TL;DR
ブロックチェーンは、ネットワーク上の多数の専用コンピューター間で取引データを安全に記録する分散型デジタル台帳です。
ブロックチェーンは、暗号化とコンセンサスメカニズムによる不変の性質を通じてデータの整合性を保証します。つまり、一度情報が記録されると、遡って変更することはできません。
ブロックチェーンは、ビットコインやイーサリアムなどの暗号通貨のバックボーンを形成し、金融以外のさまざまな分野で透明性、セキュリティ、信頼を促進するのに役立ちます。
ブロックチェーンとは何ですか?
ブロックチェーンは、分散型デジタル台帳とも呼ばれる特殊な種類のデータベースで、世界中に分散された多数のコンピューターによって管理されています。ブロックチェーンのデータはブロックに整理され、時系列で並べられ、暗号化によって保護されています。
ブロックチェーンの最も初期のモデルは、1990 年代初頭に、コンピューター科学者のスチュアート・ハーバーと物理学者の W. スコット・ストルネッタが、デジタル文書をデータの改ざんから保護する方法として、ブロックのチェーンに暗号化技術を採用したときに作成されました。
ハーバーとストルネッタは、他の多くのコンピューター科学者や暗号愛好家の研究に刺激を与え、最終的にはブロックチェーン技術を活用した最初の暗号通貨であるビットコインの誕生につながりました。それ以来、ブロックチェーン技術の採用は徐々に広がり、暗号通貨を使用する人は世界中でますます増えています。
ブロックチェーン技術は暗号通貨の取引を記録するためによく使用されますが、他の多くの種類のデジタルデータを記録するのに適しており、幅広いユースケースに適用できます。
ブロックチェーンにおける分散化とは何ですか?
ブロックチェーンにおける分散化とは、ネットワークの制御と意思決定の権限が、政府や企業などの単一の組織によって制御されるのではなく、ユーザー間で分散されるという考え方を指します。これは、人々が見知らぬ人と調整する必要がある場合や、データのセキュリティと整合性を確保したい場合に役立ちます。
分散型ブロックチェーン ネットワークには、データやトランザクションの流れを制御する中央機関や仲介機関は存在しません。代わりに、ネットワークの整合性を維持するために連携して動作するコンピューターの分散ネットワークによってトランザクションが検証および記録されます。
ブロックチェーン技術について話すとき、多くの場合、データベースについてだけ話しているわけではありません。ブロックチェーン技術は、暗号通貨や非代替トークン (NFT) などのアプリケーションに力を与え、中央機関に頼ることなく人々が協力して取引を行うことを可能にします。
ブロックチェーンはどのように機能するのでしょうか?
本質的に、ブロックチェーンは、2 者間の取引を改ざん不可能な方法で安全に記録するデジタル台帳です。これらの取引データは、ノードと呼ばれる特殊なコンピューターのグローバルに分散されたネットワークによって記録されます。
ユーザーがトランザクションを開始すると（たとえば、ある量の暗号通貨を別のユーザーに送信するなど）、そのトランザクションはネットワークにブロードキャストされます。各ノードは、デジタル署名やその他のトランザクション データを検証してトランザクションを認証します。
トランザクションが検証されると、すでに検証されている他のトランザクションとともにブロックに追加されます。ブロックは暗号化方式を使用して連結され、ブロックチェーンを形成します。トランザクションを検証してブロックチェーンに追加するプロセスは、コンセンサス メカニズムを通じて行われます。コンセンサス メカニズムとは、ネットワーク上のノードがブロックチェーンの状態とトランザクションの有効性について合意に達する方法を規定する一連のルールです。
ブロックチェーンでは、安全で透明性があり、改ざん不可能なトランザクション記録を維持するために暗号化が重要です。たとえば、ハッシュはブロックチェーンで使用される重要な暗号化方法です。これは、任意のサイズの入力を固定サイズの文字列に変換する暗号化プロセスです。
ブロックチェーンで使用されるハッシュ関数は、一般的に衝突耐性があり、同じ出力を生成する 2 つのデータを見つける確率は天文学的に小さいことを意味します。もう 1 つの特徴は雪崩効果と呼ばれ、入力データにわずかな変更を加えるだけで大幅に異なる出力が生成される現象を指します。
これをビットコインで使用される関数 SHA256 で説明してみましょう。ご覧のとおり、文字の大文字と小文字を変更すると、出力が大幅に異なります。ハッシュ関数は、ハッシュ出力をリバース エンジニアリングして入力データに到達することは計算上不可能であるため、一方向関数でもあります。
ブロックチェーン内の各ブロックには、前のブロックのハッシュが安全に含まれており、堅牢なブロック チェーンが確立されています。1 つのブロックを変更したい場合、後続のブロックをすべて変更する必要がありますが、これは技術的に難しいだけでなく、非常にコストがかかります。
ブロックチェーンで広く使用されているもう 1 つの暗号化方法は、公開鍵暗号化です。非対称暗号化とも呼ばれ、ユーザー間の安全で検証可能なトランザクションを確立するのに役立ちます。
仕組みはこうです。各参加者は、秘密に保持する秘密鍵と公開される公開鍵の 2 つの固有の鍵ペアを持っています。ユーザーがトランザクションを開始すると、秘密鍵を使用して署名し、デジタル署名を作成します。
ネットワーク内の他のユーザーは、送信者の公開鍵をデジタル署名に適用することで、トランザクションの信頼性を検証できます。このアプローチでは、秘密鍵の正当な所有者だけがトランザクションを承認できますが、公開鍵を使用して誰でも署名を検証できるため、安全なトランザクションが保証されます。
ブロックチェーンのもう1つの特徴は、その透明性です。一般に、誰でもパブリックブロックチェーンサイトで、すべてのトランザクションデータとブロックデータを含むブロックチェーンのデータを確認できます。たとえば、ブロックチェーンエクスプローラーサイトでは、送信者と受信者の識別子、転送量、ビットコインの所有者のリストなど、ビットコインネットワークで記録されたすべてのトランザクションを確認できます。また、今日（2023年5月29日18:52:21 GMT時点のブロック788,995）から、ジェネシスブロックと呼ばれる最初のブロックまでブロックを遡ることもできます。
コンセンサスメカニズムとは何ですか?
コンセンサス アルゴリズムは、分散環境でユーザーやマシンが調整できるようにするメカニズムです。一部のエージェントが失敗した場合でも、システム内のすべてのエージェントが単一の真実のソースに同意できることを保証する必要があります。ネットワーク内のすべてのノードが、すべてのトランザクションの記録を含む台帳の同じコピーを持っていることを保証します。トランザクションを検証してネットワークの整合性を維持する中央機関がないため、ブロックチェーンにはコンセンサス メカニズムが必要です。
数万のノードがブロックチェーンのデータのコピーを保持すると、データの一貫性や悪意のあるノードなど、いくつかの課題がすぐに発生する可能性があります。ブロックチェーンの整合性を確保するために、ネットワークノードが合意に達する方法を管理するさまざまなコンセンサスメカニズムがあります。それでは、主要なものを見てみましょう。
合意形成メカニズムの種類
プルーフ・オブ・ワークとは何ですか?
プルーフ オブ ワーク (PoW) は、トランザクションを検証し、ブロックチェーンの整合性を維持するために、多くのブロックチェーン ネットワークで使用されるコンセンサス メカニズムです。これは、ビットコインで使用されるオリジナルのコンセンサス メカニズムです。
PoW では、マイナーはブロックチェーンに次のブロックを追加するために複雑な数学の問題を解くために競争します。マイニングと呼ばれるプロセスでは、問題を最初に解いたマイナーに暗号通貨が報酬として与えられます。
マイナーは、新しいコインを採掘し、ネットワークを保護するために、強力なコンピューターを使用して数学的な問題を解決する必要があります。このため、マイニング プロセスには大量の計算能力と、それに伴うエネルギーが必要になります。
ステーク証明とは何ですか?
プルーフ オブ ステーク (PoS) は、プルーフ オブ ワーク (PoW) の欠点のいくつかに対処するために設計されたコンセンサス メカニズムです。PoS システムでは、マイナーが複雑な数学的問題を解いてトランザクションを検証し、ブロックチェーンに新しいブロックを追加するために競争するのではなく、ネットワークに「ステーク」する暗号通貨の量に基づいてバリデーターが選択されます。
バリデータは、コンセンサス プロセスに参加するために、担保または「ステーク」として一定量の暗号通貨を保持します。その後、バリデータは、ステークのサイズに基づいてランダムに選択され、新しいブロックを作成し、トランザクションを検証します。バリデータには、新しいブロックを作成することに対するトランザクション手数料と、ネットワークの利益のために行動するインセンティブが与えられます。
その他の一般的な合意形成メカニズム
プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークは最も一般的なコンセンサスアルゴリズムですが、他にもいくつかあります。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のものもあります。
たとえば、委任型 Proof of Stake (DPoS) は PoS に似ていますが、すべてのバリデータが新しいブロックを作成できるのではなく、トークン所有者が自分に代わってブロックを作成する少数の委任者を選出します。
一方、Proof of Authority (PoA) では、バリデータは保有する暗号通貨の量ではなく、評判や身元によって識別されます。バリデータは信頼性に基づいて選択され、悪意のある行為を行った場合はネットワークから削除される可能性があります。
ブロックチェーンの利点
1. 分散化
ブロックチェーンの分散化により、単一の制御点や障害点がなくなり、攻撃やデータ侵害に対する安全性と耐性が向上します。
2. 透明性
ブロックチェーン上の取引はすべての参加者に表示されるため、取引の追跡と検証が容易になり、正確性が確保されます。
3. 不変性
ブロックチェーンに記録された取引は、変更または削除できません。ブロックチェーン ネットワークにアクセスできる人なら誰でも検証できる、すべての取引の永久記録が作成されます。これは、取引が元に戻せる従来のシステムからの大きな変化です。
4. 効率性
ブロックチェーンは銀行などの仲介者を必要としないため、より高速で効率的な取引が可能になります。
5. 手数料の引き下げ
ブロックチェーンは仲介者を排除し、プロセスを自動化することで、取引コストを削減し、特定のビジネスオペレーションをより効率的にすることができます。
6. 信頼性の欠如
ブロックチェーン技術により、仲介者を介さずにネットワークの参加者自身によって検証および検証される透明なトランザクションが可能になります。
ブロックチェーン ネットワークにはどのような種類がありますか?
パブリックブロックチェーン
パブリック ブロックチェーンは、参加を希望するすべての人に開かれた分散型ネットワークです。これらのネットワークは通常、オープン ソース、透明性、許可なしであるため、誰でもアクセスして使用できます。パブリック ブロックチェーンの例としては、ビットコインやイーサリアムなどがあります。
プライベートブロックチェーン
プライベート ブロックチェーンは、その名前が示すように、一般に公開されていないブロックチェーン ネットワークです。プライベート ブロックチェーンは通常、企業などの単一のエンティティによって運営され、内部目的やユースケースに使用されます。
プライベート ブロックチェーンは、チェーンを閲覧および書き込みできるユーザーを規定する確立されたルールを持つ許可制の環境です。明確な制御階層があるため、分散型システムではありません。ただし、多くのノードがマシン上にチェーンのコピーを保持するという点で分散可能です。
コンソーシアムブロックチェーン
コンソーシアム ブロックチェーンは、パブリック ブロックチェーンとプライベート ブロックチェーンのハイブリッドです。コンソーシアム ブロックチェーンでは、複数の組織が集まって、共同で管理および統制される共有ブロックチェーン ネットワークを作成します。これらのネットワークは、コンソーシアム メンバーのニーズに応じて、オープンまたはクローズにすることができます。
誰でもブロックを検証できるオープン システムや、単一のエンティティのみがブロック プロデューサーを指定するクローズド システムではなく、コンソーシアム チェーンでは、同等の権限を持つ少数の当事者が検証者として機能します。
システムのルールは柔軟です。チェーンの可視性をバリデーターに限定したり、許可された個人に表示したり、全員に表示したりできます。バリデーターが合意に達することができれば、変更は簡単に実装できます。ブロックチェーンの仕組みについては、これらの関係者の一定数の人が誠実に行動すれば、システムに問題は発生しません。
ブロックチェーンは何に使われるのでしょうか?
ブロックチェーン技術はまだ初期段階ですが、すでにさまざまな業界で活用されています。現在最も一般的なブロックチェーン技術の用途には、次のようなものがあります。
1. 暗号通貨
ブロックチェーン技術は、取引を記録するための安全で分散化された台帳としてブロックチェーンを使用する暗号通貨の作成をサポートするために開発されました。
2. デジタルアイデンティティ
ブロックチェーンは、個人情報やその他の機密データを検証するために使用できる、安全で改ざん不可能なデジタル ID を作成するために使用できます。これは、個人情報や資産がオンラインに移行するにつれて、ますます重要になる可能性があります。
3. 投票
ブロックチェーン技術は、すべての投票を記録する分散型の改ざん防止台帳を提供することで、不正投票の可能性を排除し、投票プロセスの完全性を保証する、安全で透明性の高い投票システムを構築するために使用できます。
4. サプライチェーン管理
ブロックチェーン技術を使用すると、サプライチェーン内のすべての取引の台帳を作成できます。各取引はブロックチェーン上のブロックとして記録され、サプライチェーンプロセス全体の不変で透明な記録が作成されます。
5. スマートコントラクト
スマート コントラクトは、特定の条件が満たされたときに自動的に実行されるようにプログラムできる自己実行型コントラクトです。ブロックチェーン テクノロジーにより、安全かつ分散化された方法でスマート コントラクトを作成および実行できます。スマート コントラクトの最も有望な用途の 1 つは、分散型アプリケーション (dApp) と組織 (DAO) です。
終わりに
ブロックチェーン技術は、取引を記録し、データを保存するための安全で透明な方法を提供します。デジタル世界に新たなレベルの信頼とセキュリティをもたらし、業界に革命を起こす可能性を秘めています。
ピアツーピア取引の実現、新しい形式のデジタル資産の作成、分散型アプリケーションの促進など、ブロックチェーン技術は無限の可能性をもたらします。この技術が進化し、広く採用されるようになるにつれ、今後数年間でさらに革新的で変革的なユースケースが登場すると予想されます。
参考文献
暗号通貨とは何ですか?
ステーブルコインとは何ですか?
NFT とは何ですか?
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