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ブロックチェーンを構成する5つの要素について解説

はじめに

昨今、ブロックチェーン技術に対し、多額を投資する金融機関や民間企業が増えてきました。目的はそれぞれ違うと思いますが、共通して言えることは、既存のデータベースよりブロクチェーンシステムの方があらゆる面で優れているからです。
一部ですが既存にある分散型DB(データーベース)とブロックチェーンの違いを例にあげます。

銀行の場合、当然のことながら分散型DBを使って、勘定システムを作ることは可能です。しかし、整合性を保ったまま既存の分散DB技術で勘定システムを作ろうとすれば、実証や検証に莫大な資金が必要になります。
それに反して、一般的なブロックチェーンというのは、それ自体に「勘定機能」が備わっています。
つまり、それだけで整合性を妥協することなく、分散型の勘定エンジンを動かせるという利点があります。

一般的な分散型DBは、整合性を妥協する代わりに処理を分散することを目的に作られていますが、ブロックチェーンは全く違います。一般的なブロックチェーンは、同じ仕事ができるコンピュータと、そこにある勘定データを分散することによって、この世から消えてしまうリスクをなくしてしまおう、という考えです。分散型DBは台数を増やすと処理能力が増やせますが、ブロックチェーンは違います。

さらに、分散型DBではトランザクションの順番は、サーバが一元的に決定していますが、ブロックチェーンでは、非同期的にトランザクションが自己申告され、トランザクションの確定に「コンセンサス(合意)アルゴリズム」という手法が用いられます。

この特徴がブロックチェーンが「分散型台帳」と呼ばれる所以です。処理ではなく勘定エンジンとデータ自体が分散するため、システムやサービスを停止させることなく稼働できるというけです。

マイナー(電気代がコインになる)

マイナーはビットコインにおいて正統性を証明するための処理を、分散して行う参加者のことをいいます。

すべての参加者を信頼できない環境の中で、すべての取引の整合性をとりながら、新しい取引内容はブロックに追記されます。やり直しを困難にするため、追記には作業証明と呼ばれる計算コストが課せられています。そのため、膨大な処理能力が必要とされ、マイナーはその処理を行うために、コンピューターリソースを提供します。

貢献の見返りとして、新しいブロックを追記したマイナーにはビットコインが支払われるので、金の採掘にたとえマイナー(発掘者)と呼ばれます。

報酬は平均10分あたり参加者一人に対して支払われますが、後述する半減期の影響や、要求される処理能力が相対的に上昇していることから、欧米ではコンピューターリソースを稼働する電気代が報酬を上回り、割に合わないそうです。
ただし、電気代が安いアジア地域であれば、集約的な処理により効率をあげることも可能です。

現在採掘されているビットコインの7割以上は中国のマイナーによるもので、その組織化が進んでいるといわれています。

半減期(新しいコインが生まれなくなるのは2141年)

ビットコインは発行できる量に上限があると定められています。
この上限を実現するために、実際に運用されているビットコインシステムでは定期的にマイナーの報酬が半額に変更されています。この期間は半減期と呼ばれることがあります。

マイナーによるブロックの作成が21万ブロックに到達するごとに半減し、6,929,999番目のブロックを作成したマイナーに最後の報酬が支払われることが定められています。
このあとマイナーは取引の手数料からのみ報酬を受け取ることになります。

平均すると10分に1度ブロックは生成されるため、半減期は約4年に1度訪れ、予測では2141年までにはブロック追加自体に報酬があるものとしては最後のブロックが生成されることになります。
半減期が訪れると、ビットコインの価値が大きく変動するため、投機家やマイナーにとって、そのタイミングは大きな意味を持ちます。

ソフトフォーク・ハードフォーク

ブロックチェーンは全体が連動し同期されているので、分散型台帳型が次々と追記されていく中で台帳自体の仕様をアップデートすることが難しいです。
古いルールは否定せずに、新しいルールを追加する場合、古い仕様のブロックにルールでも新しいブロックは有効と判断されるため、長いブロックにそれが組み込まれることで、仕様の変更が行われる。これを「ソフトフォーク」と呼ばれています。

一方で、古いルールを否定し新しいルールを追加する場合、まったく互換性がない古いブロックがチェーンの中で受け入れられない可能性もあります。これが「ハードフォーク」と呼ばれています。

ブロックチェーンは参入自由でオープンなシステムであるため新しいルールを強要できず。ハードフォークするとシステムに影響が出る可能性が高く、その判断には慎重を要します。

プルーフ・オブ・ワーク

すべての参加者が対等であるP2Pネットワーク上にあるビットコインにおいて、ブロック追加に計算コストを設ける仕組みであるプルーフ・オブ・ワークは、提供する計算量の多さに応じたブロックを追加できることを意味しています。

事実上、提供できる計算量に応じた権力が分配されることになります。
もし悪意により不当なブロックを追加しようと考えた場合、その攻撃者の計算量は全体の計算量の半数を超えなければなりません。
これは51%攻撃と呼ばれることがあります(実際には50%に達した時点で正統性が担保できません)。

多くのマイナーが計算を行っているため、設計当初はそのような譲許は発生しえない、といわれていました。
ただし、マイナーの項目で説明した通り、地域によって参加者の計算量に偏りがあるため、51%攻撃を成功させることが不可能でなくなってきています。

また、プルーフ・オブ・ワークのために必要となる計算量の増加が著しいため、一般の参加者が用意できる計算量ではブロックチェーン内での競争に参観できなくなっており、現在の状況は決して民主的ではないです。

ビットコインアドレス

ビットコインアドレスは、ビットコインを送金してもらう際に、宛先として利用されるアドレス(銀行で言う口座番号)のことです。1または3から始まる27~34文字の英数字で構成されています。この文字列を教えることで、相手からの送金が可能になります。

Twitterのアカウント名と同じように、他人と同じものは存在せず所有者にとってユニークなものだが、暗号学的ハッシュ関数によって変換済みの文字列であり、アドレスから所有者の情報が判明することはありえません。

非対称鍵暗号の公開鍵をもとにして生成されたものであり、ビットコインアドレスは秘密鍵と同時に発行されます。
秘密鍵の数値がなければ、受け取ったビットコインは使用できませんが、この数値が流通すると違法にビットコインが引きだされてしまう可能性があります。公開鍵は教えて良いものですが、秘密鍵は名前の通り他の人は教えないようにしましょう。

ブロックチェーン上の住所であるアドレスが、ユーザーの何らかの属性によることなく公開鍵からつくられることによって、システムは一定の匿名性をもつことになっています。