ブロックチェーンの仕組みをわかりやすく解説！

こんなお悩みにお答えします！

ブロックチェーンとは、端的にいうと、インターネット上の取引を適切に記録し、データを保存管理する仕組みです。

Web3.0について調べていくと、ブロックチェーンということばがセットでくっついてきますよね。そして、決まって『ブロックチェーンとビットコインは別物ですよ』という注意書きが。

重要ということはなんとなくわかる。

でも、そんな注意喚起をされなくても、そもそもブロックチェーンとビットコインを混同すらしていない！結びつかないくらい、どっちもよくわかってません、意味わかりません！

という方向けに、今回はブロックチェーンの仕組みについてわかりやすくご紹介します。

ブロックチェーンって何？

ブロックチェーンとは、インターネット上の取引を適切に記録し、データを保存管理する仕組み。

複数のユーザーで共有して管理する分散型取引台帳のようなものなので、データの書き換えや改ざんが非常に難しいことから、データを守ることができると期待されています。

インターネット接続さえあれば、基本的に誰でもブロックチェーンの情報を閲覧することができます。

「ブロックチェーン」という言葉を説明すると、

ちなみに、ブロックチェーンとは何かについて明確には定まっていないので、人によって解釈が違います。ただ、日本国内では、2016年10月に日本ブロックチェーン協会が発表した下記の広義の定義を参照して解釈されることが多く、わたしもこちらを嚙み砕きました。

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1）ビザンチン障害を含む不特定多数のノードを用い、時間の経過とともにその時点の合意が覆る確率が０へ収束するプロトコル、またはその実装をブロックチェーン
と呼ぶ。」

2）電子署名とハッシュポインタを使用し改鼠検出が用意なデータ構造を持ち、且つ、当該データをネットワーク上に分散する多数のノードに保持させることで、高可用性及びデータ同一性等を実現する技術を広義のブロックチェーンと呼ぶ。」

日本ブロックチェーン協会

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ブロックチェーンの３つの特徴

ブロックチェーンのとっても重要な３つの特徴。順番にみていきましょう！

管理する主体がいない

ブロックチェーンには、管理する主体がいません。そのかわり、不特定多数のユーザーで取引履歴を共有し、共同で管理する仕組みです。「自律分散システム」といわれることも。

シンプルに、リーダーがいなくて、みんなで確認、みんなで共有する、と覚えておきましょう。

現在のインターネットは、Web2.0という時代で、GAFA（Google、Amazon、Facebook、Apple）の大手４社に権力が集中している、「中央集権」的な状態です。

その状態を脱却しようと、次のインターネットの時代といわれるWeb3.0に移行する中で、基幹となる技術がこのブロックチェーン。その最大の特徴が、この管理者のいない「分散型」で運営できること。

取引記録の改ざんが難しい

ブロックチェーンは、データの改ざんが難しい構造になっています。様々な暗号化技術を用いることによって、改ざんが容易に検出されるようになっているので、不正をしてもすぐにバレる仕組み。

不正や改ざんの余地を与えず、公正な取引を記録し続ける、という特性によって高いセキュリティを維持し、情報の透明性を保つことができます。

システムダウンが起きない

ブロックチェーンでは、システム全体がダウンして機能不全になる、ということはありません。取引記録は常に不特定多数のユーザーによって共有・管理されているので、同じコピーをもっている人がたくさんいる状態。

ある単体のコンピュータで問題が発生したとしても、他のコンピュータが影響を受けることがないので、一時離脱してしまう、というだけ。そして、バックアップがたくさんあるということなので、再度同期することで復旧させることが可能となっています。

このように、システムの一部で何か問題が生じても、経済活動・取引に影響がでることはありません。

ブロックチェーンの仕組み

ブロックチェーンを支える４つの仕組み（技術）についてみていきましょう。

P2Pネットワーク

P2Pネットワークは、ピア・ツー・ピア・ネットワーク（Peer to Peer）の略語で、分散型ネットワークの一種。Peer ＝仲間、同僚という意味で、同じ立場の複数のコンピューターが、1対1で直接通信を行う接続方式のことを表しています。

P2Pネットワークでは、各コンピューターが同等の役割を持ち、情報を共有することができます。そうしてシステムが分散されているため、一部のコンピュータがダウンしても全体には影響がでないという仕組みが可能になります。

これは、従来のクライアント・サーバ・ネットワークとは異なり、中央集権的な存在（サーバ）がないため、より耐障害性が高く、セキュリティ上のリスクを低減することができます。

このように、P2Pはサーバのような中心的存在に頼らずに通信ができるような仕組みになっています。

ハッシュ

ハッシュは、データの改ざんを防止するために用いられている高度な暗号化技術。データの改ざんがあれば瞬時に検出できるのはこの技術のおかげです。

ブロックチェーンにおいてハッシュは、前のブロックのハッシュ値と現在のブロックのトランザクション（取引）情報を組み合わせることで、ブロックチェーン内のデータの整合性を確認するために使用されます。

上の図のように、一部のハッシュ値が改ざんされると、それ以前のブロックも含め、すべてまが全く別のハッシュ値に変化します。

ブロックチェーンは、インターネットさえあれば、基本的に誰もが見れる状態で公開されているので、「何かがおかしい！」と感知が可能。

このように、ハッシュによってデータ改ざんの防止ができるようになっています。

電子署名

電子署名は、あるデジタルデータが正しいものであると保証するための署名。そのデータが改ざんされていないことや、署名した人がそのデータに対して責任を持つことを証明するものです。

電子署名では、暗号化技術に基づいて生成された「秘密鍵」と「公開鍵」という２つセットの鍵の使い方がポイントです。

具体的には、①署名者が「秘密鍵」を使ってデジタルデータに署名して、受信者に送信。②受信が、そのペアとなる「公開鍵」を使って、そのデータが署名者本人から送られた正しいものであることを確認する、という流れ。

電子署名を利用することによって、これがホンモノ！と確認した上で安心してやりとりを行うことができます。

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、不特定多数のユーザー間で正しく情報を一致させるための仕組み。管理者がいないブロックチェーンでにおいて、情報の信頼性を維持するために必要不可欠な要素となっています。

ブロックチェーンのように、複数のユーザーで同じ取引情報を記録・共有している場合、記録されている取引情報に食い違いがないようにすることが非常に重要です。

そこで、ユーザー間で情報が異なる場合には、コンセンサスアルゴリズムにのっとって、正確な情報を共有するように調整します。具体的には、ユーザー間でトランザクション（取引）の検証やブロックの承認などを行い、多数決や特定のルールに従って情報の正確性を判断します。

そして、多数決やルールに従って決定した結果をもとに、各ユーザーが情報を更新することで、同じ状態を維持することができます。

このように、コンセンサスアルゴリズムによって、ユーザー間で情報が異なることや不正な操作が生じた場合でも、正確な情報を共有することができる仕組みです。

万が一あるコンピュータが攻撃を受けた場合、攻撃者が改ざんした情報を共有することもあり得ます。そんなときに、コンセンサスアルゴリズムによって、「この情報が正しいよね！」と確認して正しい情報を保証する仕組みになっています。

また、コンセンサスアルゴリズムには、Proof of Work (PoW)、Proof of Stake (PoS)、Delegated Proof of Stake (DPoS)など様々な種類があります。いずれも取引の正当性を維持するために、それぞれ活用されています（詳しくは割愛！）

ブロックチェーンのメリット

「ブロックチェーンの３つの特徴」でも紹介した通り、ブロックチェーンはシステムダウンせず、改ざんが困難で、公正な取引を記録し続けるという特徴があり、それがそのままメリットといえます。

Web2.0の中央集権的な仕組みでは、コストをかけてサーバーへの投資や管理・運用が必要でした（です）。また、システムの一部で問題が発生した場合には、システム全体が影響を受けてしまうことも。

その点、ブロックチェーンでは、一部がダウンしても問題なくシステムが動き続けるので、経済活動等にも影響なく物事を進めることができます。

また、あらゆる取引が記録され続けることから、誰であっても取引記録の書き換えや消去ができない（試みてもすぐバレる）という仕組みは、情報の透明性を担保するのに非常に重要な要素といえます。

改ざんを防止するという点においても、ハッシュ値を用いたブロックの連結や、暗号化を行っています。そのため、不正アクセスや改ざんを防止し、データの安全性を確保することができます。

このように、システムダウンせず、改ざんが困難で、公正な取引を記録し続けるというのはブロックチェーンの大きな強みになっています。

ブロックチェーンのデメリット

残念ながら、ブロックチェーンにはデメリットもいくつかあります。

改ざんが難しいというメリットがある一方で、過去の取引履歴も変更することが困難です。誤った取引が一度ブロックチェーンに記録されても、基本的には修正することができません。

不正取引や誤ったデータの記録がされてしまった場合に、より難解な技術をつかって対処する方法は存在します。しかし、人の手によって途中で修正を加えるということがブロックチェーンの「取引記録を記録し続ける」という特性を消してしまうため、問題となる可能性があります。

また、ブロックチェーンは、一定数の取引データを暗号化したブロックとしてまとめ、新しいブロックをこれまでのブロックチェーンに追加することでデータを保持しています。

過去のデータを持ち続けるため、新しいブロックを追加するたびにデータのサイズが大きくなっていきくことは避けられません。このため、取引の処理速度が遅くなることが問題として挙げられます。

最後に、セキュリティについて。

ブロックチェーンには、ハッシュ値の一致確認による改ざん防止や、暗号化による情報保護など、様々なセキュリティ対策が講じられています。

しかし、ユーザーの多数決に基づくコンセンサスアルゴリズムが採用されているため、攻撃者が多数のコンピュータを乗っ取ることで、ブロックチェーンのセキュリティを破る可能性を否定できません。

とても画期的な技術のブロックチェーンですが、対処していかなければならない課題はあります。

ブロックチェーンの種類

ブロックチェーンは、大きくわけて「パブリックチェーン」と「プライベートチェーン」の２種類があります。

パブリックチェーン

パブリックチェーンは、誰でも参加できるオープンなブロックチェーンです。暗号資産（仮想通貨）取引のように、分散化されたネットワーク上での自由な取引を可能にします。

不特定多数のユーザーが参加できますが、参加者数を把握することは困難で、不正を働くアカウントなども含まれる前提で、システムを運用する必要があります。

また、不特定多数の参加者がいることで、合意形成に時間を要するのが難点。

プライベートチェーン

プライベートチェーンは、参加者が限定されたクローズドなブロックチェーンです。

「管理者」が存在するため、参加人数の把握はもちろん、不正アカウントなどのブロックなども可能なため、参加者としてはより信頼できる環境を整えることができます。

また、パブリックチェーンと異なり、合意形成を速やかに行うことができるのも特徴のひとつ。懸念点は、管理者がいることから、ブロックチェーンの特徴となっている分散化から、中央集権化へ寄っていってしまう点。

ブロックチェーンとビットコインの違い

ブロックチェーンとビットコインは、密接に関連しているものの、異なるものです。「混同しないでください！」とよくいわれる、この２つの違いについて確認しましょう。

ビットコインとは

ビットコインとは、ブロックチェーン技術を用いて誕生した、世界初の暗号資産（仮想通貨）です。

2008年にサトシ・ナカモト氏が発表した「ブロックチェーン技術をつかった、中央管理者のいない決済システム」という内容の論文をもとに開発されました。

ブロックチェーンとビットコインの違い

ブロックチェーンは、ビットコインを可能にしている技術です。ビットコインに限らず、暗号資産（仮想通貨）は、金融機関の介入なしにユーザー同士で直接お金のやりとりをします。

金融機関のような、外部の第三者による取引の保証がされない代わりに、ユーザー同士の取引履歴を正確に記録し、取引の信頼性を担保するために、ブロックチェーンの技術が使われています。

ブロックチェーンの活用事例

ブロックチェーンがどのようにわたしたちの生活の中で活用されるのか、みていきましょう。

直接的なお金のやりとり

ブロックチェーン技術を活用した「暗号資産（仮想通貨）」の開発により、当事者同士のみで決済を成立させることが可能になりました。

これまで、お金のやりとりはインターネット上であっても、必ず銀行などの金融機関を介さなければ実行することができませんでした。

それが、今では暗号資産取引所の口座（仮想通貨を買う場所）と、ウォレット（インターネット上のお財布）があれば、第三者を介さず直接・その場で決済ができる仕組みになっています。

スマートコントラクト

ブロックチェーン技術を応用したのが、スマートコントラクトです。これは、あらかじめ決められた条件が満たされると、自動的に取引が実行されるプログラムのこと。

例えば、商品の発送が完了したら支払いが行われる、あるいは特定の操作が行われたら報酬が支払われる、などの条件がプログラムされています。そのため、契約違反や不正行為の可能性が低く、信頼性の高い契約の実現につながります。

スマートコントラクトは、投票システム、保険契約、不動産の所有権移転など、多様な分野での利用が期待されています。また、ブロックチェーン上で自動的に実行されるため、中間業者の手数料を削減することができ、コスト削減にもつながるとされています。

そして何より、契約が完了した取引に関して、記録や履歴がすべて残るため、契約書を発行する必要がなくなります。契約時に発生する一連の流れを簡略化することから、これもまた、手数料の削減や販売価格の引き下げなどにつながるとされています。

著作権管理

ブロックチェーン技術は、著作権管理の分野にも活用されています。

SNSの普及により、一般人も様々な画像や動画などをインターネット上に投稿することができるようになりました。

SNSの利用者として、他人の作品を勝手に使用して著作権侵害を行わない意識はもちろん必要ですが、全国民に教育を！というよりは初めから仕組みがあった方いいですよね。

また、発信者としては当然、自分のコンテンツは守ってもらいたい。そこでブロックチェーン。

音楽、映像、コミック、文書といったデジタルコンテンツの売買や貸与の取引を記録して、所有者を明確にしつつ不正なコピーや利用をはじき出し、著作権を守ることができるのです。

そして、所有者を明確にして取引されているデジタル作品がよく耳にするNFTです。

食品のトレーサビリティ

ブロックチェーン技術は、食品のトレーサビリティにも活用されています。

食品トレーサビリティ（Traseability）とは、食品の流通経路や原材料の情報を追跡・記録し、必要に応じてその情報を参照できる状態にすること。

具体的には、どのような原材料が使用されているか、どこで栽培されたか、どのような生産工程を経て製品になったか、どのように配送されたか、などの情報。

これらの情報がきちんと管理されていれば、何か問題が発生したときに、すぐに原因特定や回収を行うことができ、結果的に消費者の安心安全信頼を守ることができるとされている取り組みです。

しかし、たとえ製造場所が日本であっても、原材料が世界各地から集められているケースなども増えてきており、すべての情報をエラーなく追跡し把握することは難しくなっています。

それを解決するのが、ブロックチェーン技術。この技術を活用することで、食品のトレーサビリティ情報を迅速かつ正確に共有し、安全・品質管理に役立てることができます。

すでに活用されている事例が、IBM（アメリカ大手テクノロジー企業）が提供する食品業界向けのブロックチェーンベースのプラットフォーム「IBM Food Trust」です。

ブロックチェーンの今後

今後もさまざまな業界で、ブロックチェーン技術が活用されることで、データ改ざんや不正を防ぎ、より安全性の高い社会の実現ができると期待されています。

「情報」とわたしたちの生活は密接に関連している以上、情報の安全性・信頼性はこれまで以上に重要であるため、活用のフィールドはどんどん広がっていくでしょう。

また、情報を守ることと合わせて、これまで煩雑な手続きを必要とした契約関連や取引についても、簡素化してより効率的な社会活動の実現も期待されます。

日本政府でも、将来を見据えて、デジタル庁が2021年に発足しています。『ブロックチェーン技術を活用して、行政手続きの簡素化やセキュリティの向上を目指す』とのこと。

また、ブロックチェーンを活用した金融サービスの発展を促すため、暗号資産（仮想通貨）交換業者の登録制度が導入されたり、金融庁がブロックチェーン技術の利用についてのガイドラインを公表したりしています。

さらに、ブロックチェーンを活用した物流の効率化や、自治体における行政サービスの改善にも取り組んでいます。今後も、日本政府はブロックチェーン技術の活用に積極的に取り組むことが予想されます。

もちろん日本だけでなく、世界で同じように進化していくので、これからのブロックチェーン技術の発展は要チェックですね！

ブロックチェーンの仕組みのまとめ

Web3.0の根幹となるブロックチェーンの仕組みについてご紹介しました。ポイントはこちら！

まだまだ、今はなじみのない技術かもしれませんが、世の中は既に動き出しています。インターネットの誕生によって、便利な時代になりましたが、便利さの裏で生じてきた問題を解決する技術が既に誕生しています。

ブロックチェーンの仕組み（P2P・ハッシュ・電子署名・コンセンサスアルゴリズム）を深堀りして、専門知識までつける必要性はありませんが、いま概要を知っておくだけでも、時代の一歩先を歩んでいるようなもの！

少しずつ勉強していきましょう！