## 基本情報- 暗号技術に基づく分散型データ台帳は、単一の管理機関なしにネットワークの多数のノードに取引情報を安全に記録することを可能にします。- 暗号化アルゴリズムとデータ検証メカニズムは、記録の不変性を保証します。システムに入った情報は改ざんされることがありません。- ブロックチェーン技術はビットコインやイーサリアムのようなデジタル通貨の基盤となり、透明性と信頼性が求められる物流、医療、投票システムなどの分野でも応用されています。## 簡単な歴史的背景ブロックチェーンという概念の出現は1990年代初頭にさかのぼり、学者のスチュアート・ハバーとW・スコット・ストーネッタがデジタル文書の改ざんから保護するために暗号化チェーンの使用を提案しました。彼らのアイデアは多くの専門家にインスピレーションを与え、その結果、分散型台帳の原則に基づいて構築された最初の暗号通貨であるビットコインの誕生につながりました。それ以来、技術は広く普及し、金融セクターの枠を超えました。今日、ブロックチェーンはデジタル環境におけるデータの記録と信頼の構築のための汎用ツールです。## ブロックチェーンとは何か本質的に、ブロックチェーンは、互いに独立して動作する多数のコンピュータ(ノード)によってサポートされる専門的なデータベースです。このようなシステム内の情報は、暗号化技術によって保護されたブロックの形で順次整理されています。ブロックチェーンと通常のデータストレージの主な違いは、中央管理者が存在しないことです。特定の組織が記録の追加、検証、保存の方法を完全に制御することはありません。その代わりに、ネットワークの参加者は情報を自ら検証し、台帳の整合性を維持します。このような組織により、一度記録されたデータはネットワークの大多数の参加者の同意なしにほぼ変更できません。この特性は不変性と呼ばれ、技術の主な利点の一つです。## ブロックチェーンの主要な特徴**分散化:** 情報は一つの中央データベースではなく、何千ものコンピュータに同時に保存されます。これにより、システムは障害や攻撃に対して耐性を持ちます。例えば、ビットコインは数万のノードで動作しており、単一の障害点を排除しています。**データのオープン性:** ほとんどのネットワークはレジストリへのオープンアクセスを提供しています。すべてのユーザーは行われたすべての操作、参加者のアドレス、および送金の金額を確認できます。これにより、最大限の透明性が確保されます。**偽造防止:** 暗号化技術と合意アルゴリズムは、誰もが既に追加された記録を偽造または修正することができず、詐欺が発見されることを保証します。**スピードと経済性:** 仲介者がいないため、伝統的な機関を通じて行うよりも、取引が大幅に速く、安く行えます。支払いはほぼオンラインで処理されます。## ブロックチェーンアーキテクチャにおける分散化の役割分散化は、ブロックチェーンの基礎となる主要な原則です。これは、決定が一つの権力の中心によって行われるのではなく、エコシステムのすべての参加者に分配されることを意味します。分散型システムには、ゲームのルールを決定する単一の機関が存在しません。その代わりに、ネットワークの各ノードはデータのコピーを所有し、検証プロセスに参加します。このアプローチは、中間構造への信頼の必要性を排除し、ユーザーが直接やり取りできるようにします。## ブロックチェーンの作業はどのように組織されますか### ステップ 1: 操作の開始と伝達ユーザーが資金の送金を行いたいとき、(例えばビットコインを送信する場合、彼はトランザクションを作成し、それがノードのネットワーク全体に広がります。) ステップ2: データの確認各ノードは取引情報を受け取り、その真正性を確認します。確認には、デジタル署名や、送信者が実際に送金される資金を所有していることを証明する他のパラメータの分析が含まれます。### ステップ3: ブロックにグループ化承認された取引は1つのブロックにまとめられます。各ブロックにはいくつかの要素が含まれています:- 取引に関するデータ- 作成日時- ユニークな暗号識別子 ###ハッシュ( 現在のブロック- 前のブロックの識別子で、それらを一つのチェーンに結びつけます) ステップ 4: コンセンサスの確立ブロックをメインチェーンに追加する前に、ネットワークの参加者はその正当性について合意に達する必要があります。これは、以下で説明する特別なアルゴリズムの適用を通じて行われます。### ステップ5: チェーンへの追加承認後、ブロックはブロックチェーンに最終的に追加されます。各後続のブロックは前のブロックを参照し、すべての後続のチェーンを再構築せずに古い記録を変更することが不可能になります。### ステージ6: 公開アクセス誰でも専門のウェブサービス###ブロックチェーンエクスプローラー(を使用して、ネットワークの履歴における任意の操作を確認できます。例えば、ビットコインではネットワークの創設以来のすべての送金を、関係者のアドレスや金額を含めて見ることができます。## セキュリティの暗号学的基礎暗号技術はブロックチェーンの保護において重要な役割を果たします。主要な暗号メカニズムの一つはハッシュ化です。ハッシュ化とは、任意の入力データが固定長の文字列に変換されるプロセスです。ブロックチェーンでは、重要な特性を持つハッシュ関数が使用されます：ほとんど衝突を許さないことです )異なる2つの入力が同じ出力を生成することはほとんどありません(。入力のわずかな変更でも、ハッシュの結果が完全に変わります。例えば、ビットコインで使用されるSHA256関数)は、"blockchain"と"blockchain"(（小文字）のためにまったく異なる値を返します。この場合、ハッシュから元のデータを復元することは不可能です — この特性は一方向性と呼ばれます。まさにハッシュのおかげで、ブロックチェーンは偽造から保護されます。あるブロックのデータを変更しようとすると、そのハッシュが変更され、すべての後続のブロックとのリンクが壊れます。残りのチェーン全体を再構築することは技術的には可能ですが、特に大規模なネットワークでは経済的に不利です。二つ目の重要な暗号化手法は非対称)二鍵(暗号化です。各ユーザーは二つの鍵を持っています：プライベート)秘密(鍵とパブリック)公開(鍵です。ユーザーが操作を開始する際、彼はプライベート鍵で署名します。他のすべての人は、プライベート鍵を知らなくても、彼のパブリック鍵を使って署名を検証できます。これにより、プライベート鍵の所有者だけが、自分の名前で操作を開始できることが保証されます。## ネットワークにおける合意形成メカニズムブロックチェーンが安定して機能するためには、すべてのノードがどの操作が正当であるかについて合意に達する必要があります。これはコンセンサスアルゴリズムを通じて達成されます。) プルーフ・オブ・ワーク: 計算による競争プルーフ・オブ・ワーク (PoW) — これはビットコインで初めて使用された古典的なアルゴリズムです。このシステムでは、マイナーたちが複雑な数学的問題を解くことで競い合います。最初に解を見つけた者が新しいブロックを追加する権利を得て、新しいコインと手数料の形で報酬を得ます。課題を解決するには強力なコンピュータとかなりの電力が必要です。これは、ネットワークを攻撃することが非常に高価になるため、悪用に対する自然な障壁を作ります。しかし、このアプローチは多くのリソースを必要とし、環境への影響についてしばしば批判されます。### ステークの証明: ステークによる選択プルーフ・オブ・ステーク (PoS) — より現代的なアプローチで、PoWの問題を解決することを目的としています。ここでは、バリデーターが###マイナー(の代わりに、自身の暗号資産の一部を担保)ステーク(としてロックします。その後、ネットワークはそのステークのサイズに比例してバリデーターをランダムに選択し、新しいブロックを生成します。バリデーターが正直に行動する場合、彼は取引から手数料を受け取ります。しかし、データを操作しようとすると、彼のステークは押収されます。このようなメカニズムは、大規模な計算リソースを必要とせずに、正直な行動を経済的に促します。) 他のコンセンサスへのアプローチPoWとPoSの他にハイブリッド型の選択肢もあります。たとえば、DeleGated Proof of Stake (DPoS)は、トークンの保有者が彼らの代わりにブロックを生成する代表者に投票できるようにします。これはより柔軟ですが、分散化の度合いをやや低下させます。別の選択肢は、Proof of Authority ###PoA( です。ここでは、バリデーターは資金の量ではなく、彼らの評判や知名度に基づいて選ばれます。このようなネットワークはより高速に動作しますが、知られた参加者への信頼が必要です。## ブロックチェーンのアーキテクチャオプション) オープンネットワークオープンブロックチェーンとは、誰でも参加できるネットワークです。参加に制限はなく、データは全ての人にアクセス可能です。例：ビットコインとイーサリアム。こうしたネットワークは最大限に分散化され、透明性がありますが、多くの参加者間での合意が必要なため、遅くなることがあります。( 閉じられたネットワーククローズドブロックチェーンは、1つの組織または企業グループによって管理されています。そこへのアクセスは厳しく制限されており、ルールは所有者によって設定されます。このようなシステムはより早く効率的に機能しますが、テクノロジーの主な利点である完全な分散化と非管理性を失います。) ハイブリッドコンソーシアムコンソーシアムは、共同でブロックチェーンを管理するいくつかの独立した組織を結集しています。各参加者は意思決定に影響を与え、ルールは合意によって定められます。これは、オープン性とコントロールの間の妥協です：データは部分的にアクセス可能であり、バリデーターは複数の権威ある側によって選ばれます。## ブロックチェーンが適用される場所### デジタル通貨と支払いブロックチェーンの元々の目的は、銀行や仲介者なしで転送できる通貨を作成することです。ビットコインや他の暗号通貨は、価値の保存と国境を越えた送金の両方に使用されており、伝統的な方法よりもしばしば安く、迅速です。### プログラム可能な契約スマートコントラクトとは、ブロックチェーンに組み込まれた自動実行プログラムです。これにより、当事者は仲介者なしで契約を結ぶことができます。契約の条件が満たされると、自動的に発動します。これにより、分散型アプリケーションや金融サービス###DeFi###への道が開かれ、従来の機関なしで貸付、取引、その他のサービスが提供されます。### アセットのデジタル化リアルアセット (不動産、アート、株)は、ブロックチェーン上でデジタルトークンに変換することができます。これにより流動性が向上し、以前はこのような資産にアクセスできなかった潜在的な投資家の範囲が拡大します。### デジタル空間での識別ブロックチェーンは、偽造から守られた信頼できるデジタルアイデンティティの構築の基盤として機能する可能性があります。これは、個人の確認や、ますますデジタル化が進む状況での機密データの保存に役立ちます。( 投票システムブロックチェーンの不変性と透明性のおかげで、詐欺を排除する選挙や投票を組織することができます。各投票は、検証可能な不変の記録として記録されます。)アイテム追跡物流において、ブロックチェーンは商品配送の各ステージの透明なレジストリを作成するために使用されます。商品が一つの保管所から別の保管所に移るたびに、個別の操作として記録され、完全な報告が保証され、偽造を防ぎます。## 最終的な考慮事項ブロックチェーンは、データを組織し、仲介者なしで参加者間で相互作用を行うための全く新しい方法を提供します。暗号技術と分散型合意アルゴリズムによって、この技術はデジタルシステムでは以前は達成できなかった安全性と透明性のレベルを提供します。ブロックチェーンはまだ発展段階にありますが、その潜在能力は巨大です。ピアツーピアの支払いからプログラム可能な契約、物流とアイデンティティの革命に至るまで、応用の範囲は常に拡大しています。技術が進化し、スケーラビリティが向上するにつれて、ブロックチェーンは今後数年でさまざまな革新の基盤となる可能性が高いです。
ブロックチェーンの理解: 理論から実践へ
基本情報
簡単な歴史的背景
ブロックチェーンという概念の出現は1990年代初頭にさかのぼり、学者のスチュアート・ハバーとW・スコット・ストーネッタがデジタル文書の改ざんから保護するために暗号化チェーンの使用を提案しました。彼らのアイデアは多くの専門家にインスピレーションを与え、その結果、分散型台帳の原則に基づいて構築された最初の暗号通貨であるビットコインの誕生につながりました。
それ以来、技術は広く普及し、金融セクターの枠を超えました。今日、ブロックチェーンはデジタル環境におけるデータの記録と信頼の構築のための汎用ツールです。
ブロックチェーンとは何か
本質的に、ブロックチェーンは、互いに独立して動作する多数のコンピュータ(ノード)によってサポートされる専門的なデータベースです。このようなシステム内の情報は、暗号化技術によって保護されたブロックの形で順次整理されています。
ブロックチェーンと通常のデータストレージの主な違いは、中央管理者が存在しないことです。特定の組織が記録の追加、検証、保存の方法を完全に制御することはありません。その代わりに、ネットワークの参加者は情報を自ら検証し、台帳の整合性を維持します。
このような組織により、一度記録されたデータはネットワークの大多数の参加者の同意なしにほぼ変更できません。この特性は不変性と呼ばれ、技術の主な利点の一つです。
ブロックチェーンの主要な特徴
分散化: 情報は一つの中央データベースではなく、何千ものコンピュータに同時に保存されます。これにより、システムは障害や攻撃に対して耐性を持ちます。例えば、ビットコインは数万のノードで動作しており、単一の障害点を排除しています。
データのオープン性: ほとんどのネットワークはレジストリへのオープンアクセスを提供しています。すべてのユーザーは行われたすべての操作、参加者のアドレス、および送金の金額を確認できます。これにより、最大限の透明性が確保されます。
偽造防止: 暗号化技術と合意アルゴリズムは、誰もが既に追加された記録を偽造または修正することができず、詐欺が発見されることを保証します。
スピードと経済性: 仲介者がいないため、伝統的な機関を通じて行うよりも、取引が大幅に速く、安く行えます。支払いはほぼオンラインで処理されます。
ブロックチェーンアーキテクチャにおける分散化の役割
分散化は、ブロックチェーンの基礎となる主要な原則です。これは、決定が一つの権力の中心によって行われるのではなく、エコシステムのすべての参加者に分配されることを意味します。
分散型システムには、ゲームのルールを決定する単一の機関が存在しません。その代わりに、ネットワークの各ノードはデータのコピーを所有し、検証プロセスに参加します。このアプローチは、中間構造への信頼の必要性を排除し、ユーザーが直接やり取りできるようにします。
ブロックチェーンの作業はどのように組織されますか
ステップ 1: 操作の開始と伝達
ユーザーが資金の送金を行いたいとき、(例えばビットコインを送信する場合、彼はトランザクションを作成し、それがノードのネットワーク全体に広がります。
) ステップ2: データの確認
各ノードは取引情報を受け取り、その真正性を確認します。確認には、デジタル署名や、送信者が実際に送金される資金を所有していることを証明する他のパラメータの分析が含まれます。
ステップ3: ブロックにグループ化
承認された取引は1つのブロックにまとめられます。各ブロックにはいくつかの要素が含まれています:
) ステップ 4: コンセンサスの確立
ブロックをメインチェーンに追加する前に、ネットワークの参加者はその正当性について合意に達する必要があります。これは、以下で説明する特別なアルゴリズムの適用を通じて行われます。
ステップ5: チェーンへの追加
承認後、ブロックはブロックチェーンに最終的に追加されます。各後続のブロックは前のブロックを参照し、すべての後続のチェーンを再構築せずに古い記録を変更することが不可能になります。
ステージ6: 公開アクセス
誰でも専門のウェブサービス###ブロックチェーンエクスプローラー(を使用して、ネットワークの履歴における任意の操作を確認できます。例えば、ビットコインではネットワークの創設以来のすべての送金を、関係者のアドレスや金額を含めて見ることができます。
セキュリティの暗号学的基礎
暗号技術はブロックチェーンの保護において重要な役割を果たします。主要な暗号メカニズムの一つはハッシュ化です。
ハッシュ化とは、任意の入力データが固定長の文字列に変換されるプロセスです。ブロックチェーンでは、重要な特性を持つハッシュ関数が使用されます：ほとんど衝突を許さないことです )異なる2つの入力が同じ出力を生成することはほとんどありません(。
入力のわずかな変更でも、ハッシュの結果が完全に変わります。例えば、ビットコインで使用されるSHA256関数)は、“blockchain"と"blockchain”(（小文字）のためにまったく異なる値を返します。この場合、ハッシュから元のデータを復元することは不可能です — この特性は一方向性と呼ばれます。
まさにハッシュのおかげで、ブロックチェーンは偽造から保護されます。あるブロックのデータを変更しようとすると、そのハッシュが変更され、すべての後続のブロックとのリンクが壊れます。残りのチェーン全体を再構築することは技術的には可能ですが、特に大規模なネットワークでは経済的に不利です。
二つ目の重要な暗号化手法は非対称)二鍵(暗号化です。各ユーザーは二つの鍵を持っています：プライベート)秘密(鍵とパブリック)公開(鍵です。ユーザーが操作を開始する際、彼はプライベート鍵で署名します。他のすべての人は、プライベート鍵を知らなくても、彼のパブリック鍵を使って署名を検証できます。これにより、プライベート鍵の所有者だけが、自分の名前で操作を開始できることが保証されます。
ネットワークにおける合意形成メカニズム
ブロックチェーンが安定して機能するためには、すべてのノードがどの操作が正当であるかについて合意に達する必要があります。これはコンセンサスアルゴリズムを通じて達成されます。
) プルーフ・オブ・ワーク: 計算による競争
プルーフ・オブ・ワーク (PoW) — これはビットコインで初めて使用された古典的なアルゴリズムです。このシステムでは、マイナーたちが複雑な数学的問題を解くことで競い合います。最初に解を見つけた者が新しいブロックを追加する権利を得て、新しいコインと手数料の形で報酬を得ます。
課題を解決するには強力なコンピュータとかなりの電力が必要です。これは、ネットワークを攻撃することが非常に高価になるため、悪用に対する自然な障壁を作ります。しかし、このアプローチは多くのリソースを必要とし、環境への影響についてしばしば批判されます。
ステークの証明: ステークによる選択
プルーフ・オブ・ステーク (PoS) — より現代的なアプローチで、PoWの問題を解決することを目的としています。ここでは、バリデーターが###マイナー(の代わりに、自身の暗号資産の一部を担保)ステーク(としてロックします。その後、ネットワークはそのステークのサイズに比例してバリデーターをランダムに選択し、新しいブロックを生成します。
バリデーターが正直に行動する場合、彼は取引から手数料を受け取ります。しかし、データを操作しようとすると、彼のステークは押収されます。このようなメカニズムは、大規模な計算リソースを必要とせずに、正直な行動を経済的に促します。
) 他のコンセンサスへのアプローチ
PoWとPoSの他にハイブリッド型の選択肢もあります。たとえば、DeleGated Proof of Stake (DPoS)は、トークンの保有者が彼らの代わりにブロックを生成する代表者に投票できるようにします。これはより柔軟ですが、分散化の度合いをやや低下させます。
別の選択肢は、Proof of Authority ###PoA( です。ここでは、バリデーターは資金の量ではなく、彼らの評判や知名度に基づいて選ばれます。このようなネットワークはより高速に動作しますが、知られた参加者への信頼が必要です。
ブロックチェーンのアーキテクチャオプション
) オープンネットワーク
オープンブロックチェーンとは、誰でも参加できるネットワークです。参加に制限はなく、データは全ての人にアクセス可能です。例：ビットコインとイーサリアム。こうしたネットワークは最大限に分散化され、透明性がありますが、多くの参加者間での合意が必要なため、遅くなることがあります。
( 閉じられたネットワーク
クローズドブロックチェーンは、1つの組織または企業グループによって管理されています。そこへのアクセスは厳しく制限されており、ルールは所有者によって設定されます。このようなシステムはより早く効率的に機能しますが、テクノロジーの主な利点である完全な分散化と非管理性を失います。
) ハイブリッドコンソーシアム
コンソーシアムは、共同でブロックチェーンを管理するいくつかの独立した組織を結集しています。各参加者は意思決定に影響を与え、ルールは合意によって定められます。これは、オープン性とコントロールの間の妥協です：データは部分的にアクセス可能であり、バリデーターは複数の権威ある側によって選ばれます。
ブロックチェーンが適用される場所
デジタル通貨と支払い
ブロックチェーンの元々の目的は、銀行や仲介者なしで転送できる通貨を作成することです。ビットコインや他の暗号通貨は、価値の保存と国境を越えた送金の両方に使用されており、伝統的な方法よりもしばしば安く、迅速です。
プログラム可能な契約
スマートコントラクトとは、ブロックチェーンに組み込まれた自動実行プログラムです。これにより、当事者は仲介者なしで契約を結ぶことができます。契約の条件が満たされると、自動的に発動します。これにより、分散型アプリケーションや金融サービス###DeFi###への道が開かれ、従来の機関なしで貸付、取引、その他のサービスが提供されます。
アセットのデジタル化
リアルアセット (不動産、アート、株)は、ブロックチェーン上でデジタルトークンに変換することができます。これにより流動性が向上し、以前はこのような資産にアクセスできなかった潜在的な投資家の範囲が拡大します。
デジタル空間での識別
ブロックチェーンは、偽造から守られた信頼できるデジタルアイデンティティの構築の基盤として機能する可能性があります。これは、個人の確認や、ますますデジタル化が進む状況での機密データの保存に役立ちます。
( 投票システム
ブロックチェーンの不変性と透明性のおかげで、詐欺を排除する選挙や投票を組織することができます。各投票は、検証可能な不変の記録として記録されます。
)アイテム追跡
物流において、ブロックチェーンは商品配送の各ステージの透明なレジストリを作成するために使用されます。商品が一つの保管所から別の保管所に移るたびに、個別の操作として記録され、完全な報告が保証され、偽造を防ぎます。
最終的な考慮事項
ブロックチェーンは、データを組織し、仲介者なしで参加者間で相互作用を行うための全く新しい方法を提供します。暗号技術と分散型合意アルゴリズムによって、この技術はデジタルシステムでは以前は達成できなかった安全性と透明性のレベルを提供します。
ブロックチェーンはまだ発展段階にありますが、その潜在能力は巨大です。ピアツーピアの支払いからプログラム可能な契約、物流とアイデンティティの革命に至るまで、応用の範囲は常に拡大しています。技術が進化し、スケーラビリティが向上するにつれて、ブロックチェーンは今後数年でさまざまな革新の基盤となる可能性が高いです。