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ブロックチェーンとは?基礎と仕組みについて図解

ブロックチェーンとは

ブロックチェーンは分散型のコンピューターネットワークであり、管理者を置かずに信頼、説明責任、透明性を担保し、信憑性のある合意に到達する方法を可能にする技術です。

ブロクチェーンにおける重要な概念は2つあります。参加者が価値あるモノを交換する場となるP2P・ネットワークと、各参加者が所有し、参加者間で取引履歴などの内容が同期、共有できる台帳があります。

この概念に基づき、ブロックチェーンの技術を使うと以下の様なことが実現できます。

1.取引した情報がすべてオープン

ブロックチェーンのネットワークに参加する全てのノード(=ネットワークの接合点や機器)に取引が通知され、誰もがその取引の内容を知ることができます。
参加者の誰もが取引履歴を確認できることで、不正な取引があればすぐに分かります。

2.合意形成

参加者は定められたルール(コンセンサス[合意]をするための手順)に従って、特定のノードが取引のまとまりである「ブロック」を分散共有された台帳に登録することが許されています。
ここでいうブロックはデーターを入れるためのハコ、置き場所という意味になります。

3.強固なセキュリティ

P2P・ネットワークを通じてトランザクション(=コンピューター上の処理、取引)に合意し、トランザクションの正当性を確認します。
このトランザクションの正当性が担保されることで、全てのノードの51%以上を同時に改ざんしなければ、改ざんは成立しません。この改ざんをするにはスーパーコンピューター並のスペックがあれば、実現できるかどうかの処理能力が必要になります。
ここでいう台帳とは、取引のまとまりである「ブロック」を時間軸に沿ってチェーンのようにつないだもので、これが「ブロックチェーン」と呼ばれる所以です。

4.マイニング

この台帳に取引した履歴が追加されると(=ブロックチェーンに新たなブロックが追加されると)、これに参加する全てのノードで新しいブロックチェーンが共有されます。
ブロックの容量がたまると、次のブロックを作る必要があり、新しいブロックを追加する作業のことを「マイニング」と言います。
このネットワーク上ですべてのトランザクションが記録されるため、信頼性が担保されます。

ただし、まだブロックチェーンは発展途上の技術であり、課題が指摘されているものの、幅広い用途への活用が可能との期待から大いに注目を集めています。

ブロックチェーンと中央管理型の特徴

このブロックチェーン技術があれば、既存システムの多くの機能を上回るメリットがあります。以下の表は、ブロックチェーンと従来のシステム(中央管理型)のそれぞれの特徴を比較したものになります。

ブロックチェーン 中央管理型
取引情報の流れ 取引情報:利用者間で管理
改ざんが困難なうえ、利用者に通知がいく
取引情報:管理者のデータベース上に管理
取引処理 取引情報は,利用者間のみでなく,各分散データベースに合意形成のうえ書き込まれる必要があるため,速度の面では中央管理型に劣ることになる。この合意形成には、10分程度の所要時間がかかる。 取引データは自分のサーバー上での残高の付け替えの形でしかないため,サーバーの性能にもよるが,リアルタイムで大量の取引を高速にさばくことが可能。
セキュリティ 1)取引毎に取引当事者の暗号署名が行われ,なりすましが難しい。
2)すべての記録が参照可能なため,改ざんがリアルタイムで監視可能
3)改ざんには全データベースの50%超を同時に攻撃する必要がある。
取引データは自分のサーバー上での残高の付け替えの形でしかないため,サーバーの性能にもよるが,リアルタイムで大量の取引を高速にさばくことが可能。
システム構成 専用回線も不要で,利用者のインターフェースもアプリ開発レベルで可能なため,インフラコストの面で有利さを持つ。 データベースを適切に維持するために高性能サーバー,専用データセンター,専用回線になどが必要となり,非常に大きなコストが必要。
稼働時間 分散したコンピュータのうち,最悪1つでも稼働していればシステム全体は動いているので,ダウンタイムがなく24時間365日の連続稼働が実現可能。 高性能なシステムでも連続稼働には限界があり、メンテナンスが不可避。また,突発的にシステムダウンなどが発生する可能性を防ぐ対策のコストも大きい。

ブロックチェーンの仕組み

ビットコインは電子的なコインそのものが実際に存在しているわけではなく、「AさんからBさんへ10BTCを送った」というような取引記録の集合になります。これらの取引記録を時系列順に集計していくことで、「Bさんが10BTC保有している」ということが判明します。

この取引データを効率的に保管するために、ブロックチェーンは、複数の取引を含むブロックという一定の単位に分かれています。

そして、ブロック同士を時系列順に繋ぐために、取引データ以外にも前のブロックのハッシュが含まれています。このようにブロックが鎖状につながっているために、ブロックチェーン呼ばれているのです。

ブロックの仕組み

続いて、ブロックの中身がどうなっているのかを図で説明します。

①:ブロックヘッダー
ブロックの中の一部分のハッシュです。このブロックヘッダーには、前のブロックヘッダーのハッシュ、取引データをまとめたもの(マークルルート)、nonceという任意の値などが主に含まれています。

②:取引データのまとめ(マークルルート)
一定長の短い値に変換でシュを生かしてブロック終的に一つのハッシュにまとめたして、マークルルートと呼ばれます。

③:前のブロックのハッシュ
前のブロックのデータをハッシュ化したものです。

④:nonce(任意のデータ)
このnonceがブロックヘッダーのハッシュを「0が一定数連続する」値にしているキーとなっています。
nonceは一定の長さであること以外は、特定のルールのない任意の値です。
このnonceを導入することにより取引の改ざんが難しくなります。

⑤:その他のデータ
取引の生データで、この生データは膨大な容量になり、毎回参照するのは非常に非効率で大変なため、これをハッシュ化しマークルルートになります。