ブロックチェーン入門chapter 01

ブロックチェーンとは?

「ブロックチェーン」は、インターネットに並ぶ技術革新である、と言われています。

経済産業省は、「平成27年度 我が国経済社会の情報化・サービス化に係る基盤整備 (ブロックチェーン技術を利用したサービスに関する国内外動向調査)」にて、ブロックチェーンの国内市場規模をおよそ76兆円と予想しています。

国内市場規模の予想を考えても、「ブロックチェーン」が社会に大きなインパクトを与える技術革新であることが分かります。ビットコインの基幹技術として開発された「ブロックチェーン」ですが、仮想通貨だけでなく、数多くの分野で私たちの生活を豊かに変えていく技術として、世界中で注目されています。

どのように私たちの生活をより豊かに変えていくのか、が分かるように、「ブロックチェーン」の活用例や未来の可能性について、お伝えしたいのですが、より深く理解して頂くために、まずは「ブロックチェーン」とは何なのか、どのような仕組みで、どのような特徴があるのか、からお伝えしていきます。

「ブロックチェーン」は、ノード(=コンピュータ)に、トランザクションデータ(=取引データ)をブロックという単位でまとめて記録し、分散して管理する技術のことで、分散管理台帳技術とも言われます。ブロックが時系列順につながっていることから、「ブロックチェーン」と呼ばれています。

ブロックチェーンネットワーク
図1「ブロックチェーン」の基本概念図

「ブロックチェーン」は、情報を記録するという意味においては、データベースの一種になりますが、従来のデータベースにはない、以下の特徴を備えています。

ブロックチェーンの特徴

「ブロックチェーン」の特徴
図2 「ブロックチェーン」の特徴

全員で情報共有

「ブロックチェーン」でつながっている、すべてのノードは、同じデータを保存する仕組みになっています。
「ブロックチェーン」にトランザクションデータが投入されると、初めにどのノードがブロックを追加するか、が決まります。(どのように決まるかは、「ブロックチェーン」の設計によりますが、一般的に、計算力に応じて決めるproof of work、保有コイン残高によって決めるproof of stake、特定の管理者グループによって決めるPBFTなどがあります)
次に、初めにブロックを追加したノードが、他のすべてのノードにブロックを送ります。
全ノードが、ブロックの内容を検証したうえで、問題なければ、それぞれのノードに追加されます。その結果、全ノードに全く同じデータが保存されます。
問題があれば、ブロックは消え、最終的に問題のないブロックのみが追加される仕組みになっています。つまりは、検証された正しいデータのみがブロックとして保存されるということになります。それゆえに、「ブロックチェーン」は、信頼のプロトコル、と言われています。

無停止(ゼロダウンタイム)

従来のシステムでは、リーダーの役割を持つコンピュータが存在しましたが、
「ブロックチェーン」には、中央集権的なノードがありません(Hyperledger Fabricでは、中心的役割を持ったノードが存在します)。すべてのノードが平等につながっていて、全く同じ機能を有しています。それゆえに、一部のノードが故障しても、他のノードが正常であれば、「ブロックチェーン」全体が停止することがなく、すべての処理が続行されます。従来のシステムを超える冗長化を実現することが可能であり、「ブロックチェーン」が自律分散システム、と言われるゆえんです。災害やテロにも強いと言えます。

改ざん不可能

「ブロックチェーン」では、ブロックは時系列順に追加されることに決まっています。そして、過去のデータを改ざん(変更)すると、後に続く全データを改ざんしないと改ざんが成立しません。やりとりの妥当性が全ノードによって検証されます。
少し詳しくお伝えすると、ブロックには、1つ前のブロックの情報を含んだハッシュ値という英数字が格納されています。少しでもデータが改ざんされると、ハッシュ値は全く異なる英数字となり、改ざんが検出されます。
あるブロックを改ざんすると、そのブロックのハッシュ値が変わり、変わったハッシュ値が次のブロックへ格納されるため、以降のブロックすべてを改ざんしないと整合性が取れない仕組みになっており、かつ計算リソースの観点で、51%以上を占めるノードが協調して改ざんを実施しない限り、改ざんされたデータが正しいブロックとして保存されないため、事実上、改ざんは不可能な仕組みになっています。

トレーサビリティ

「ブロックチェーン」では、全ノードによって正しいと認められた、改ざん(変更)が不可能なトランザクションデータがブロックとして保存されています。また、冗長化によりデータが失われることもありません。加えて、時系列順に格納されているため、元をたどることができ、高いトレーサビリティがあります。
ちなみに、ビットコインでは、世界標準時で2009年1月3日18時15分5秒の第一号のトランザクション以来、2018年2月時点で、50万を超えるブロックの連鎖がありますが、そのすべてのブロックを見ることが可能です。

低コスト

従来の技術(DBMS,クラスタ,高スペックマシン,etc…)を使用して「ブロックチェーン」と同種の機能は実現できる、とも言えますが、
・分散配置されたデータベース間での情報共有
・システム全体としてみた時の無停止
・高い改ざん耐性
・すべての履歴管理(トレーサビリティ)
といった機能を実現するためには、全体の調和を考えながら個別に対応する必要があります。
「ブロックチェーン」では仕組みレベルでこれらの要件に対応することができるため、コストを安価に抑えることが可能です。

スマートコントラクトとは

「ブロックチェーン」上で、人の手を介さずに契約を自動実行させる仕組みを「スマートコントラクト」と言います。
契約成立のための特定条件と成果を明文化して事前にコードとして共有したうえで、全ノードによる監視のもと、公平にプログラムが自動実行される仕組みです。

図3 スマートコントラクトの例
図3 スマートコントラクトの例

スマートコントラクトはよく、自動販売機にたとえられます。
噛み砕くと、契約成立のための特定条件とは「商品に表示されている料金以上のお金を投入し、商品のボタンを押す」であり、成果とは「その商品が出てくる。おつりがあればおつりが出てくる」になります。これを、事前にコードとして共有したうえで、全ノードによる監視のもと、公平にプログラムが自動実行される仕組みです。

業務に合わせてスマートコントラクトを開発していくことになります。

「ブロックチェーン」の3つのネットワークモデル

「ブロックチェーン」基盤は、管理者が不在で、誰でも自由にノードを立てて、参加できるパブリック型、管理者が複数の組織で許可制のコンソーシアム型、管理者が単一の組織で許可制のプライベート型、の3つのモデルに分類することができます。

パブリック型コンソーシアム型プライベート型
管理主体 なし 複数の組織 単一の組織
参加 自由 許可制
データ参加型 自由 制限可能
合意形成 中央排除型(PoW,PoS) ←(どちらもあり)→ 中央集権型(PBFT)
採掘報酬 あり ←(どちらもあり)→ あり/なし(プロダクト依存)
スループット ←(どちらもあり)→
別称 permissionless permissioned
図4「ブロックチェーン」の3つのネットワークモデル

ビットコインのような仮想通貨では、パブリック型が多く、スマートコントラクトを使う場合にはパブリック型とコンソーシアム型が多くなっています。コストメリットやオペレージョン上のメリットを目的としている場合はプライベート型が多くなっています。

それぞれの特徴を考えて使い分ける傾向は今後も続きそうですが、エンタープライズ市場では、コンソーシアム型が中心になると推測されます。

さて、ここまで、「ブロックチェーン」の基本をお伝えしてきましたが、次は、「ブロックチェーン」によって、これから世の中がどのように変わっていく可能性があるのかをお伝えします。

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