といわれる理由は、トランザクション中のinput（送る側）とoutput（受け取る側）の合計が等しくなければならず、複式簿記の台帳で借方と貸方に同じ額が記入されるのと同じであるためです。
取引はネットワーク（各ノード）に伝えていく
取引を行ったら、その取引結果（トランザクション）をネットワーク（各ノード）に伝えていきます。
ノードとはコンピューターネットワークを構成する機器1つ1つのことを言います。
トランザクションのデータは、どれかのノードに送信→ノードが他のノードに送信→ネットワーク全体に送信される、といったように伝わっていきます。
そして、ブロックチェーンにおいてはP2Pネットワークという仕組みが採用されています。
P2Pネットワークはネットワークに参加しているコンピューターが相互につながり合う仕組みで、中央機関のいない自由な経済圏をつくりたいというブロックチェーンの趣旨に合ったものです。
そのため、取引記録を管理主体ではなくP2Pネットワークの各ノードに保存します。
ノードの機能は以下のものがあります。
・ウォレット
・マイニング
・フルブロックチェーンデータベース
・ルーティング
ノードは種類に応じて上記のいくつかの機能を持っています。
なお、ルーティングだけはどんなノードも持っているもので、ネットワークに接続するのに必要な機能になります。
マイニングによってブロックチェーンが合意形成される
取引結果（トランザクションデータ）が保存されたら、そのトランザクションデータは検証され、ブロックが構築されます。
ブロックはたくさんのトランザクションデータをまとめたもので、そのブロックが数珠繋ぎでつながったものをブロックチェーンと言います。
「トランザクションの中身」のところで確認した画像がイメージです。
このようにトランザクションデータから新しいブロックを生成することで、トランザクションデータを検証して合意形成する仕組みのことをマイニングと呼びます。
このマイニングをする人たちのことをマイナーと呼び、マイナーはマイニングを行った対価として報酬がもらえます。
なお、マイニングについてはこちらの記事で詳しく解説しているため、参考にしてみてください。
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ブロックチェーンの今後
以上ブロックチェーンの仕組みについて見てきました。
それでは最後にブロックチェーンの今後について筆者の考えをお話します。
ブロックチェーンは中央の管理者が存在しない、みんなでデータやコンテンツを共有・運用していくものでした。
この点、中央の管理者を介さない個人間取引や仮想通貨での国際送金に広く活用されていくことでしょう。
これによってより効率的で便利な社会が実現されると思います。
ブロックチェーンのビジネスチャンスは可能性に溢れています！
