重要なポイント
ブロックチェーンは、分散型コンピュータネットワーク全体で取引データを安全に記録するデジタル台帳です。
ブロックチェーンは、その不変性を暗号技術とコンセンサスメカニズムによって確保し、一度情報が記録されると遡って変更できないことを意味します。
ブロックチェーンはビットコインやイーサリアムのような暗号通貨ネットワークの基盤を形成し、金融を超えたさまざまな分野での透明性、安全性、信頼を育むのに重要な役割を果たしています。
はじめに
ブロックチェーン技術は、データや取引を管理するための分散型、透明性、セキュリティを持つ方法を導入することによって、特に金融業界を変革しました。ビットコインのような暗号通貨の基盤として始まったものの、その適用範囲はサプライチェーン管理、医療、投票システムなど多岐にわたります。
ブロックチェーンとは何ですか？
ブロックチェーンは特別な種類のデータベースです。それは分散型のデジタル台帳で、分散型のコンピュータネットワークによって維持されています。ブロックチェーンデータはブロックに整理され、時間順に配置され、暗号によって保護されています。
この構造により、データは透明で安全かつ不変です。ブロックが確認され、チェーンに追加された後に、ブロック内に保存されたデータを変更することは事実上不可能です。分散型の構造も中央集権的な管理の必要性を取り除きます。ブロックチェーン取引は、仲介者を必要とせずにユーザー間で行われることができます。
さまざまな度合いの分散型を持つ異なる種類のブロックチェーンがあります。それでも、「ブロックチェーン」という用語は通常、暗号通貨取引の記録に使用される分散型デジタル台帳を指します。
ブロックチェーンの簡単な歴史
ブロックチェーンの最初のモデルは1990年代初頭に作成され、コンピュータ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・ストーネッタがデジタル文書をデータ改ざんから保護する方法としてブロックの連鎖に暗号技術を使用しました。
ハーバーとストーネッタは、多くの他のコンピュータ科学者や暗号技術愛好家の仕事に影響を与え、最終的にはブロックチェーン技術によって支えられた最初の暗号通貨であるビットコインの創造につながりました。それ以来、ブロックチェーンの採用は大幅に増加し、暗号通貨は現在グローバルな現象となっています。
ブロックチェーン技術は、暗号通貨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の記録にも適しており、さまざまなユースケースに適用できます。
ブロックチェーンの主な機能と利点
分散化：情報は単一の中央サーバーではなく、コンピュータのネットワーク（ノード）に分散して保存されます。ビットコインのような大規模な分散型ネットワークは、攻撃に対して非常に耐性があります。
透明性：ほとんどのブロックチェーンは公開されており、すべての参加者が同じデータベースにアクセスできます。取引はすべての参加者に見える形で記録されます。
不変性：データがブロックチェーンに追加されると、ネットワークの合意なしに変更することはできません。
データの安全性：暗号技術とコンセンサスメカニズムは、データ改ざんに対する堅牢な保護を保証します。
効率：ブロックチェーンは、中間者の必要性を排除することで、より迅速かつ安価な取引を可能にします。取引はほぼリアルタイムで処理されます。
ブロックチェーンにおける分散とは何ですか？
ブロックチェーンにおける分散化は、ネットワークの制御と意思決定権が、銀行、政府、企業などの単一の実体によって制御されるのではなく、そのユーザー間で分散されているという考え方を指します。
分散型ブロックチェーンネットワークでは、データや取引の流れを制御する中央機関や仲介者は存在しません。代わりに、取引はネットワークの整合性を維持するために協力して作業する分散型コンピュータネットワークによって検証され、記録されます。
ブロックチェーンはどのように機能するのか？
ブロックチェーンの基本は、2者間の取引を改ざん不可能な形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、世界中に分散したコンピュータネットワーク（ノード）によって記録されます。
アリスがボブにビットコインを送信すると、その取引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取引データを検証することによって取引を認証します。取引が確認されると、他の取引と共にブロックに追加されます。各ブロックはデジタル台帳のページと考えることができます。
ブロックは暗号的手法を用いて連結され、ブロックチェーンを形成します。取引を検証し、それをブロックチェーンに追加するプロセスは、ブロックチェーンの状態と取引の有効性についてノードが合意に達するためのルールセットであるコンセンサスメカニズムを通じて行われます。
ブロックチェーンの要点
1. 取引の記録
取引が開始されると（例：暗号通貨の転送）、それはノードのネットワークにブロードキャストされます。各ノードは事前定義されたルールを用いて取引を検証します。
2. ブロックの形成
検証された取引はブロックにまとめられます。各ブロックには次のものが含まれます：
データ（例：取引の詳細）
タイムスタンプ
暗号ハッシュ：ブロックのデータをハッシュアルゴリズムで処理して生成されたユニークな識別子。
前のブロックのハッシュ：これがブロック同士をつなげ、チェーンを形成します。
3. コンセンサスメカニズム
チェーンにブロックを追加するには、ネットワークの参加者がその有効性に同意しなければなりません。これは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）やプルーフ・オブ・ステーク（PoS）などのコンセンサスアルゴリズムを使用して達成されます。これらについては後ほど詳しく説明しますが、ここでは簡単な概要を示します。
プルーフ・オブ・ワーク（PoW）：ビットコインが使用するもので、PoWはブロックの検証者が複雑な問題を解くために計算能力を使用することを要求します。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）：イーサリアムのような新しいブロックチェーンで使用され、ブロックの検証者はネットワーク内の自身のステークに基づいて選ばれます。
4. チェーンリンク
検証された後、ブロックはブロックチェーンに追加されます。各次のブロックは前のブロックを参照し、改ざん不可能な構造を確保します。言い換えれば、新しいブロックが検証されるためには、前のブロックの識別子を使用しなければなりません。
5. 透明性
ブロックチェーンのもう一つの特徴はその透明性です。誰でも一般的にブロックチェーンのデータを確認でき、取引データやブロックデータを含むすべてのデータを、ブロックチェーンエクスプローラーとして知られる公開ウェブサイトで見ることができます。
たとえば、ビットコインネットワークで記録されたすべての取引を見ることができ、送信者と受信者のウォレットアドレス、送金額などの情報も含まれます。また、最初のブロックであるジェネシスブロックまでビットコインのすべてのブロックを遡ることもできます。
ブロックチェーンサイファー
暗号技術は、ブロックチェーンが安全で透明かつ改ざん耐性のある取引記録を維持するための鍵です。たとえば、ハッシュ化はブロックチェーンで使用される重要な暗号技術です。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的プロセスです。
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非常に小さいです。もう一つの特徴は、入力データのわずかな変更が大きく異なる出力を生じる現象を示すアバランチ効果です。
これをビットコインで使用されるSHA256で説明しましょう。見ての通り、文字の大文字小文字を変更することで出力が劇的に異なる結果になりました。ハッシュ関数は片方向関数でもあり、ハッシュ出力を逆にエンジニアリングして入力データを得ることは計算上不可能です。
ブロックチェーン内の各ブロックは、前のブロックのハッシュを安全に保持しており、堅牢なブロックチェーンを確立します。1つのブロックを変更したい場合は、すべての後続のブロックも修正する必要があり、これは技術的に困難であるだけでなく、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別の暗号的手法は公開鍵暗号です。非対称暗号とも呼ばれ、ユーザー間で安全で検証可能な取引を確立するのに役立ちます。
これはどのように機能するのか。各参加者は一意のキーのペアを持っています：秘密鍵は秘密に保持され、公的鍵はオープンに共有されます。ユーザーが取引を開始すると、秘密鍵を使用して取引に署名し、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によって取引の真正性を検証できます。このアプローチは、安全な取引を確保します。なぜなら、秘密鍵の正当な所有者のみが取引を承認でき、誰でも公開鍵を使用して署名を検証できるからです。
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、ユーザーやマシンが分散された環境で調整できるメカニズムです。システム内のすべてのエージェントが、いくつかのエージェントが失敗しても単一の真実源に同意できることを保証する必要があります。
コンセンサスメカニズムは、ネットワーク内のすべてのノードがすべての取引を記録した台帳の同じコピーを持つことを保証します。
何万ものノードがブロックチェーンのデータのコピーを保持していると、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。主要なコンセンサスメカニズムを詳しく見てみましょう。
コンセンサスメカニズムの種類
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、多くのブロックチェーンネットワークで取引を検証し、ブロックチェーンの整合性を維持するために使用されるコンセンサスメカニズムです。これは、ビットコインが使用した元のコンセンサスメカニズムです。
PoWでは、マイナーは次のブロックをブロックチェーンに追加するために複雑な数学的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、問題を最初に解決したマイナーが暗号通貨で報酬を得ます。
マイナーは、数学的問題を解決し、新しいコインをマイニングし、ネットワークを保護するために強力なコンピュータを使用しなければなりません。これが、マイニングプロセスがかなりのリソース（計算能力とエネルギー）を必要とする理由です。
プルーフ・オブ・ステークとは何ですか？
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）の一部の欠点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取引を検証し、新しいブロックをブロックチェーンに追加するために競争するのではなく、バリデーターはネットワーク内で「ステーク」している暗号通貨の量に基づいて選ばれます。
ステークは、バリデーターが担保として持っている暗号の量を表します。通常、PoSバリデーターは自分のステークのサイズに基づいて新しいブロックを作成し、取引を検証するためにランダムに選ばれます。彼らは新しいブロックを作成するための報酬として取引手数料を受け取り、ネットワークの最善の利益のために行動するインセンティブとしても受け取ります。悪意のある行動をとると、彼らはステークした暗号を失うリスクがあります。
他の人気のあるコンセンサスメカニズム
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、他にも多くの種類があります。一部は両方のシステムの要素を組み合わせたハイブリッドであり、他はまったく異なる方法です。
たとえば、委任プルーフ・オブ・ステーク（DPoS）はPoSに似ていますが、すべてのバリデーターが新しいブロックを作成する資格があるのではなく、トークン保有者が自分の代わりに新しいブロックを作成するための小規模な代表者を選出します。
一方、プルーフ・オブ・オーソリティ（PoA）では、バリデーター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。バリデーターは信頼性に基づいて選ばれ、悪意のある行動をとるとネットワークから排除される可能性があります。
さまざまな種類のブロックチェーンネットワークには何がありますか？
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、参加したい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、オープンソースで透明性があり、許可不要で、誰でもアクセスして使用できます。ビットコインやイーサリアムがパブリックブロックチェーンの例です。
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、その名の通り、一般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、企業などの単一の実体によって運営され、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、誰がチェーンを見たり書いたりできるかを規定した確立されたルールを持つ許可制の環境です。明確な管理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でチェーンのコピーを維持することで分散されることはあります。
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、複数の組織が共同で管理される共有ブロックチェーンネットワークを作成するために集まります。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ドになることがあります。
誰でもブロックを検証できるオープンシステムや、単一の実体のみがブロック生産者を指定するクローズドシステムの代わりに、コンソーシアムチェーンでは、数人の同等に強力な当事者がバリデーターとして機能します。
システムのルールは柔軟で、チェーンの可視性はバリデーターに限定されるか、権限のある個人に見えるか、すべての人に見えるかのいずれかです。バリデーターが合意に達することができれば、変更を容易に実施できます。ブロックチェーンがどのように機能するかについては、これらの当事者のうちの特定の閾値が正直に行動する場合、システムは問題に直面しません。
ブロックチェーンは何に使用されますか？
ブロックチェーン技術はまだ初期段階にありますが、すでにさまざまな業界でのユースケースがあります。ブロックチェーン技術の最も一般的な現在の応用例には次のものがあります：
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型の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。
従来の国境を越えた取引は仲介者と高額な手数料を伴いますが、ブロックチェーンはより迅速で安価、かつ透明な国際送金を可能にします。価値の保存機能に加え、多くの人々がビットコインや他の暗号通貨を国際送金に使用しています。
2. 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ると自動的に実行される自己実行型の契約です。ブロックチェーン技術は、スマートコントラクトの作成と実行を安全で分散型の方法で可能にします。
スマートコントラクトの最も一般的なアプリケーションの1つは、分散型アプリケーション（DApps）や組織（DAOs）で、これは分散型金融（DeFi）プラットフォームの大部分を占めます。DeFiプラットフォームは、従来の機関なしで貸付、借入、取引などの金融サービスを提供するためにブロックチェーンを活用します。これにより、金融ツールへのアクセスが民主化されます。
3. トークン化
不動産、株式、アートなどの実世界の資産（RWA）はトークン化（ブロックチェーン上のデジタルトークンに変換）できます。これにより流動性が向上し、投資機会へのアクセスが広がります。
4. 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アイデンティティを作成するために使用できます。これは、私たちの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。
5. 投票
すべての投票をキャストした分散型で改ざん不可能な台帳を提供することにより、ブロックチェーン技術は投票プロセスの整合性を確保し、投票詐欺の可能性を排除する安全で透明な投票システムを作成するために使用できます。
6. サプライチェーン管理
ブロックチェーン技術は、サプライチェーン内のすべての取引の台帳を作成するために使用できます。各取引（または取引のグループ）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を作成します。
結論
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。それは、デジタル世界に新たな信頼と安全性をもたらすことで、業界を革命的に変えている技術です。
P2P取引を可能にしたり、新しいデジタル資産の形式を作成したり、分散型アプリケーションを促進したりすることで、ブロックチェーン技術は可能性の世界を開きます。この技術が進化し、より広く採用されるにつれて、今後数年でより革新的で変革的なユースケースが登場することが期待されます。
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