【入門】ブロックチェーンとは？仕組みや特徴を分かりやすく解説

こんな悩みが解決できる記事となっています。

ブロックチェーンは、お金、金融、ビジネス、そしてデジタル世界に革命をもたらす可能性を秘めた技術です。

現在、ブロックチェーンは仮想通貨やNFTなど様々な分野で利用され日々、様々なサービスが生まれています。

初めてブロックチェーンに触れる方にとっては、なかなか理解が難しいかと思います。この記事ではインターネット以来の革命とも言われるブロックチェーンについて、初心者にも分かりやすく、基本や仕組みについて詳しく説明し、なぜ今この技術が世界中で注目を浴びているのかを解説していきます。

ブロックチェーンとは

ブロックチェーンは情報を安全に管理する透明性の高い技術です。ブロックチェーンではデジタル上のデータをブロックと言われる一つの塊に分け、それを順番に一本の鎖状に繋げることで成り立っています。

データが保存されたブロックは1つ前のブロックのデータを参照しており、1つのブロックが変更されるとそれ以後のブロックのデータを全て書き換えなければならず、改ざんがほぼ不可能となっています。

またブロックチェーンのデータは誰でも見ることができるため、非常にセキュリティや透明性の高い技術になっています。

ブロックチェーンの歴史

ブロックチェーンは2008年に、「サトシ・ナカモト」という匿名の人物がビットコインを取引するための技術として開発されました。

最初のブロックが2009年に生成されました。以後、ブロックチェーンの利点として、第三者を介さず、取引が透明に行われることから、様々な仮想通貨が誕生しました。

2014年には、「ヴィタリック・ブテリン」によってスマートコントラクト機能を備えたイーサリアムが開発され、その後、DeFi、NFT、DAppsなどのサービスが生まれました。

ブロックチェーンが注目される理由

ブロックチェーンは、中央管理者がいない分散ネットワークで、特定の企業や組織に権力が集中することなくデータを共有し、信頼性を高めることができます。この仕組みにより、情報の信頼性向上や不正、改ざんなどのリスクを回避できます。

さらに、ブロックチェーンは仲介者を必要とせず、仲介料などのコストを削減できます。ネットワーク全体でシステムを支えるため、中央のサーバーダウンやメンテナンスによる運営停止のリスクもありません。

ブロックチェーン技術を使用したNFTを利用することで、インターネット上のアイテムに所有権を持たせ、コピーと改ざんを防ぎます。これにより、クリエイターやユーザーに多くのメリットが生まれます。

クリエイターは自身のコンテンツにNFT（非代替性トークン）を導入して、2次流通時のロイヤリティを受け取ることができ、ユーザーは例えばゲーム内のキャラクターやアイテムをNFTとして取引して収益を上げることができます。

これらの特徴から、ブロックチェーンは様々な業界で新しい技術として注目を浴びています。

ブロックチェーンの特徴

ブロックチェーンには以下のような特徴があります。

管理者がいない

ブロックチェーンは従来のプラットフォームのように管理する企業や団体・個人が存在しません。

特定の管理者がいないことのメリットは、権限が1ヶ所に集中しないため、不正や情報改ざんなどのリスクを回避できます。

ブロックチェーンはP2P（ピア・ツー・ピア）といわれる、直接相互に通信できる方法を採用しているため、中央機関が存在しなくても成り立つようにできています。

改ざんがほぼ不可能

ブロックチェーンは改ざんがほぼ不可能な技術です。

ブロックチェーン上の情報は、複数のコンピュータに分散して保存され、ネットワーク上の全てのコンピュータが同じ情報を持っており、どれか1つが改ざんされても他のコンピュータと整合性が取れなくなり、すぐに改ざんされたことが分かります。

またブロックチェーンはブロックと呼ばれる情報の塊が鎖状につながっており、各ブロックは前のブロックの情報を含んでおり、1つのブロックの情報を変更した場合、それ以降の全てのブロックの情報を書き換えなければならず、改ざんは事実上不可能となっています。

PoW（プルーフ・オブ・ワーク）とPoS（プルーフ・オブ・ステーク）

ブロックチェーンは新たにブロックを生成し繋げるために、マイニングという作業を行います。

マイニングにはPoW（プルーフ・オブ・ワーク）とPoS（プルーフ・オブ・ステーク）の2つの方法があります。

PoW（プルーフ・オブ・ワーク）はコンピュータの計算力を使い、一番早く計算問題を解いた者（マイナー）がブロックを生成し繋げる権利を得ます。

マイニングは誰でも参加することができますが、膨大なコンピュータの計算量が必要なため、個人がマイニングのための計算を解くのは非常に困難です。ブロックを生成・追加する権利を得たマイナーは報酬として仮想通貨がもらえます。

ビットコインはこのPoWが採用されています。

PoS（プルーフ・オブ・ステーク）は仮想通貨の保有量や期間に応じて、ブロックを生成・追加する権利が獲得できます。

保有量が多ければ多いほど権利を獲得できる確率が上がり、権利を獲得した者は報酬として仮想通貨がもらえます。

PoSを採用している仮想通貨で有名なのはイーサリアムです。

システムが止まることがない

ブロックチェーンは1つの中央サーバーで管理されておらず、分散台帳技術と言われる複数のノード（コンピュータ）によって構成されています。

これにより、1つのノードがダウンしてもシステムが止まることなく動き続けることができます。

従来のプラットフォームのようにサーバーがダウンして利用できなくなるなどの障害が起きません。

ブロックチェーンの仕組み

ブロックチェーンは、どのような仕組みで動いているのでしょうか。

主な仕組みを、1つずつ見ていきましょう。

ブロック

ブロックは、ブロックチェーン上で取引が記録された、まとまりのことです。

これらのブロックは1本の鎖のようにつながっており、それがブロックチェーンと呼ばれています。

各ブロックには、ハッシュ値とトランザクションが含まれています。

ハッシュ値は前のブロックを指し示すデータであり、ハッシュ値を参照することによってブロックが連結されています。

トランザクションは取引データのことで、これがブロックに含まれています。

トランザクション

トランザクションは、ブロックチェーン上での取引データのことです。

これには送金者や受取人、金額などの情報が含まれています。

一度ブロックに追加されたトランザクションは、後で変更できない仕組みになっており、トランザクションはブロックの大部分を占めています。

ハッシュ値

ハッシュ値は、ブロックが連鎖する前のブロックを示すデータです。

ブロックはハッシュ値を利用して、どのブロックと結びついているかを確認しています。

ハッシュ値はブロック内のデータに基づいて生成されますが、データが1文字でも変わるとまったく異なる値になります。

このためデータが改ざんされると、前のブロックとの整合性がとれなくなり、変更が即座に検知されます。

更に、改ざんしたブロック以降のすべてのブロックも改ざんする必要があるため、実質的に改ざんは不可能です。

また、ハッシュ値から元のデータを復元することはできず、変更が不可逆的になっているのも特徴です。

分散型台帳技術

分散型台帳技術（DLT）は、参加者全員が同じデータをネットワーク上で共有する手法です。

通常の中央サーバーがデータを管理するのではなく、ネットワークに参加する各ノード（コンピューター）が共通の台帳（データベース）を保有し、協力して管理します。

これにより、システムの停止や情報の改ざん、情報の透明性が確保されています。

P2P（Peer to Peer）

P2P（Peer to Peer）は、ユーザー同士が中央サーバーを経由せずに直接データをやり取りする方法です。

通常のクライアントサーバー方式では中央サーバーがユーザー間の通信を仲介しますが、P2Pではユーザー同士が直接通信します。

この方式には匿名性があり、コストを抑えるメリットがありますが、一度流れた情報を削除したり変更するのが難しいというデメリットも存在します。

マイニング

マイニングは、トランザクション（取引記録）が含まれた新しいブロックを作り出す作業です。

マイニングを行う人々を「マイナー」と呼びます。

マイナーは新しいブロックを作ることで報酬として仮想通貨を得ることができます。

マイニングには主に、コンピュータの計算処理で競う合うPoW（プルーフ・オブ・ワーク）と、仮想通貨の保有量や期間に応じて行うPoS（プルーフ・オブ・ステーク）の２つの方法があります。

コンセンサスアルゴリズム

コンセンサスアルゴリズムとは、ブロックチェーンの取引が正しものであるのかを確認し、認証する仕組みです。

各ノード（コンピュータ）はトランザクションが正しいかを確認し、それに一致して合意することで、認められたものだけがブロックチェーンに記録されます。

全てのノードが同じデータを持つブロックチェーンでは、このようなしくみが必要です。

スマートコントラクト

スマートコントラクトは、あらかじめ設定されたルールや契約内容を自動的に実行する仕組みで、自動契約システムのようなものです。

スマートコントラクトでは第三者や人の介入が必要なく、非常に迅速で予め決まった条件が満たされれば自動的にプログラムが実行されます。そのため、人為的なミスや個人の感情などの影響を受けにくく、非常に効率的です。

スマートコントラクトを搭載したブロックチェーンとして、イーサリアムが有名です。

ブロックチェーンの種類

ブロックチェーンには大きく分けて、以下の3つの種類があります。

パブリックチェーン

パブリックチェーンは、だれでも参加できるブロックチェーンで、その代表例にはビットコインやイーサリアムがあります。

パブリックチェーンでは取引が全て公開され、管理者がおらず参加者はみんなが平等な関係です。

しかし誰でも参加できるため、中には悪意を持った参加者もいます。

パブリックチェーンでは、正しい合意形成（ブロックの生成）に貢献した参加者には、仮想通貨が報酬として支払われる仕組みがあります。

データを改ざんして不正をするよりも、正当な合意形成をすることで得られるメリットの方が大きいため、悪意を持った行動する理由がほとんどなく、不正が発生する可能性はほぼありません。

プライベートチェーン

プライベートチェーンは、参加するには管理者の許可が必要なブロックチェーンです。

通常、企業や組織が自分たちの運用に使用する場合に採用され、管理者はチェーンの仕様について自由に決定できます。

プライベートチェーンでは、取引の記録が一般に公開されないため、重要な情報を安全に記録できる利点があります。

ただしパブリックチェーンと異なり、管理者が存在するため管理者が意図的にデータを改ざんしたり、データの信頼性や透明性がパブリックチェーンよりも低くなる可能性があります。

コンソーシアムチェーン

コンソーシアムチェーンは、複数の管理者によって運営されるブロックチェーンです。

プライベートチェーンと同じく、特定の許可を得た人しか参加できません。

異なる点は複数の管理者が存在することで、それ以外の仕組みはプライベートチェーンと同様です。

ブロックチェーンの活用事例

ブロックチェーンはさまざまな分野での活用が進んでいます。

どのような分野で、どのように活用されているのか見ていきましょう。

金融

ブロックチェーンは、金融のあり方を変える注目すべき技術です。

仮想通貨はブロックチェーン技術を利用し、取引の透明性と信頼性を向上させ、改ざんがない安全な取引環境を作り出します。

従来の国際送金は時間とコストが大きなハードルでしたが、ブロックチェーンを利用することで低コストで即座に送金が可能となります。

ブロックチェーンは取引の透明性が高く、一度書き込まれた情報は変更できないため、マネーロンダリングへの対策にもなります。

従来の金融機関とは異なり、中央管理者がいないため、ユーザー同士で取引を行う非中央集権型の金融サービス（DeFi）も増えています。

さらに、国が発行するCBDC（中央銀行デジタル通貨）と呼ばれる仮想通貨も登場し、日本でも今後展開される予定です。

これらの変化により、ブロックチェーンは将来の金融システムに大きな影響を与えるでしょう。

ゲーム

ブロックチェーンは、ゲームの世界にも大きな変革をもたらしています。

ゲーム内のアイテムをNFT（非代替性トークン）として扱うことで、ユーザーはゲーム内のキャラクターやアイテムを自由に売買できるようになりました。

これにより、従来のゲームでは禁止されていたリアルマネートレード（RMT）が合法的に行えるようになったと言えるでしょう。

将来的には異なるゲーム間でアイテムを移動できる可能性もあります。

自分が育てたキャラクターやアイテムが資産として残り、ゲームで収益を上げることが可能になりました。

ただし、現在のブロックチェーンゲームは主に収益を追求したものが多く、まだ従来のゲームのクオリティには追いついていないという現状があります。

NFT

NFT（非代替性トークン）は、デジタル上のアイテムに独自の所有権をもたらす技術です。

この技術はデジタルアート、音楽、画像など多岐にわたり、NFTマーケットプレイスで取引されています。

以前はデジタルアイテムは容易にコピーできましたが、ブロックチェーンを利用することで、デジタルアイテムにも独自の所有権を与え、誰がオリジナルの所有者かを確認できるようになりました。

NFTはコピーまたは改ざんが不可能なため、新しい価値を生み出す技術として注目を浴びています。

NFTの価格は数百円から数億円まで幅広く、転売によって利益を上げる人々も存在し、OpenSesなどのNFTマーケットプレイスで取引が行われています。

証明書

ブロックチェーン技術を使って証明書などを発行することで、偽造を防ぐことができます。

ブロックチェーンに書き込まれた情報は後から書き換えたり改ざんできないので、不正や改ざんから守ることができ、信頼性が向上し高いセキュリティを確保できます。

また、スマートコントラクトを使用することで、発行や更新の手続きが迅速に行えるようになります。

ブロックチェーンの課題

メリットしかないように思えるブロックチェーンですが、ブロックチェーンには主に、以下のような問題があり解決する必要があります。

スケーラビリティ

スケーラビリティは、ブロックチェーンが処理できる取引数を超えたときに生じる問題を指します。

ブロックチェーンの処理能力を超えた取引が発生すると、取引が遅れたり手数料が上がったりする問題が生じます。これは1秒間あたりに処理できるトランザクションの数に関連しています。

例えば、クレジットカードのVISAは1秒間に2万件以上の処理が可能ですが、ビットコインは毎秒10件、イーサリアムは15件と非常に少ないです。

スケーラビリティ問題を解決するためには、レイヤー2やシャーディングなどの手法が取られています。しかし、まだ完全な解決には至っておらず、今後の課題として残っています。

異なるブロックチェーン間でのやり取り（相互運用性）

ブロックチェーンは各々が独自のルールで動作しているため、異なるブロックチェーン間ではやり取りができません。

例えば、ビットコインとイーサリアムは互換性がなく、これが原因でユーザーにとって非常に不便な状態が生まれています。

この問題を解決するためには、異なるブロックチェーン間でもやり取りできるようにする「相互運用性（インターオペラビリティ）」が必要です。

一部異なるブロックチェーン間でデータを共有できるようにするために設計されたポルカドット（Polkadot）などがありますが、まだまだ課題が残っています。

まとめ

ブロックチェーンとは何なのか、どのような技術でどのように使われているのか、ざっくりと理解できたと思います。

ブロックチェーンは様々な分野で活用され、これまでのプラットフォームやシステムの在り方を変える技術です。

この技術は中央管理者が不要で、ネットワーク全体でデータを共有し、情報の透明性があり、一度書き込まれた情報は簡単に改ざんできないという高いセキュリティが特徴です。これにより、ブロックチェーンは将来的に様々な分野で活躍するでしょう。

ブロックチェーンは私たちの生活を変える技術として今後も進化し、インターネットと同じく、社会のインフラの一部となる可能性を秘めています。