未来を拓くブロックチェーン：2024年のベストテクノロジー

2月 19, 2024

ブロックチェーンとは何か？

ブロックチェーンは、コンピュータネットワークノード間で共有される分散型データベースまたは台帳である。暗号通貨システムにおいて安全かつ分散化された取引記録を維持する上で重要な役割を果たすことで知られているが、その用途は暗号通貨以外にも広がっている。ブロックチェーンは、あらゆる業界のデータを不変にすることができる。

ブロックを変更することができないため、信頼が必要となるのは、ユーザーやプログラムによってデータが入力される場合に限られる。これにより、信頼できる第三者（多くの場合、コストやエラーをもたらす監査人など）への依存を減らすことができる。

2009年にビットコインが登場して以来、ブロックチェーンの利用は様々な暗号通貨、分散型金融（DeFi）アプリケーション、ノン・ファンジブル・トークン（NFT）、スマート・コントラクトの誕生によって急増した。

ブロックチェーンのポイント

ブロックチェーンは共有データベースであり、情報の保存方法が一般的なデータベースと異なる。ブロックチェーンは暗号的にリンクされたブロックにデータを保存する。
ブロックチェーンには様々な種類の情報を保存することができるが、最も一般的には取引の台帳として使用される。
ビットコインに関して言えば、ブロックチェーンは分散型であり、特定の個人やグループがコントロールすることはなく、すべてのユーザー間でコントロールが共有される。
分散型ブロックチェーンは不変であり、一度入力されたデータを取り消すことはできない。ビットコインの場合、取引は永久に記録され、誰でもアクセスできる。

どのように機能するのか？

表計算ソフトやデータベースに馴染みがあるかもしれない。ブロックチェーンは、情報を入力・保存するためのデータベースであるという点で似ている。しかし、従来のデータベースやスプレッドシートとブロックチェーンの主な違いは、その構造とデータへのアクセスにある。

ブロックチェーンはスクリプトと呼ばれるプログラムで構成され、情報を入力してアクセスし、どこかに保存して保管するという、通常データベースで行うようなタスクを実行する。ブロックチェーンは分散型であり、複数のコピーが多くのマシンに保持され、それらがすべて一致しなければ有効とならない。

ブロックチェーンは取引情報を収集し、スプレッドシートがセルに情報を格納するのと同じようにブロックに入力する。入力が完了すると、情報は暗号アルゴリズムにかけられ、ハッシュ値として知られる16進数が作成される。

このハッシュ値をその下のブロックのヘッダーに入力し、ブロック内の他の情報を使って暗号化する。これにより、一連のリンクされたブロックが作成される。

取引プロセス

トランザクションは、トランザクションが発生するブロックチェーンによって、特定のプロセスに従う。例えば、ビットコインのブロックチェーンでは、暗号通貨ウォレット（ブロックチェーンへのインターフェースを提供するアプリケーション）で取引を開始すると、一連のイベントがトリガーされる。
ビットコインでは、あなたのトランザクションはメンプールに送られ、マイナーまたはバリデータがそれをピックアップするまで保管され、キューに入れられます。トランザクションがブロックに入力され、そのブロックがトランザクションで満たされると、ブロックは閉じられ、暗号アルゴリズムを使って暗号化される。そしてマイニングが始まる。
ネットワーク全体が同時にハッシュ問題を「解く」。それぞれがランダムなハッシュを生成するが、”nonce”（一度だけ使われる数字の省略形）は別である。
各マイナーはゼロのnonceから開始し、ランダムに生成されたハッシュ値に付加される。この数値が目標とするハッシュ値と等しくないか小さい場合、nonceに1が追加され、新しいブロックハッシュ値が生成される。これは採掘者が有効なハッシュ値を生成し、レースに勝利して報酬を受け取るまで続けられる。
特定のハッシュ値が見つかるまでランダムなハッシュ値を生成することは、よく「プルーフ・オブ・ワーク」と呼ばれるもので、マイナーによる作業を「証明」するものです。ハッシュ値を検証するために必要な作業量は、ビットコインのネットワークが非常に多くの計算能力とエネルギーを消費する理由である。
ブロックが閉じられると、取引が完了する。しかし、そのブロックはさらに5つのブロックが検証するまで確認されたとはみなされない。各ブロックは平均10分弱かかるため、ネットワークは確認完了までに約1時間かかる（トランザクションを含む最初のブロックと、それに続く5つのブロックの10倍は約60分に相当する）。
すべてのブロックチェーンがこのプロセスに従うわけではない。例えば、イーサリアムのネットワークは、ブロックを検証するために、イーサリアムを賭けているすべてのユーザーから検証者をランダムに選び、その後ネットワークによって確認される。これはビットコインのプロセスよりも高速で、消費エネルギーも少ない。

地方分権とは何か

ブロックチェーンでは、データベース内のデータを複数のネットワークノード（ブロックチェーン・ソフトウェアが動作するコンピュータやデバイス）に分散させることができる。これにより冗長性が生まれるだけでなく、データの忠実性も維持される。例えば、誰かがデータベースのあるインスタンスのレコードを変更しようとしても、他のノードがそれを阻止する。このようにして、ネットワーク内の単一のノードが、その中に保存されている情報を変更することはできない。

この分散と、完了した作業の暗号学的証明により、情報や記録（暗号通貨における取引のようなもの）は不可逆となる。このような記録は、（暗号通貨のような）取引のリストであることもあるが、ブロックチェーンは、法的な契約、身元の証明、会社の棚卸資産など、他の様々な種類の情報を保存することもできる。

透明性

ビットコインのブロックチェーンは非中央集権的であるため、個人ノードを所有するか、誰でもリアルタイムで取引を閲覧できるブロックチェーン・エクスプローラーを使用することで、すべての取引を透過的に閲覧することができる。各ノードはチェーンのコピーを持ち、新しいブロックの確認と追加で更新される。つまり、ビットコインがどこへ行こうとも、それを追跡することができるのだ。

例えば、過去に取引所がハッキングされ、大量の暗号通貨が失われたことがある。ハッカーは（ウォレットアドレス以外は）匿名かもしれないが、ウォレットアドレスがブロックチェーン上で公開されているため、彼らが抜き取った暗号通貨を追跡するのは簡単だ。

もちろん、ビットコインのブロックチェーン（および他のほとんどのブロックチェーン）に保存されている記録は暗号化されている。つまり、アドレスを割り当てられた人だけが身元を明らかにできる。したがって、ブロックチェーンユーザーは透明性を維持しながら匿名性を保つことができる。

ブロックチェーンは安全か？

ブロックチェーン技術は、いくつかの方法で分散型のセキュリティと信頼を実現している。第一に、新しいブロックは常に直線的かつ時系列的に保存される。つまり、常にブロックチェーンの「末尾」に追加される。一度ブロックがブロックチェーンの末尾に追加されると、ネットワークの大多数がコンセンサスに達しない限り、ブロックの内容をさかのぼって変更することは非常に難しい。

ブロック内のデータに変更を加えると、そのブロックのハッシュ値が変更される。各ブロックは前のブロックのハッシュ値を含んでいるため、1つの変更が後続のブロックすべてに影響を及ぼすことになる。ハッシュ値が一致しないため、ネットワークは変更されたブロックを拒否する。

すべてのブロックチェーンが100％侵入できないわけではない。ブロックチェーンは分散型台帳であり、コードを用いて既知のセキュリティレベルを作り出している。コードに脆弱性があれば、悪用される可能性がある。

例えば、あるハッカーがブロックチェーン・ネットワーク上のノードを動かし、ブロックチェーンを改変して他の人から暗号通貨を盗もうとしたとする。ハッカーが自分のコピーを改ざんする場合、他のノードに自分のコピーが有効であることを納得させる必要がある。

これを行うには、ネットワークの大部分を支配し、適切なタイミングで挿入する必要がある。攻撃を試みるにはネットワークの50％以上をコントロールする必要があるため、これは51％攻撃として知られている。

このような攻撃では、タイミングがすべてであり、ハッカーが何らかの動きをする頃には、ネットワークは変更しようとしているブロックを通り過ぎている可能性が高い。2023年4月21日現在、ビットコインネットワークのハッシュレートは毎秒348.1エクサハッシュ（ゼロが18個）だった。

ビットコインとブロックチェーン

ブロックチェーン技術は1991年、文書のタイムスタンプが改ざんされないシステムの実現を目指した研究者、スチュアート・ハーバーとW・スコット・ストルネッタによって初めて概説された。しかし、ブロックチェーンが現実の世界で初めて使われたのは、それから約20年後の2009年1月にビットコインが発売されてからだった。

ビットコインのプロトコルはブロックチェーン上に構築されている。デジタル通貨を紹介した研究論文の中で、ビットコインの生みの親であるサトシ・ナカモトは、ビットコインを「完全にピアツーピアで、信頼できる第三者機関を持たない新しい電子キャッシュシステム」と表現した。

理解する上で重要なのは、ビットコインは当事者間の支払いやその他の取引の台帳を透過的に記録する手段としてブロックチェーンを使用しているということだ。

ブロックチェーンは、あらゆる数のデータを恒久的に記録することができる。これは取引、選挙の投票、製品の在庫、州の身分証明書、家屋証書などの形になる。

現在、何万ものプロジェクトが、取引の記録だけでなく、例えば民主的な選挙で安全に投票する方法など、社会を支援するさまざまな方法でブロックチェーンを実装しようとしている。

ブロックチェーンの不変性は、不正投票がはるかに困難になることを意味する。例えば、投票システムによって、ある国のすべての国民に単一の暗号通貨やトークンを与えることができる。

各候補者は特定のウォレット・アドレスを受け取り、有権者は投票したい候補者のアドレスにトークンや暗号通貨を送る。ブロックチェーンの透明で追跡可能な性質は、手作業による開票の必要性をなくすだけでなく、悪者が物理的な投票用紙を改ざんする能力もなくすだろう。

ブロックチェーンはどのように使われるのか？

ビットコインのブロックチェーン上のブロックが取引データを保存していることはよく知られている。今日、23,000を超える他の暗号通貨システムがブロックチェーン上で稼働している。しかし、ブロックチェーンは他の種類の取引に関するデータも保存できる信頼性の高い方法であることが判明した。

ブロックチェーンの実験を行っている企業には、ウォルマート、ファイザー、AIG、シーメンス、ユニリーバなどがある。例えば、IBMはフード・トラスト・ブロックチェーンを構築し、食品が目的地に到着するまでの道のりを追跡している。

なぜこのようなことをするのか？食品業界では、大腸菌、サルモネラ菌、リステリア菌など、数え切れないほどのアウトブレイクが発生している。過去には、これらのアウトブレイクの発生源や、人々が食べていたものから病気の原因を見つけるのに数週間かかることもあった。

ブロックチェーンを使えば、ブランドは食品の原産地からすべての流通経路を追跡することができる。それだけでなく、これらの企業は、食品が接触した可能性のある他のすべてのものを見ることができるため、問題をより早く特定することができ、命を救う可能性がある。これはブロックチェーンの実用化の一例だが、他にも様々な形でブロックチェーンが導入されている。