セクション
ブロックチェーン101
ブロックチェーンはどのように機能するのでしょうか?
ブロックチェーンは何に使用されますか?
セクション 1 - ブロックチェーン 101
コンテンツ
ブロックチェーンとは何ですか?
ブロックはどのようにつながっているのでしょうか？
ブロックチェーンと分散化
ビザンチンの将軍の問題
なぜブロックチェーンを分散化する必要があるのでしょうか?
ピアツーピアネットワークとは何ですか?
ブロックチェーンのノードとは何ですか?
パブリック ブロックチェーンとパブリック ブロックチェーンプライベートブロックチェーン
トランザクションはどのように機能しますか?
ビットコイン取引のやり方
Binanceからビットコインを引き出す方法
Trust WalletからElectrumにビットコインを送金する方法
ブロックチェーン技術を発明したのは誰ですか?
ブロックチェーン技術の長所と短所
長所
コントラス
ブロックチェーンとは何ですか?
ブロックチェーンは特殊なタイプのデータベースです。分散台帳テクノロジー (DLT) についても聞いたことがあるかもしれません。多くの場合、両方の概念は同じものを指します。
ブロックチェーンには特定の固有の特性があります。データを追加する方法を決定するルールがあり、データが一度保存されると、変更または削除することは事実上不可能です。
データは時間の経過とともにブロックと呼ばれる構造に追加されます。各ブロックは前のブロックの上に構築され、そのブロックにリンクする情報の一部が含まれます。最新のブロックを見ると、それが前のブロックの後に作成されたことが確認できます。したがって、「チェーン」をたどっていくと、ジェネシス ブロックとして知られる最初のブロックに到達します。
たとえて言えば、2 つの列を持つスプレッドシートがあると想像してください。最初の列の最初のセルに、保持したい情報を入力します。
この最初のセルのデータは 2 文字の識別子に変換され、次の入力の一部として使用されます。この例では、2 行目の次のセル (defKP) を埋めるために 2 文字の識別子 KP を使用する必要があります。これは、最初の入力 (abcAA) のデータを変更すると、残りのすべてのセルに異なる文字の組み合わせが含まれることを意味します。
各エントリが最後のエントリにリンクされているデータベース。
ここで行 4 を見ると、最新の識別子が TH であることがわかります。戻ってエントリを削除したり削除したりすることはできないと述べたことを覚えていますか?その理由は、これが起こったことに誰でも簡単に気づき、変更しようとする試みは単に無視されるだけだからです。
最初のセルのデータを変更すると、異なる識別子が得られることになります。つまり、2 番目のブロックには異なるデータが含まれ、その結果、行 2 にも異なる識別子が得られ、以下同様になります。 TH は本質的に、それに先行するすべての情報の産物です。
ブロックはどのようにつながっているのでしょうか？
2 文字の識別子を使用した上記の説明は、ブロックチェーンがハッシュ関数を使用する方法の単純なアナロジーです。ハッシュはブロックを結合する接着剤です。これは、任意のサイズのデータを取得して、常に同じ長さの出力 (ハッシュ) を生成することで構成されます。
ブロックチェーンで使用されるハッシュは興味深いものです。まったく同じ出力を生成する 2 つの情報が見つかる確率は天文学的に低いからです。上記の識別子の場合と同様、入力データにわずかな変更を加えると、まったく異なる出力が生成されます。
これは、ビットコインで広く使用されている関数である SHA256 で説明できます。ご覧のとおり、大文字の使用を変えるだけでも出力を完全に変更するのに十分です。
入力データ | SHA256の出力 |
|---|---|
バイナンスアカデミー | 886c5fd21b403a139d24f2ea1554ff5c0df42d5f873a56d04dc480808c155af3 |
バイナンスアカデミー | 4733a0602ade574551bf6d977d94e091d571dc2fcfd8e39767d38301d2c459a7 |
バイナンスアカデミー | a780cd8a625deb767e999c6bec34bc86e883acc3cf8b7971138f5b25682ab181 |
SHA256 に既知の「衝突」(つまり、2 つの異なる入力が同じ出力を与える) がないという事実は、ブロックチェーンのコンテキストにおいて非常に貴重です。これは、各ブロックがそのハッシュを含めることによって前のブロックを指すことができ、古いブロックを編集しようとする試みがすぐに明らかになることを意味します。
各ブロックには、前のブロックのフィンガープリントが含まれています。
ブロックチェーンと分散化
ブロックチェーンの基本的な構造について説明しました。しかし、人々がブロックチェーン テクノロジーについて話すのを聞くとき、おそらくデータベース自体のことを指しているのではなく、データベースを中心に構築されたエコシステムのことを指しているでしょう。
独立したデータ構造であるブロックチェーンは、非常に特殊なアプリケーションにのみ役立ちます。物事が面白くなるのは、見知らぬ人がお互いに調整するためのツールとしてそれらを使用するときです。他のテクノロジーやゲーム理論と組み合わせることで、ブロックチェーンは誰も制御しない分散型台帳として機能できます。
これが意味するのは、アクターはシステムのルールに基づいて入力を編集する権限を持っていないということです (ルールについては後ほど詳しく説明します)。この意味で、全員が同時に台帳を所有していると主張できます。つまり、参加者は常に台帳の外観に同意しています。
ビザンチンの将軍の問題
上で説明したようなシステムに立ちはだかる本当の課題は、ビザンチン将軍問題として知られているものです。 1980 年代に考案されたこの作品は、孤立した参加者が行動を調整するためにコミュニケーションをとらなければならないというジレンマを描いています。問題のジレンマには、都市を攻撃するかどうかを決定しながら、都市を包囲する一連の陸軍将軍が含まれます。将軍はメッセンジャーを通じてのみ通信できます。
各自が攻撃するか撤退するかを決定しなければなりません。すべての将軍が同じ決定を共有している限り、彼らがどちらのことをするかは問題ではありません。彼らが攻撃することを決めた場合、彼らが一斉に行動する場合にのみ成功します。では、どうすればこれを確実に達成できるでしょうか?
もちろん、メッセンジャーを介して通信することもできます。しかし、その使者が「夜明けに攻撃する」というメッセージを傍受され、そのメッセージが「今夜攻撃する」という別のメッセージに置き換えられたらどうなるでしょうか?将軍の一人が、他の将軍を確実に敗北させるために故意に欺く悪意のある人物だったらどうなるでしょうか?
全員が攻撃すると将軍は成功します (左)。ある者が退却し、他の者が攻撃すると敗北します（右）。
参加者に悪意があることが判明した場合やメッセージが傍受された場合でも、合意に達することができる戦略が必要です。データベースの維持に失敗することは、増援なしで都市を攻撃するのと同じ生死にかかわる状況ではありませんが、同じ原則が当てはまります。ブロックチェーンを監督し、ユーザーに「正しい」情報を提供する責任者がいない場合、ユーザー同士が通信できる必要があります。
1 人 (または複数) のユーザーの潜在的な障害を克服するには、ブロックチェーンのメカニズムがそのような後退に耐えられるように慎重に設計されている必要があります。このビザンチンフォールトトレラントを実現できるシステムを私たちは呼んでいます。すぐに説明するように、コンセンサス アルゴリズムは、確固たるルールを強制するために使用されます。
なぜブロックチェーンを分散化する必要があるのでしょうか?
もちろん、ブロックチェーンを単独で運用することもできます。しかし、他の優れた代替手段と比較すると、データベースは不格好になってしまいます。そしてその真の可能性は、分散型環境、つまりすべてのユーザーが平等である環境でのみ活用できます。このようにして、ブロックチェーンを排除したり、悪意を持って支配したりすることはできません。それはすべての人が見ることのできる唯一の真実の情報源となるでしょう。
ピアツーピアネットワークとは何ですか?
ピアツーピア (P2P) ネットワークはユーザー層 (前の例では一般層) です。管理者がいないため、他のユーザーと情報を交換するたびに中央サーバーに接続する代わりに、情報を同僚に直接送信することになります。
以下のグラフを見てみましょう。左側では、A はサーバーを介してメッセージを送信して F にメッセージを送信する必要があります。ただし、右側では、この 2 つは仲介者なしで接続されています。
集中型ネットワーク (左) vs.分散型ネットワーク (右)。
通常、サーバーにはユーザーが必要とするすべての情報が保存されます。 Binance Academy にアクセスすると、サーバーにすべてのアイテムを提供するように要求されます。 Web ページが「オフライン」の場合は表示できません。ただし、すべてのコンテンツをダウンロードした場合は、Binance Academy にクエリすることなく、コンピューターにアップロードできます。
基本的に、これがネットワーク上の各ピアがブロックチェーンを使って行うことです。つまり、データベース全体をコンピューターに保存します。誰かがネットワークから離れても、ネットワーク上に残っているユーザーは引き続きブロックチェーンにアクセスし、相互に情報を共有できます。新しいブロックがチェーンに追加されると、データがネットワーク全体に伝播されるため、誰もが自分の台帳のコピーを更新できます。
このタイプのネットワークの詳細な分析については、「ピアツーピア ネットワークの概要」を必ずお読みください。
ブロックチェーンのノードとは何ですか?
ノードは簡単に言うと、ネットワークに接続されたマシンです。ノードは、ブロックチェーンのコピーを保存し、残りのユニットと情報を共有する役割を果たします。ユーザーはこれらのプロセスを手動で管理する必要はありません。通常、ブロックチェーン ソフトウェアをダウンロードして実行するだけで、残りは自動的に動作します。
上記では、最も純粋な意味でのノードについて説明しましたが、その定義には、何らかの方法でネットワークと対話する他のユーザーも含まれる場合があります。たとえば、暗号通貨の場合、携帯電話上の単純なウォレット型アプリがライトノードと呼ばれるものになります。
パブリック ブロックチェーンとパブリック ブロックチェーンプライベートブロックチェーン
ご存知かもしれませんが、ビットコインはブロックチェーン業界が今日あるようになるための基礎を築きました。ビットコインが正当な金融資産であることが証明され始めるとすぐに、革新的なプレーヤーは他の分野における基礎となるテクノロジーの可能性について考え始めました。これにより、金融以外の無数の使用例でブロックチェーンが探求されるようになりました。
ビットコインは私たちが「パブリックブロックチェーン」と呼んでいるものです。これは、誰でもそこに含まれるトランザクションを閲覧でき、参加するために必要なのはインターネット接続と必要なソフトウェアだけであることを意味します。参加するためのその他の要件がないため、この種の環境をパーミッションレスと呼ぶことができます。
対照的に、「プライベート ブロックチェーン」と呼ばれる別のタイプのブロックチェーンもあります。これらのシステムは、誰がブロックチェーンを参照して操作できるかを決定するルールを確立します。このため、これらを許可された環境と呼びます。プライベート ブロックチェーンは最初は冗長に見えるかもしれませんが、主に企業シナリオで特定の重要な用途を提供します。
このトピックについて詳しく知りたい場合は、「プライベート、パブリック、コンソーシアム ブロックチェーン - それぞれの違いは何ですか?」をご覧ください。
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トランザクションはどのように機能しますか?
アリスが銀行振込でボブに支払いたい場合は、銀行に通知する必要があります。話を簡単にするために、双方が同じ銀行を使用するとします。後者は、データベースを更新する前に、アリスがトランザクションを実行するために必要な資金を持っているかどうかをチェックします (つまり、アリスに -50 ドル、ボブに +50 ドルを書き込む)。
それはブロックチェーンで起こっていることとそれほど変わりません。結局のところ、それはデータベースでもあります。主な違いは、バランスの制御と更新を担当する単一のアクターが存在せず、すべてのノードがそれを行う必要があることです。
アリスがボブに 5 ビットコインを送りたい場合は、それを通知するメッセージをネットワークにブロードキャストします。これはすぐにはブロックチェーンに追加されません。ノードはそれを認識しますが、トランザクションを確認するには他のアクションを完了する必要があります。 「ブロックはブロックチェーンにどのように追加されるのか?」を参照してください。
トランザクションがブロックチェーンに追加されると、すべてのノードはトランザクションが実行されたことを確認できるようになります。次に、これを反映するためにブロックチェーンのコピーを更新します。それ以降、アリスは同じ 5 単位をキャロルに送ることができなくなります (これは「二重支払い」になります)。これは、アリスが以前のトランザクションでそれらの単位をすでに使用したことがネットワークに認識されるためです。
「ユーザー名」と「パスワード」の概念はありません。資金の所有権を証明するために公開キー暗号化が使用されます。まず、資金を受け取るために、ボブは秘密鍵を生成する必要があります。これは単なる非常に長い乱数であり、たとえ何百年かけても推測することは事実上不可能です。しかし、ボブが自分の秘密鍵を誰かに公開すると、その人は彼の資金の所有者として行動することができます (したがって、その資金を使用することができます)。したがって、それを秘密にしておくことが重要です。
ただし、ボブができることは、秘密鍵から公開鍵を導出することです。その後、この公開キーを誰にでも渡すことができます。これは、誰でもこの公開キーから秘密キーをリバース エンジニアリングすることが事実上不可能であるためです。ほとんどの場合、ボブは公開キーに対して別の操作 (ハッシュなど) を実行して、パブリック アドレスを取得します。
ボブはアリスに公開アドレスを与え、資金の送金先を知らせます。彼女は、これらの資金をこの公開アドレスに支払うというトランザクションを生成します。次に、アリスは自分のものではない資金を使おうとしていないことをネットワークに証明するために、自分の秘密鍵を使用してデジタル署名を生成します。誰でもアリスの署名付きメッセージを入手し、それを彼女の公開鍵と比較して、アリスがそれらの資金をボブに送る権利があるかどうかを確実に判断できます。
ビットコイン取引のやり方
ビットコインをどのように取引できるかを説明するために、2 つのシナリオを想像してみましょう。 1 つ目では、Binance からビットコインを引き出すことを計画し、2 つ目では、TrustWallet から Electrum ウォレットに資金を送金することを計画しています。
Binanceからビットコインを引き出す方法
1. Binance アカウントにログインします。まだビットコインをお持ちでない場合は、ビットコインの購入方法に関するビットコインガイドをご覧ください。
2. 「ウォレット」の上にマウスを移動し、「Spot Wallet」を選択します。
3. 左側のサイドバーの「出金」をクリックします。
4. 引き出したい通貨を選択します – この場合は BTC です。
5. 引き出すビットコインの送信先アドレスをコピーし、受信者の BTC アドレスに貼り付けます。
6. 引き出したい金額を指定します。
7. 「送信」をクリックします。
8. すぐに確認メールが届きます。アドレスが正しいかよくご確認ください。その場合は、同じメールで取引を確認してください。
9. トランザクションがブロックチェーンを通過するまで待ちます。そのステータスは、「入出金履歴」タブまたはブロックエクスプローラーを使用して監視できます。
Trust WalletからElectrumにビットコインを送金する方法
この例では、Trust Wallet から Electrum にビットコインを送信します。
1. Trust Wallet アプリを開きます。
2. ビットコインアカウントをクリックします。
3. 「送信」をクリックします。
4. Electrum ウォレットを開きます。
5. Electrum の「受信」タブをクリックし、アドレスをコピーします。
あるいは、Trust Wallet に戻り、[–] アイコンをタップして、Electrum アドレスを指す QR コードをスキャンすることもできます。
6. Trust Wallet の「受信者アドレス」にビットコイン アドレスを貼り付けます。
7. 数量を指定します。
8. すべてが正しい場合は、トランザクションを確認します。
9. これで完了です。トランザクションがブロックチェーン上で確認されるまで待ちます。ブロック エクスプローラーにアドレスを入力すると、そのステータスを監視できます。
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ブロックチェーン技術を発明したのは誰ですか?
ブロックチェーン技術は、最初で最も人気のあるブロックチェーンであるビットコインの発売により 2009 年に正式に確立されました。ただし、その作成者の仮名であるサトシ・ナカモトは、以前のテクノロジーや提案からインスピレーションを得たものと思われます。
ブロックチェーンは、ハッシュ関数と暗号化を広範に利用しています。これらの要素は、ビットコインが発売されたときにはすでに数十年前から存在していました。興味深いことに、ブロックチェーン構造の起源は 1990 年代初頭にまで遡ることができますが、当時は文書に「タイムスタンプ」を付けるためにのみ使用され、後で変更できないようにしていました。
このトピックの詳細については、「ブロックチェーンの歴史」を参照してください。
ブロックチェーン技術の長所と短所
適切に設計されたブロックチェーンは、金融から農業に至るまで、さまざまな分野の利害関係者に影響を与える問題を解決します。分散ネットワークには、従来のクライアント/サーバー モデルに比べて多くの利点がありますが、いくつかの欠点もあります。
長所
ビットコインのホワイトペーパーで指摘されている当面の利点の 1 つは、仲介者の参加なしで支払いが可能になることです。その後のブロックチェーンはさらに一歩進んで、ユーザーがあらゆる種類の情報を送信できるようになりました。取引相手を排除することで、関与するユーザーのリスクが軽減され、取り分を得る仲介者がいないため、手数料も下がります。
前に述べたように、パブリック ブロックチェーン ネットワークも「パーミッションレス」です。誰も管理していないため、参入障壁はありません。潜在的なユーザーがインターネットに接続できれば、ネットワーク上の他のピアと対話できるようになります。
ブロックチェーンの最も重要な性質は、高度な検閲耐性を備えていることだと多くの人が主張するでしょう。集中型サービスを無効にするには、悪意のある攻撃者が行う必要があるのは、サーバーをターゲットにすることだけです。しかし、ピアツーピア ネットワークでは、各ノードが独自のサーバーとして機能します。
ビットコインのようなシステムには、世界中に 10,000 以上の可視ノードが分散されており、十分なリソースを持った攻撃者であってもネットワークを侵害することは事実上不可能です。ネットワーク全体からは見えない隠れたノードも多数あることに注意する必要があります。
これらは一般的な利点の一部です。 「ブロックチェーンは何に使用されますか?」でわかるように、ブロックチェーンが満たすことができる具体的な使用例は数多くあります。
コントラス
ブロックチェーンはすべての問題を解決する特効薬ではありません。前のセクションで述べたように、それらはそれぞれの強みに合わせて最適化されているため、他の領域にも欠陥が生じます。ブロックチェーンの大量導入に対する最も明白な障害は、ブロックチェーンがあまりうまく拡張できないという事実です。
これは、あらゆる分散ネットワークに有効です。すべての参加者は同期を維持する必要があるため、新しい情報をすぐに追加することはできません。そうしないと、ノードが追いつくことができなくなります。したがって、開発者は、システムが分散化された状態を維持できるように、ブロックチェーンの更新速度を意図的に制限する傾向があります。
ネットワークのユーザーにとって、トランザクションを行おうとする人が多すぎると、これは長い待ち時間という形で現れることがあります。ブロックは一定量のデータのみを保持でき、チェーンに即座に追加されるわけではありません。ブロックが保持できる数を超えるトランザクションがある場合、追加のトランザクションは次のブロックを待つ必要があります。
分散型ブロックチェーン システムのもう 1 つの考えられる欠点は、簡単に更新できないことです。独自のソフトウェアを作成している場合は、必要に応じて新しい機能を追加できます。他のユーザーと共同作業したり、変更を加えるために許可を求めたりする必要はありません。
何百万もの潜在的なユーザーがいる環境では、変更を加えるのはかなり困難です。ノード ソフトウェアの特定のパラメータを変更することはできますが、最終的にはネットワークから隔離されてしまいます。変更されたソフトウェアが他のノードと互換性がない場合、それらはそれを検出し、それとの対話を拒否します。
最大ブロック サイズを決定するルールを (1MB から 2MB に) 変更したいとします。接続しているノードにそのブロックを送信することもできますが、「1MB を超えるブロックは受け入れない」というルールがあります。それより大きなものを受け取った場合、ブロックチェーンのコピーにはそれを含めません。
変更を実装する唯一の方法は、エコシステムの大部分に変更を受け入れてもらうことです。主要なブロックチェーンの場合、変更を調整するまでに、フォーラムでの激しい議論に数か月、場合によっては数年かかることがあります。このトピックの詳細については、「ハード フォークとソフト フォーク」を参照してください。
セクション 2 - ブロックチェーンはどのように機能するのか?
コンテンツ
ブロックはどのようにしてブロックチェーンに追加されるのでしょうか?
マイニング (プルーフ・オブ・ワーク)
プルーフ・オブ・ワークの利点
プルーフ・オブ・ワークの欠点
ステーキング（ステーキング証明）
プルーフ・オブ・ステークの利点
プルーフ・オブ・ステークの欠点
その他のコンセンサスアルゴリズム
ブロックチェーントランザクションを元に戻すことはできますか?
ブロックチェーンのスケーラビリティとは何ですか?
なぜブロックチェーンを拡張する必要があるのでしょうか?
ブロックチェーンフォークとは何ですか?
ソフトフォーク
ハードフォーク
ブロックはどのようにしてブロックチェーンに追加されるのでしょうか?
ここまで、多くのトピックを取り上げてきました。ノードが相互接続されており、ブロックチェーンのコピーが保存されていることがわかっています。また、トランザクションと新しいブロックに関する情報を相互に送信します。ノードが何であるかをすでに分析しましたが、新しいブロックはどのようにしてブロックチェーンに追加されるのか疑問に思われるかもしれません。
ユーザーに何をすべきかを指示する単一の情報源はありません。すべてのノードは同等の権限を持っているため、誰がブロックチェーンにブロックを追加できるかを公平に決定するメカニズムが必要です。ユーザーが不正行為をすると高額な費用がかかりますが、ユーザーが正直に行動すると報酬が得られるシステムが必要です。合理的なユーザーであれば、経済的に有益な方法で行動したいと考えるでしょう。
ネットワークはパーミッションレスであるため、ブロックの作成には誰でもアクセスできる必要があります。プロトコルは多くの場合、ユーザーに「ゲームに何らかのスキン」を投入することを要求することでこれを保証します。つまり、ユーザーは自分のお金を危険にさらさなければなりません。そうすることで、ブロックの作成に参加できるようになり、有効なブロックが生成されれば報酬が支払われます。
ただし、不正行為を試みると、ネットワークの残りの部分に知られてしまいます。彼らが提出した賭け金は失われます。これらのメカニズムをコンセンサス アルゴリズムと呼びます。これにより、ネットワーク参加者が次にどのブロックを追加するかについてコンセンサスに達することができるからです。
マイニング (プルーフ・オブ・ワーク)
マイニングは、これまでで最も広く使用されているコンセンサス アルゴリズムです。マイニングでは、Proof of Work (PoW) アルゴリズムが使用されます。これには、ユーザーがコンピューティング能力を犠牲にして、プロトコルによって設定されたパズルを解こうとすることが含まれます。
このパズルでは、ユーザーがブロックに含まれるトランザクションやその他の情報を制御する必要があります。ただし、ハッシュが有効であるとみなされるには、ハッシュが特定の数値を下回っている必要があります。与えられた結果がどのようになるかを予測する方法がないため、マイナーは有効な解決策が見つかるまで、わずかに変更されたデータの分析を続ける必要があります。
明らかに、データのハッシュを繰り返すと計算コストが高くなります。 Proof of Work ブロックチェーンでは、ユーザーが提出する「賭け金」は、マイニング コンピューターに投資された資金と、その電力を供給するために使用される電力です。彼らはブロック報酬を得るためにこれを行います。
ハッシュを元に戻すことは事実上不可能だが、検証するのは簡単だということを先ほど述べたことを覚えていますか?マイナーがネットワークの残りの部分に新しいブロックを送信すると、他のすべてのノードはそれをハッシュ関数への入力として使用します。一度実行するだけで、ブロックがブロックチェーンのルールに従って有効であることを確認できます。そうでない場合、マイナーは報酬を受け取ることができず、電気を無駄に浪費することになります。
最初の Proof of Work ブロックチェーンはビットコインでした。その作成以来、他の多くのブロックチェーンが PoW メカニズムを採用しています。
プルーフ・オブ・ワークの利点
実証済み: これまでのところ、Proof of Work は最も成熟したコンセンサス アルゴリズムであり、数千億ドル相当の価値を確保しています。
許可なし: 誰でもマイニング コンテストに参加したり、単にバリデータ ノードを実行したりできます。
分散化: マイナーはブロックを生成するために互いに競争します。これは、ハッシュパワーが単一の当事者によって制御されることがないことを意味します。
プルーフ・オブ・ワークの欠点
無駄: マイニングは大量の電力を消費します。
ますます高くなる参入障壁: ネットワークに参加するマイナーが増えるにつれて、プロトコルによってマイニング パズルの難易度が上がります。競争力を維持するには、ユーザーはより優れた機器に投資する必要があります。これにより多くのマイナーが犠牲になる可能性があります。
51% 攻撃: マイニングは分散化を促進しますが、1 人のマイナーがハッシュ パワーの大部分を取得する可能性があります。そうした場合、理論的にはトランザクションが取り消され、ブロックチェーンのセキュリティが損なわれる可能性があります。
ステーキング（ステーキング証明）
Proof of Work システムでは、正直に行動するよう促すのは、コンピューターのマイニングと電気代に支払ったお金です。ブロックを正しくマイニングしないと、投資から利益は得られません。
Proof of Stake (PoS) を使用すると、外部コストはかかりません。マイナーの代わりに、ブロックを提案 (または「偽造」) するバリデーターがいます。彼らは通常のコンピュータを使用して新しいブロックを生成できますが、その特権を得るには資金のかなりの部分を危険にさらす必要があります。ステーキングは、各プロトコルのルールに従って、事前に定義された量のブロックチェーンのネイティブ暗号通貨を使用して行われます。
実装が異なればバリエーションも異なりますが、バリデーターがユニットをステークすると、プロトコルはそれらをランダムに選択して次のブロックをアナウンスできます。正しく行うと、報酬が得られます。あるいは、次のブロックに同意する複数のバリデーターが存在し、それぞれが提出した賭け金に比例して報酬が分配される場合もあります。
「純粋な」PoS ブロックチェーンは、ネットワーク全体のブロックを検証するためにユーザーがノード (証人) に投票する必要がある DPoS (Delegated Proof of Stake) ほど一般的ではありません。
主要なスマート コントラクト ブロックチェーンであるイーサリアムは、ETH 2.0 への移行に伴い間もなくプルーフ オブ ステークに移行します。
プルーフ・オブ・ステークの利点
環境に優しい: PoS の二酸化炭素排出量は、PoW マイニングのほんの一部です。ステーキングにより、リソースを大量に消費するハッシュ操作が不要になります。
トランザクションの高速化: プロトコルによって設定された任意のパズルに追加の計算能力を費やす必要がないため、一部の PoS 支持者は、トランザクションのスループットを向上させることができると主張しています。
ステーキングの報酬と利子: ネットワークを保護するための報酬は、マイナーに支払われるのではなく、トークン所有者に直接支払われます。場合によっては、PoS を使用すると、ユーザーは資金をステーキングするだけで、エアドロップや利子の形で受動的収入を得ることができます。
プルーフ・オブ・ステークの欠点
比較的テストされていない: PoS プロトコルはまだ大規模にテストされていません。その実装または暗号経済学には未発見の脆弱性がいくつかある可能性があります。
金権政治: 賭け金の高いバリデーターがより多くの報酬を獲得する傾向があるため、PoS が「金持ちがさらに金持ちになる」エコシステムを促進するのではないかという懸念があります。
「何もステーキングされていない」問題: PoW では、ユーザーは 1 つのチェーンのみを「ステーキング」できます。ユーザーは、成功する可能性が最も高いと思われるチェーンでマイニングします。ハードフォーク中は、同じハッシュパワーで複数をステーキングすることはできません。ただし、PoS のバリデーターは追加コストをほとんどかけずに複数のチェーンで作業できるため、経済的問題が発生する可能性があります。
その他のコンセンサス アルゴリズムその他のコンセンサス アルゴリズム
Proof of work と Proof of Stake が最も一般的なコンセンサス アルゴリズムですが、他にも多数あります。両方のシステムの要素を組み合わせたハイブリッドもあれば、まったく異なる方法もあります。
ここでは取り上げませんが、興味がある場合は次の記事をご覧ください。
遅延プルーフオブワークの説明
リースされたステーク証明コンセンサスの説明
権限の証明の説明
燃焼の証明の詳細
ブロックチェーントランザクションを元に戻すことはできますか?
ブロックチェーンは、設計上、非常に堅牢なデータベースです。その固有の特性により、ブロックチェーン データが記録された後に削除または変更することが非常に困難になります。ビットコインやその他の大規模ネットワークとなると、それはほぼ不可能です。したがって、ブロックチェーン上でトランザクションを行う場合、それは永遠に石に書かれたものであると考えるのが最善です。
とはいえ、ブロックチェーンにはさまざまな実装があり、それらの最も基本的な違いは、ネットワーク内で合意に達する方法です。これは、一部の実装では、比較的少数の参加者グループがネットワーク内でトランザクションを効果的に逆転させるのに十分な権限を獲得できることを意味します。これは、（マイニング競争が少ないためにハッシュレートが低い）小規模ネットワーク上で実行されているアルトコインにとって特に憂慮すべきことです。
ブロックチェーンのスケーラビリティとは何ですか?
ブロックチェーンのスケーラビリティは、一般に、増大する需要に対応するブロックチェーン システムの能力を指す一般的な用語として使用されます。ブロックチェーンには望ましい特性 (分散化、検閲耐性、不変性など) がありますが、代償も伴います。
分散型システムとは異なり、集中型データベースはかなり高い速度とパフォーマンスで動作できます。世界中に散らばる何千ものノードは、コンテンツが変更されるたびにネットワークと同期する必要がないため、これは当然のことです。しかし、ブロックチェーンの場合はそうではありません。その結果、スケーラビリティはブロックチェーン開発者の間で長年にわたり激しく議論されてきました。
ブロックチェーンのパフォーマンス上の欠点の一部を軽減するために、いくつかの異なるソリューションが提案または実装されています。ただし、現時点では明確な最善のアプローチはありません。スケーラビリティの問題に対するより直接的な答えが見つかるまで、多くの異なる解決策を試す必要があるでしょう。
より広いレベルでは、スケーラビリティに関する基本的な問題があります。ブロックチェーン自体のパフォーマンスを向上させる必要があるのか (オンチェーン スケーリング)、それともメインのブロックチェーンを肥大化させずにトランザクションを実行できるようにする必要があるのか (オフチェーン スケーリング)。
どちらにも明らかな利点があるかもしれません。オンチェーンのスケーラビリティ ソリューションでは、トランザクション サイズを削減したり、データをブロックに保存する方法を単純に最適化したりすることもできます。一方、オフチェーン ソリューションにはメイン ブロックチェーンの外側でバッチ トランザクションが含まれ、後から追加するだけです。最も注目すべきオフチェーン ソリューションには、サイドチェーンと支払いチャネルと呼ばれるものがあります。
このトピックについてさらに詳しく知りたい場合は、「ブロックチェーンのスケーラビリティ: サイドチェーンと支払いチャネル」をお読みください。
なぜブロックチェーンを拡張する必要があるのでしょうか?
ブロックチェーン システムが集中型のシステムと競合するには、少なくとも同等の効率性が必要です。しかし、現実的には、開発者やユーザーがブロックチェーンベースのプラットフォームやアプリケーションに切り替えるよう奨励するために、おそらくさらにうまく取り組む必要があるだろう。
これは、集中型システムと比較して、ブロックチェーンの使用は、開発者とユーザーの両方にとって、より速く、より安く、より簡単であることを意味します。上で説明したブロックチェーンの特徴を維持しながらこれを達成するのは簡単な作業ではありません。
ブロックチェーンフォークとは何ですか?
他のソフトウェアと同様、ブロックチェーンも問題を修正したり、新しいルールを追加したり、古いルールを削除したりするためにアップデートが必要です。ほとんどのブロックチェーン ソフトウェアはオープンソースであるため、理論的には誰でも、ネットワークを管理するソフトウェアに追加する新しいアップデートを提案できます。
ブロックチェーンは分散型ネットワークであることに留意してください。ソフトウェアが更新されると、世界中に広がる何千ものノードが通信して新しいバージョンを展開できるようにする必要があります。しかし、どのアップデートを実装するかについて参加者が合意できない場合はどうなるでしょうか?通常、決定を下すための意思決定フローが確立された組織は存在しません。これにより、ソフトフォークとハードフォークが生まれます。
ソフトフォーク
アップデートがどのようなものであるべきかについて一般的な合意があれば、それは比較的簡単な問題です。このようなシナリオでは、ソフトウェアは下位互換性のある変更で更新されます。つまり、更新されたノードは、更新されていないノードと引き続き対話できます。ただし、実際には、ほぼすべてのノードが時間の経過とともに更新されることが予想されます。これをソフトフォークと呼びます。
ハードフォーク
ハードフォークはさらに複雑です。新しいルールが実装されると、古いルールと互換性がなくなります。したがって、新しいルールを実行しているノードが古いルールを実行しているノードと対話しようとしても、通信できません。その結果、ブロックチェーンが 2 つに分割されます。一方では古いソフトウェアが実行され、もう一方では新しいルールが実装されます。
ハード フォークの後は、基本的に 2 つの異なるネットワークが 2 つの異なるプロトコルを並行して実行することになります。フォーク時に、ブロックチェーンのネイティブ ユニットの残高が前のネットワークから複製されることは注目に値します。したがって、フォーク時に古いチェーンのバランスが取れていた場合は、新しいチェーンのバランスも取れます。
詳細については、「ハード フォークとソフト フォーク」を参照してください。
第 3 章 - ブロックチェーンは何のためにあるのか?
コンテンツ
サプライチェーン向けのブロックチェーン
ブロックチェーンとゲーム業界
ヘルスケアのためのブロックチェーン
ブロックチェーンを利用した送金
ブロックチェーンとデジタルアイデンティティ
ブロックチェーンとモノのインターネット (IoT)
ガバナンスのためのブロックチェーン
慈善活動のためのブロックチェーン
投機のためのブロックチェーン
ブロックチェーンを使ったクラウドファンディング
ブロックチェーンと分散ファイル システム
ブロックチェーン技術は幅広いユースケースに使用できます。それらのいくつかを見てみましょう。
サプライチェーン向けのブロックチェーン
効率的なサプライチェーンは多くの成功するビジネスの中核であり、供給者から消費者までの商品の取り扱いに関係します。特定の業界における複数の利害関係者を調整することは、伝統的に困難でした。しかし、ブロックチェーン技術は多くの業界で新たなレベルの透明性を可能にする可能性があります。不変データベースを中心とする相互運用可能なサプライ チェーン エコシステムは、多くの業界がより堅牢で信頼性を高めるために必要なものです。
さらに詳しく読みたい場合は、「ブロックチェーンの使用例: サプライ チェーン」を参照してください。
ブロックチェーンとゲーム業界
ゲーム業界は世界最大のエンターテインメント産業の 1 つとなっており、ブロックチェーン テクノロジーから大きな恩恵を受ける可能性があります。一般に、ゲーマーはゲーム開発者の言いなりになる傾向があります。ほとんどのオンライン ゲームでは、プレイヤーは開発者のサーバー スペースを信頼し、刻々と変化するルール セットに従うことを強いられます。この文脈において、ブロックチェーンはオンライン ゲームの所有権、管理、メンテナンスを分散化するのに役立つ可能性があります。
ただし、最大の問題は、ゲームプレイ要素がタイトルの外部に存在できないため、実際の所有権や二次市場の可能性が排除されていることです。ブロックチェーンベースのアプローチを選択することで、ゲームは長期的にはより持続可能になり、暗号収集品として発行されたゲーム内アイテムは現実世界の価値を獲得できる可能性があります。
さらに詳しく読みたい場合は、「ブロックチェーンの使用例: ゲーム」をご覧ください。
ヘルスケアのためのブロックチェーン
医療記録を確実に保存することは、あらゆる医療システムにとって不可欠であり、集中サーバーに依存すると機密情報が脆弱になります。ブロックチェーン技術の透明性と安全性により、ブロックチェーン技術は医療記録を保存するための理想的なプラットフォームとなっています。
ブロックチェーン上で自分の記録を暗号化して保護することで、患者はプライバシーを維持し、医療情報をあらゆる医療機関と共有できます。現在断片化している医療システムのすべての参加者が安全なグローバル データベースにアクセスできれば、参加者間の情報の流れははるかに速くなります。
さらに詳しく読みたい場合は、「ブロックチェーンの使用例: ヘルスケア」をご覧ください。
ブロックチェーンを利用した送金
従来の銀行取引では国際送金は面倒です。主に仲介業者の複雑なネットワークが原因で、手数料と決済時間がかかるため、従来の銀行を使用すると費用が高くつき、緊急の取引には信頼性が低くなります。
暗号通貨とブロックチェーンは、この仲介者のエコシステムを排除し、世界中で高速かつ安価な送金を可能にします。ブロックチェーンは間違いなく、その望ましい特性の一部についてパフォーマンスを犠牲にしていますが、さまざまなプロジェクトがこのテクノロジーを活用して、安価でほぼ瞬時のトランザクションを可能にしています。
さらに詳しく知りたい場合は、「ブロックチェーンの使用例: 送金」をご覧ください。
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ブロックチェーンとデジタルアイデンティティ
インターネット上の安全な ID 管理には、早急なソリューションが必要です。膨大な量の個人データが集中サーバーに保存され、当社の知識や同意なしに機械学習アルゴリズムを使用して分析されます。
ブロックチェーン技術により、ユーザーは自分のデータの所有権を取得し、必要な場合にのみ第三者に情報を選択的に開示することができます。この種の暗号魔法は、プライバシーを犠牲にすることなく、よりスムーズなオンライン体験を可能にする可能性があります。
さらに詳しく読みたい場合は、「ブロックチェーンの使用例: デジタル ID」を参照してください。
ブロックチェーンとモノのインターネット (IoT)
非常に多くの物理デバイスがインターネットに接続されており、その数は今後も増加する一方です。ブロックチェーン技術により、これらのデバイス間の通信と連携が大幅に増加する可能性があると推測する人もいます。自動化されたマシンツーマシン (M2M) マイクロペイメントは、高性能で安全なデータベース ソリューションに依存した新しい経済を生み出す可能性があります。
さらに詳しく読みたい場合は、「ブロックチェーンの使用例: モノのインターネット (IoT)」を参照してください。
ガバナンスのためのブロックチェーン
分散ネットワークは、コンピュータ コードの形式で独自の規制形式を定義し、強制することができます。ブロックチェーンが、地方レベル、国家レベル、さらには国際レベルでのさまざまなガバナンスプロセスを仲介しない機会を持つことは驚くべきことではありません。
さらに、オープンソース開発環境が現在直面している最大の問題の 1 つである、資金を分配するための信頼できるメカニズムの欠如も解決できる可能性があります。ブロックチェーン ガバナンスにより、すべての参加者が意思決定に参加できるようになり、実装されているポリシーの透明性のある概要が提供されます。
さらに詳しく知りたい場合は、「ブロックチェーンの使用例: ガバナンス」をご覧ください。
慈善活動のためのブロックチェーン
慈善団体は、資金の受け入れ方法に制限があることが多くの場合、妨げとなっています。さらにもどかしいことに、寄付金の最終目的地を正確に追跡するのが難しい場合があり、多くの人がこれらの団体を支援する気を失っていることは間違いありません。
「暗号慈善活動」とは、これらの制限を回避するためにブロックチェーン技術を使用することを指します。透明性の向上、世界的な参加、経費の削減を確保するためにテクノロジーの固有の特性に依存するこの新興分野は、慈善活動の影響を最大化しようとしています。そのような組織の 1 つがブロックチェーン慈善財団です。
さらに詳しく読みたい場合は、「ブロックチェーンの使用例: 慈善」をご覧ください。
投機のためのブロックチェーン
疑いもなく、ブロックチェーン技術の最も一般的な用途の 1 つは投機です。取引所間の摩擦のない送金、非保管取引ソリューション、デリバティブ商品のエコシステムの成長により、あらゆる種類のダフ屋にとって理想的な競争の場となっています。
ブロックチェーンはその固有の特性により、そのような資産クラスに参加するリスクを負う人々にとって優れた手段です。テクノロジーと周囲の規制が成熟すれば、世界的な投機市場がブロックチェーン上でトークン化される可能性があると考える人さえいます。
さらに詳しく読みたい場合は、「ブロックチェーンの使用例: 予測市場」を参照してください。
ブロックチェーンを使ったクラウドファンディング
オンライン クラウドファンディング プラットフォームは、ほぼ 10 年にわたってピアツーピア経済の基盤を築いてきました。これらのサイトの成功は、クラウドファンディングで資金を調達した製品の開発に真の関心が寄せられていることを示しています。ただし、これらのプラットフォームは資金の保管者として機能するため、資金のかなりの部分を手数料として受け取る可能性があります。さらに、異なる参加者間の合意を促進するために、それぞれに独自のルールが設定されます。
ブロックチェーン技術、より具体的にはスマートコントラクトは、契約条件がコンピューターコードで定義される、より安全で自動化されたクラウドファンディングを可能にする可能性があります。
ブロックチェーンを使用したクラウドファンディングのもう 1 つのアプリケーションは、Initial Coin Offerings (ICO) と Initial Exchange Offerings (IEO) です。このようなトークンセールでは、投資家はネットワークが将来的に成功し、投資からの利益が得られることを期待して資金を集めます。
ブロックチェーンと分散ファイル システム
インターネット上でファイル ストレージを分散することには、従来の集中型の代替手段と比較して多くの利点があります。クラウドに保存されているデータの多くは集中管理されたサーバーやサービス プロバイダーに依存しているため、攻撃やデータ損失に対して脆弱になる傾向があります。場合によっては、集中サーバーによる検閲により、ユーザーはアクセシビリティの問題に直面する可能性もあります。
ユーザーの観点から見ると、ブロックチェーン ファイル ストレージ ソリューションは他のクラウド ストレージ ソリューションと同じように機能し、ファイルをアップロード、保存、アクセスできます。ただし、バックグラウンドで起こっていることはまったく異なります。
ファイルをブロックチェーン ストレージにアップロードすると、そのファイルは複数のノードに分散および複製されます。場合によっては、各ノードにファイルの異なる部分が保存されることがあります。部分的なデータに対しては多くのことはできませんが、ノードに各部分の提供を依頼できるため、それらを組み合わせてファイル全体を取得できます。
ストレージ スペースは、ネットワークにストレージと帯域幅を提供する参加者から得られます。通常、これらの参加者は、リソースを提供することで金銭的なインセンティブを受け取り、ルールに従わない場合、またはファイルを保存および提供しない場合には金銭的に罰せられます。
このタイプのネットワークはビットコインに似ていると思われるかもしれません。ただし、この場合、ネットワークの主な目的は、金銭的価値の転送をサポートすることではなく、検閲に耐えられる分散型ファイル ストレージを可能にすることです。
惑星間ファイル システム (IPFS) などの他のオープン ソース プロトコルは、この新しい、より永続的で分散型の Web への道をすでに切り開いています。 IPFS はピアツーピアのプロトコルおよびネットワークですが、正確にはブロックチェーンではありません。ただし、ブロックチェーン技術のいくつかの原則を適用して、セキュリティと効率を向上させます。
