【図解付】ブロックチェーンとは？カタカナなしでわかりやすく解説！

この記事ではこんな方の疑問を解決します。

はじめに：ブロックチェーンとは

ブロックチェーンとは、仮想通貨に用いられている技術のことです。ブロックチェーンは、ビットコインをはじめとする仮想通貨の特徴を理解するために、一番に知っておきたい重要な仕組みなので、ざっくりとでも理解しておきましょう。

ブロックチェーンとは、簡単に説明すると情報を記録・管理する技術のことです。技術と聞くとイメージが湧きにくいかもしれませんが、情報を記録・管理する台帳のことだと理解してもらえれば大丈夫です。日本語では、「分散型台帳技術」とも言われます。

ブロックチェーンは、分散ネットワークに参加する複数のコンピューターによって一定の規則に基づいて作成されるブロックと呼ばれるデータの鎖で、各ブロックには取引データなどの情報が含まれます。一度記録されたデータは改ざんができないため、不正な操作を防ぐことができます。分散型であるため、中央集権的な管理や管理費用の問題が発生しにくく、多数の参加者が安全に情報を共有することができます。

ブロックチェーンは、世界中に散らばる膨大な数のパソコンやスマホやタブレットといった端末群によって情報を記録・管理され、ユーザーが相互に監視しあう自律した分散型のシステムとなっています。この仕組みによって、情報の整合性やセキュリティが担保されています。

ブロックチェーンが注目されている理由

ブロックチェーンが注目されている理由は、中央の管理者がいない独立した分散型システムであることです。分散型システムであるブロックチェーンは、信頼性とセキュリティの高い取引ができることや管理や運用にかかる費用が安くなること、システム全体の安定性が高いことなど様々なメリットがあります。このことから、金融業界や物流業界、不動産業界、公共サービスなど、さまざまな領域で活用されており、その注目度が高まっています。

これまでの中央集権型のシステムとは異なり、ユーザーが相互に監視しあう自律した分散型のシステムこそが、ブロックチェーンが注目されている大きな理由といえます。

仮想通貨との違い

仮想通貨と一緒に有名になった言葉として、ブロックチェーンが挙げられるので、「ブロックチェーン＝仮想通貨」と思っている人も多いようです。しかし、ブロックチェーンと仮想通貨は同じ意味ではないことを理解しておきましょう。ブロックチェーンは仮想通貨に用いられている技術のことで、仮想通貨はその技術を使ったデジタル通貨です。

「暗号資産（仮想通貨）」とは、ビットコインなど暗号化（ブロックチェーン）技術を使ったデジタル通貨の総称です。また、「資金決済に関する法律」においては以下のように定義されています。

知っておきたいカタカナ用語

ブロックチェーンの特徴や仕組みを理解する上で、最低限知っておきたいカタカナ用語を簡単にまとめました。カタカナがたくさん出てくると、イメージしずらく、理解しにくいこともあると思います。置き換えて読んでほしい単語と一緒に書いてあるので、難しいときはその単語に置き換えながら、読んでみてください。それぞれの用語の意味などの詳しい解説は、その都度していきます。

知っておきたいカタカナ用語：「置き換え単語」

• ブロックチェーン：「記録台帳・データベース」
• ブロック：「情報・データ」
• ノード：「端末・パソコン」
• トランザクション：「取引情報」
• マイニング：「採掘作業」
• マイナー：「採掘者」
• ハッシュ：「印・マーク」

ブロックチェーンの4つの特徴

ブロックチェーンには、特に理解しておきたい特徴が４つあります。「４つの特徴を全部理解するのは難しいよ！」という人は、P2Pネットワークとコンセンサスアルゴリズムの2つだけ理解しておきましょう！

P2P（Peer to Peer）ネットワーク

ブロックチェーンは中央管理者が存在せずに、どのように情報を管理しているのかと疑問に思った方も多いかもしれません。これを可能にしているのが、P2Pネットワークです。

これまでは、メインサーバーなど１箇所でデータが管理されてきました。しかし、ブロックチェーンでは、ネットワークに接続している端末が、個別で相互につながるP2Pネットワークを構築しています。

これまでのクライアントサーバーシステムでは、１箇所で情報が管理されているため、サーバが故障するなどしてシステムダウンすると、システム全体が停止してしまうという問題があります。

しかし、P2Pネットワークは、複数のコンピューター端末が個別で相互につながることで、ネットワークを構築し、データを分散して管理しています。これにより、サーバーの1つに問題が起きてシステムダウンしたとしても、システム全体に問題は起こらなくなっています。

また、システムダウンによって、失われたデータを再び復元することも可能です。加えて、多くのユーザーのコンピューターにデータが分散して保存されることで、リスクも1カ所に集中せずに分散されます。

このように、P2Pネットワークを採用しているブロックチェーンは、ユーザーが相互に監視しあう分散型のシステムになっています。これまでの中央集権型のシステムとは異なるこの管理システムこそが、ブロックチェーンが注目されている大きな理由といえます。

暗号技術１：ハッシュ（ハッシュ値）

ブロックチェーンの暗号技術は主にハッシュと公開鍵暗号である電子署名の2つです。これについて、１つずつ解説していきます。暗号技術は、データや情報を保護するために使用される技術の総称です。暗号技術は、数学的なアルゴリズムや特定のキー（秘密鍵）を使用して、データを変換・操作することでセキュリティを強化しています。

暗号技術 ：データや情報を保護するために使用される技術のこと。

目的 ：データの機密性（秘密保持）、整合性（改ざん検知）、および認証（真正性の確認）を確保すること。

仮想通貨におけるハッシュ（ハッシュ値）とは、データの暗号化やデータを識別するIDとして使用され、データの改ざんを防ぐ役割として、ブロックチェーンの重要な仕組みです。

ブロックチェーンは、データがブロックにまとめられ、そのブロックのハッシュ値が直前のブロックのハッシュ値と結びついて繋がっています。これにより、ブロックチェーン全体が改ざんされていないことを検証することができる仕組みになっています。

仮にデータを改ざんした場合、それによって導き出されるハッシュ値も異なるため、それ以降のすべてのブロックのハッシュ値を変更する必要がありますが、これは極めて困難であることから、ブロックチェーンで管理されているデータの改ざんは難しいと言われています。

このようにブロックチェーンは、ハッシュ値を使用してデータの改ざんを防ぎ、データの一貫性やセキュリティを確保しています。

暗号技術２：電子署名（公開鍵暗号）

ブロックチェーンに用いられる暗号技術の２つ目は、電子署名です。電子署名とは、電子文書を安全かつ信頼性のある方法で認証するために使用される技術です。署名した人物がデータを生成したことや、データが改ざんされていないことを証明することができます。

仮想通貨では、トランザクションに電子署名が使用され、送金やデータの変更などの操作が正当なものであるかが検証されます。これにより、トランザクションの改ざんや不正な操作を防ぐことができます。

コンセンサスアルゴリズム

コンセンサスアルゴリズムは、分散型システムやブロックチェーンなどのネットワークにおいて、不特定多数の参加者間で合意を形成するためのアルゴリズムです。

中央管理者がいないブロックチェーンのような分散型システムでは、複数の参加者（ノード）がおり、それぞれが異なる情報を持っています。しかし、参加者（ノード）間で合意が取れない場合、正確な状態やトランザクションの順序が確立できず、ネットワークの安全性や信頼性が損なわれてします。

そこで、異なる参加者（ノード）が同じ結果や状態に合意することで、ネットワーク全体の一貫性、データや情報の正当性を確保します。

それぞれのアルゴリズムは異なる方法で、ネットワークの合意形成をします。たとえば、ビットコインに用いられている「PoW」では、ノードが複雑な計算問題を解くことで、ブロックを生成し合意を形成します。イーサリウムの「PoS」では、ノードが所有している仮想通貨の量に応じて、次のブロックを生成する権限を与えられます。

コンセンサスアルゴリズムは、ネットワークのセキュリティやスケーラビリティ、パフォーマンスなどに大きな影響を与えます。適切なコンセンサスアルゴリズムの選択は、分散システムの効率的な運営と信頼性の向上に重要です。仮想通貨ごとに違うものが採用されているので、それぞれの仮想通貨の特徴としても見ることができます。

ブロックチェーンの仕組み：仮想通貨取引の流れ

ブロックチェーンの仕組みを理解するために、「太郎さんから花子さんに１BTCを送る取引」を具体的な例として、仮想通貨取引の流れを説明していきます。以下の３ステップで取引が進みます。

太郎さんが花子さんの公開鍵を用いて１BTCを送る

まず、太郎さんが花子さんの公開鍵を取得し、それを使って１BTCを送ります。この公開鍵は、花子さんが公開している鍵で、取引を受け取るために必要な情報です。

ブロックに書き込む取引情報をまとめて、トランザクションが行われる

「太郎さんから花子さんに1BTCを送る」という取引内容がまとめられ、トランザクションが行われます。

トランザクションは、ネットワークに接続しているほかのノードが確認して、問題がなければ行われます。ここで問題が見つかった場合は、そのトランザクションは廃棄され、その先の処理は行われません。

トランザクションを検証して、ブロックチェーン上に追加される

次にトランザクションをネットワークに接続している、ほかのノードが検証します。トランザクションを検証し、問題がなければ、取引情報がブロックに記録され、ブロックチェーン上に連結されます。このようにトランザクションの検証・承認を行うことで、ブロックに記録し、ブロックチェーン上にブロックを追加する作業のことをマイニングと言います。

マイニングを行うには、トランザクションを検証するコンピューターの所有者であるマイナーが必要です。マイナーは新しいトランザクションを検証するために、膨大な計算能力を必要とする複雑な問題を解決する必要があります。解決することができた場合、そのブロックに含まれるトランザクションが承認され、ブロックチェーンに追加されます。

ブロックチェーン上に追加されたブロックは、一度追加されるとブロックに記録されたトランザクションは取り消すことができません。この仕組みによって、あとから改ざんすることができない、非常に強固なセキュリティを構築しています。

またブロックチェーン上に取引情報が記録され、誰もがその取引履歴を閲覧できるようになります。これによって、取引の透明性を高め、取引の信頼性を高めています。

マイニングが完了した段階で初めて、太郎さんから花子さんへ１BTCの送金がされ、取引が完了します。また、マイナーは検証する作業の報酬として、決まった額のビットコインを受け取ります。

以上が、仮想通貨取引の一連の流れです。なんとなくブロックチェーンのイメージが湧いてきましたか？

ブロックチェーンの種類

２種類のブロックチェーンについて説明します。

パブリック型

パブリック型は、パブリックチェーンとも呼ばれています。パブリックチェーンは、誰でも参加することができ、データの閲覧やトランザクションの送信が自由に行える公開されたシステムです。

パブリックチェーンは、データの透明性や信頼性を高めることができます。誰もが取引の詳細を確認でき、データの改ざんが困難であるため、信頼性の高い取引が可能です。また、特定の中央機関や管理者が存在しないため、分散性と自律性があるメリットも持っています。

しかし、不特定多数の人が参加するため、参加者同士のコンセンサスアルゴリズムが必要となり、合意形成に時間がかかるデメリットがあります。

代表的なパブリックチェーンとしては、ビットコインやイーサリアムなど主に仮想通貨で用いられています。仮想通貨の取引だけでなく、スマートコントラクトや分散アプリケーション（DApp）など、様々な分野で活用されています。

プライベート型

プライベート型のブロックチェーンは、プライベートチェーンとも呼ばれています。プライベートチェーンは、参加者が制限されており、特定の人のみが参加できるシステムです。ネットワークへのアクセスやデータの閲覧、トランザクションの送信などが制御されています。通常、組織や企業が自社内で利用するために構築され、内部の取引やデータ管理などを効率的かつ安全に行うことができます。

プライベートチェーンは、パブリックチェーンとは異なり、参加者が信頼できる特定の組織に限定されているため、参加者間での合意を容易に形成できるメリットがあります。その結果、高速な処理やプライバシーの確保が可能です。

しかし、個人や単独の組織などで管理され、ルール変更が容易であるため、データの透明性は低いというデメリットがあります。

ブロックチェーンのメリット

ブロックチェーンは、分散型データベースであり、ハッシュや電子署名といった暗号技術を使っています。これらの特徴に由来するメリットは大きく分けて３つあります。

信頼性・透明性の高い取引ができる

ブロックチェーンのメリットの１つ目は、信頼性・透明性の高い取引ができることです。

ブロックチェーンは、分散型のデータベースであることやハッシュや電子署名といった暗号技術の仕組みによって、データの改ざんが非常に難しく、データの一貫性と信頼性が確保されています。また、ブロックチェーン上の取引情報は公開され、参加者全員が確認できる仕組みになっているため、透明性が高い取引を行うことができるメリットがあります。

管理・運用にかかる費用が安い

ブロックチェーンのメリットの２つ目は、管理運用費用が安いことです。

ブロックチェーンは、分散型のデータベースであり、ネットワーク上の複数の参加者がデータを管理しています。このように世界中の参加者が少しずつマシンパワーを提供することで、情報が保存・管理されるため、管理・運用におけるコストが安くなるメリットがあります。

システム全体の安定性が高い

ブロックチェーンのメリットの３つ目は、システム全体の安定性が高いことです。

これまでの中央集権的な管理では、メインシステムが止まってしまうと、システム全体が停止してしまうという問題があります。しかし、データが複数のノードに分散して保存されるブロックチェーンは、単一のノードやセンターが故障しても、システム全体が停止することはありません。この仕組みによって、システム全体としての安定性が高くなるメリットがあります。

ブロックチェーンのデメリット

ブロックチェーンのデメリットは、大きく分けて３つあります。

スケーラビリティ問題

１つ目のデメリットは、スケーラビリティ問題です。スケーラビリティ問題とは、利用者の増加に伴い取引が増えることで、送金に時間がかかったり、送金要求が承認されなかったり、取引手数料が高騰するといった一連の問題のことを指します。

ブロックチェーンは分散型のデータベースであり、全てのノードがトランザクションを承認する必要があります。大量のトランザクション処理を行う場合には処理能力が限られてしまい、処理速度が遅くなってしまいます。現行のブロックチェーン技術では、1つのブロック内に格納できるトランザクション数に制限があり、高速なトランザクション処理には課題が残っています。

エネルギー消費の課題

２つ目のデメリットは、エネルギー消費の課題です。ブロックチェーンのマイニングや検証プロセスには高いエネルギー消費が伴い、環境への負荷が大きくなってしまう可能性があります。

ブロックチェーンのセキュリティはコンセンサスアルゴリズムによって維持されますが、PoW（Proof of Work）のようなコンセンサスアルゴリズムは、大量の計算作業が必要です。このため、膨大な計算量により多くの電力が必要となり、エネルギー消費量が増加します。

このような課題に対して、イーサリウムは、コンセンサスアルゴリズムをエネルギー効率の高いPoSに移行させ、エネルギー消費量は99.9%減少させました。また、環境に優しい仮想通貨の開発も進んでいます。環境のサステナビリティ（持続可能性）が重要視されている昨今、仮想通貨の業界でも積極的な取り組みが進められています。

関連法規が未整備

３つ目のデメリットは、関連法規がまだ整備されていない点です。

ブロックチェーンは、まだまだ新しい技術です。ブロックチェーンを使った多くの実験的な改良がなされ、その技術を活かした多種多様なサービスが世界中で生み出されています。そのため、法整備が追い付かずに、未整備の状況が発生しやすくなります。

日本では、２０１７年４月１日に施行された「改正資金決済法」によって、暗号資産として暗号資産が定義され、その後も金融庁を中心に、法整備や業界の健全性確保など、行政としての動きが続いている最中です。

ブロックチェーンの関連技術とそこから生まれるサービスの法的整備は、今や世界各国の課題と言えます。

ブロックチェーンの代表的な活用例：スマートコントラクト

ブロックチェーンの代表的な活用例として、スマートコントラクトがあります。これを実装した代表的な仮想通貨がイーサリアムです。

スマートコントラクトは、ブロックチェーンを活用しているため、中央管理者を介在させず、契約内容を自動で実行することができます。また、「契約内容が改ざんされない」「契約の不履行を防げる」という2つの特徴を持っています。

従来の契約は人間が関与して手動で行われますが、スマートコントラクトではプログラムによって契約の条件やルールが定められ、それに基づいて自動的に実行されます。

スマートコントラクトはブロックチェーン上で動作するため、信頼性と透明性を確保できます。契約の条件や取引のルールはプログラムコードとして記述され、ブロックチェーン上の分散ネットワークに保存されます。取引条件が満たされると、自動的に契約が実行され、結果がブロックチェーン上に記録されます。このように、途中で人為的な介入がないことやブロックチェーンにより改ざんが難しいことで、信頼性が高く、透明性のある取引が行われます。

スマートコントラクトのメリットは以下のようなものが挙げられます。

ブロックチェーンを利用していることで、契約内容が改ざんされないことや契約の不履行を防げます。また、中央管理者がいないことから人為的な介入がなく、人為的なミスが起こらず、取引時間が短縮できることや取引にかかる人件費を減らせることもスマートコントラクトの大きなメリットと言えます。

これらのメリットから、スマートコントラクトは様々な領域で利用されています。積極的に導入を進めている業界には、金融、保険、不動産業界などが挙げられます。今後、さらなるサービスが提供されていくことが期待されています。

ブロックチェーンに関するよくある質問

　ブロックチェーンってなに？

　ブロックチェーンとは、ユーザーが相互に監視しあう分散型のシステムです。データをブロックで管理し、それらのブロックを鎖のようにつないでいく構造を持つことから、ブロックチェーンと呼ばれています。

　ブッロクチェーンの最大の特徴は？

　ブロックチェーンの最大の特徴は、中央集権的なシステムに頼らずに信頼性・透明性を確保し、取引やデータの改ざんが困難である点です。

　ブロックチェーンのメリットは？

　信頼性・透明性の高い取引ができることや管理運用の費用が安いこと、システム全体の安定性が高いことがメリットとして挙げられます。

まとめ：ブロッチェーンは自律して機能する分散システム

今回は、仮想通貨を支えるブロックチェーン技術について、基礎から活用例までを解説してきました。

ブロックチェーンは情報を分散して管理する革新的な技術であり、非中央集権的なシステムとして注目されています。ハッシュ・電子署名やコンセンサスアルゴリズムなどの要素が改ざんを防ぎ、マイニングやスマートコントラクトなどの機能がブロックチェーンの特徴となっています。ブロックチェーンのデメリットに対する解決策も進められており、ますます進化が期待されています。ブロックチェーンはうまく活用すれば、仮想通貨取引のみならず、社会全体を支えるインフラにもなりえます。

ブロックチェーンを活用したサービスは日々生み出されて、従来の作業がより効率化され、同時に新たな価値も生み出されています。ブロックチェーンはまさに、将来を変える可能性を秘めているテクノロジーと言えます。

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