ブロックチェーン (Blockchain)とは｜仕組みや技術、種類など解説

仮想通貨（暗号資産）の代名詞でもある「ビットコイン」の基盤技術のひとつが「ブロックチェーン (Blockchain)」だ。仮想通貨の枠を超え、金融や不動産、電力の取引、投票や行政手続き、さらにはゲームにまで応用される。DX（デジタルトランスフォメーション）でも注目されているブロックチェーンとはどのような可能性を秘めた技術なのだろうか。

ブロックチェーンはビットコインと同時に誕生

ブロックチェーンとは、単一の管理者ではなく、地理的に分散した複数のコンピューターがデータを分散管理する新しいデータベースだ。公開鍵暗号技術で取引の安全性を保ち、一部のサーバーが攻撃を受けたとしても動き続け、さらに改ざんが不可能なシステムになっている。

ブロックチェーンの登場は仮想通貨ビットコインとともに始まった。未だ正体不明の「サトシ・ナカモト」なる人物が2008年10月にメーリングリストで“Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System”という論文を発表し、P2P（Peer-to-Peer）による新しい電子通貨システムの仕組みを提案した。

ブロックチェーンの仕組み・技術

1. P2Pの分散型取引システム

ブロックチェーンの肝は、P2Pの分散型の取引システムにある。従来の取引システムは、クライアント・サーバー型と呼ばれ、取引を行うクライアントと取引を管理するサーバーの役割は区分される。これに対し、P2P型では、ピア（Peer）と呼ばれるシステムの参加者はクライアントとサーバーの役割の両方を担う。取引の承認やシステムのアップデートも、中央により決められるのではなく、多数のピアの同意が必要になる。

2. 改ざんできない仕組み

ブロックチェーンを使ったネットワークでは、ピア同士でトランザクション（取引）が行われると、その取引履歴を含んだ一定量のデータの塊「ブロック」が、時系列で連なった既存のブロックに追加される。各ブロックには、「取引データ」「前のブロックのハッシュ値」「ナンス」が含まれる。このハッシュ値は、ブロックの内容をコンパクトに表した数値で、ハッシュ関数というアルゴリズムによって算出される。取引データの内容が変われば、このハッシュ値も変わる。もしある過去の時点の取引データを改ざんしようとすれば、そのブロックのハッシュ値に加え、後続のブロックに含まれる全てのハッシュ値も変えないと整合性を保てなくなるため、改ざんができない仕組みとなっている。

3. ブロックチェーンを支えるその他の技術

新しいブロックを追加するには、システムの管理者全員（マイナー）がブロックの取引に間違いがないことを確認し、合意する必要がある。合意形成する方法（コンセンサスアルゴリズム）はブロックチェーンごとに異なるが、ビットコインでは「プルーフオブワーク（PoW）」が採用されている。PoWは仕事量による証明という意味で、マイナーはブロックに含めるナンスを膨大な計算によって求める必要がある。この他にもブロックチェーンでは、デジタル署名や公開鍵暗号などの技術を使い、システムの安全性を保っている。

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ブロックチェーンのメリット・デメリット

ブロックチェーンのメリット

ブロックチェーンのメリットは、P2Pに基づく分散型システム、取引履歴の改ざんが事実上不可能な仕組みなどがあげられる。これまでは取引は、ネットワークを管理する中央集権的な主体が仲介していた。取引内容が正しさは、単一の管理主体によってのみ保証されているため、ユーザーは管理主体が不正をしないものと信頼しなくてはならなかった。また、管理主体が権限や責任を維持するためには莫大なコストがかかるほか、プライベートな情報を一元的に収集されるなどの問題があった。
このような従来型の取引システムのあり方を覆したのがブロックチェーンだ。ブロックチェーンを使ったシステムでは、仲介を排除した直接取引が可能だ。取引内容は全ての人に対し公開されており透明性が高いが、個人情報とは結びついていないためプライバシーが守られる。取引内容が改ざんされておらず正しいかどうかは、分散した多数の管理主体によって検証される。そのためユーザーは単一の中央管理者を信頼する必要がない。管理者が複数いるため単一障害点がなく、ネットワークの維持コストも格段に安くなる。

ブロックチェーンのデメリット・課題

ブロックチェーンの性質上、処理能力や速度に難があることは否めない。マイニングによって新規のブロックをチェーンに追加するにはビットコインの場合は約10分がかかり、ネットワークが混みあえば、さらに時間を要する。この処理能力の拡張性（スケーラビリティ）とセキュリティはトレードオフの関係にあるため、高セキュリティを維持したまま迅速な処理をするのが現状難しくなっている。また、ブロックチェーンのシステムをアップグレードするのも参加者全員の承認が必要なため時間がかかる。

ブロックチェーンの種類は3つ

ブロックチェーンには「パブリック型」「プライベート型」「コンソーシアム型」という3つの種類がある。先ほど説明したブロックチェーンの仕組みはパブリック型であり、ビットコインやイーサリアムなどほとんどの仮想通貨が採用している。取引は世界に公開されるため透明性が高く、ネットワークへは世界中の誰でも参加でき、取引の管理主体は多数存在し分散している。

これに対し、「プライベート型」は、秘密情報などを扱う金融機関など単一の組織内で使われる。取引は一般には非公開で、特定の管理者がデータの編集や削除をする権限をもち、参加は承認制だ。取引の記録や承認は迅速だが、耐改ざん性や障害耐性といったブロックチェーンの良さを活かしきれていない面もある。

残る「コンソーシアム型」は、パブリック型とプライベート型の中間に位置するブロックチェーンだ。リップルはこのコンソーシアム型を採用している。同業他社の複数の企業などによって使われる。管理主体は複数で、取引の公開範囲はその管理者のみに限定される。部分的に分散型のブロックチェーンと言えるだろう。

ブロックチェーンの種類

	パブリック型	プライベート型	コンソーシアム型
管理者	不特定多数	単独の企業や組織	業界を跨いだ複数の企業や組織
参加者	誰でも可能	承認制で単独の企業・組織内に限定	承認制で複数の企業・組織内に限定
特徴	・取引は世界に公開されるため透明性が高い・取引の承認速度が遅い	・取引は非公開・取引の承認速度が早い	・取引は場合によって公開か非公開・取引の承認速度が早い
事例	ビットコイン、イーサリアム	miyabi、mijin	ハイパーレジャーファブリック、Quorum

ブロックチェーンの活用事例

1. 金融商品などの取引

ブロックチェーンは仮想通貨だけでなく、債権や株式といった金融商品をデジタル化し取引するのにも応用可能だ。また輸出業業者や船会社、銀行などのあいだで支払を確約する信任状が必要な貿易業では、複数の国にまたがり取引が実施されるためシステムが複雑にならざるを得ない。しかしブロックチェーンを活用することで、効率的な貿易金融システムの構築が可能になる。
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2. IoT

モノのインターネット（IoT）でもブロックチェーンを導入が期待されている。耐改ざん性や耐障害性、拡張性（多数のモノの接続が容易に可能）、異なるサービスのマシン間での少額決済が可能になるなどがその理由だ。ブロックチェーンを使ったセキュアな防犯カメラ、使用権を付与したトークンを使って特定の時間だけ使用を許可する電源ソケットなども登場してきている。
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3. ゲーム

ブロックチェーンを使ったゲームはデジタルネイティブ世代にとって身近な活用事例かもしれない。従来のネットワークゲームと異なり、プレイヤーのアイテムやキャラクターをブロックチェーンで管理することで、コピー不可能なユーザー固有の所有物にできる。時間をかけて獲得したアイテムやキャラクターに値段をつけて取引することが可能になる。代表的なブロックチェーンゲームには、クリプトキティーズやディセントラランドなどがある。
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ブロックチェーンの今後社会をどう変えるのか

ブロックチェーンによって、業界や国境を超えたさまざまな取引が、信頼のある形で実行できるようになるだろう。金融機関をはじめとするビジネスモデルは大きく代わり、プライバシーは保たれつつ個人のエンパワーメントにも繋がっていくだろう。調査会社であるグローバルインフォメーションによると、ブロックチェーンの市場規模は2020年の30億ドル（約3130億円）から2025年には397億ドルへと急成長を遂げることが予想されている。