ブロックチェーンとは？

　　ブロックチェーンとは、データを保存するための新しい方法です。ブロックチェーンは、情報やその制御を一箇所（データベース）に集中させるのではなく、記録を変更する権限を持たないネットワーク上に情報を保管します. これは、分散化と呼ばれています。

　　ブロックチェーンは、データをブロック単位で記録し、暗号技術を使ってブロックを連結することでデータを安全に保存します。

　　ナカモトサトシ（ビットコインの背景にいる個人別名）は、2008年のホワイトペーパー（計画書）の中でブロックチェーンのアイデアを概念化しました。取引の分散型台帳を作成する機能は、ビットコイン（新しいピアツーピアのデジタルキャッシュ）の実行可能性と二重支出の問題の解決のベースとなるものでした。

　　言い換えるならば、2度使うことができず、金融機関を通さない、つまり分散型ネットワークを介して個人から個人へと流れる純粋なデジタルマネーをどう作るか、ということなのです。

　　ブロックチェーンは、新しいブロックに有効な取引データのみを追加する方法（コンセンサスメカニズムと呼ばれる）と組み合わせることで、ナカモト氏のソリューションの中心的な要素でした。

　　実際には、サトシは、非常に長い間問題となっていた「信頼と代理人」を解決していたのです。

　　

　　信用と代理の問題

　　「暗号通貨の基礎知識」の最初の記事で、お金が最初に使われたのは交換を円滑にするためであることを学びました。お互いを知らない、あるいは信頼しない二者間の物品の交換を簡単にするものです。

　　文明と商業が拡大するにつれ、この信頼の問題を解決する唯一の方法は、一番力のあるの裁定者の手に権力を集中させることであると考えられてきました。

　　君主、将軍、政府、あるいは多国籍企業が、何が公正か（法律）、誰がどの資産を所有し、その資産の価値はいくらか（中央銀行）についての最終決定権と管理権を持つのです。

　　このような仕組みは、最適というよりも現実的です。これまで何度も、中央の権威を信頼することは効率的でない方法であることが示されてきました。これは一般に「プリンシパル・エージェント問題」と呼ばれています。

　　

　　プリンシパル・エージェント問題とは何か？

　　エージェント（政府、大組織とその機関）は、彼らが奉仕すべき他の人々（プリンシパル-市民、顧客）に影響を与えるような決定をします。彼らの強力な立場と説明責任を持たないことは、彼らの決定が自分たちの利益のためだけであり、彼らが奉仕すべき人々に悪影響を与えることを意味しています。

　　では、ブロックチェーンはこの古くからある問題をどのように解決できるのでしょうか？

　　政府や権威の話は少し遠回りに聞こえるかもしれませんので、少し離れて、ブロックチェーンがどのように権威のない信頼を実現するかという中心的な問題に焦点を当てましょう。

　　まず、ブロックチェーンの特徴であるデータの構造について説明し、次にそのデータの有効性について合意（コンセンサス）を得るためのプロセスについて説明します。この合意形成の仕組みこそが、支配的な権威を排除することを可能にするブロックチェーンの秘密なのです。

　　最後に、ブロックチェーンの限界を評価し、この技術がそれに値するかどうかを評価します。これは、このセクションの最後の2つの記事、暗号通貨の採用と暗号通貨の最先端にうまくつながるものとなります。

　　

　　ブロックチェーンならではの特徴

　　ブロックチェーンの各ブロック（Genesis BlockまたはFirst Blockを除く-詳細は後述）には、次の3つが含まれています。

　　1.暗号ハッシュと呼ばれるもので表現される記録されるデータ。

　　2.直前のブロックのデータを暗号化した表現（または暗号化ハッシュ）。

　　3.3ブロックがチェーンに追加された時のタイムスタンプ。

　　それでは、この3つが何であるかを見ていきましょう。

　　・データ - ブロックチェーンに記録されるデータは、その技術を使用しているかによって

　　異なります。例えば、通貨であるビットコインは、ブロックチェーンを使って取引デー

　　タを記録しています。

　　他にも、サプライチェーンデータ管理、ヘルスケアデータ、ID記録など、情報をデジタ

　　ル化できるのであれば、その用途は無限に広がります。つまり、ブロックチェーンは様々

　　なデータを安全に保管することができるということです。

　　・暗号ハッシュ - 暗号ハッシュは、基本的に情報の一部をコード化して表現したものです。

　　数学的な関数（ジャンブラー）を使って、意味のある情報とハッシュを結びつけたこの

　　表現（ジャンブル）を生成するのです。したがって、ハッシュ関数によって2つのもの

　　が表裏一体となっているため、情報を変更すれば、対応するハッシュも変更されること

　　になるのです。

　　

　　以下、簡略化した例です。

　　我々のデータ Y=1,

　　暗号ハッシュ関数を適用する。

　　これにより、ハッシュY1が生成される。

　　もし、元のデータをY=2に変えてハッシュ関数を適用すると、ハッシュ化された出力も変わり、Y2が得られます。

　　ここで重要なのは、Y2がハッシュの正しい出力であることを確認するのは簡単だが、入力が何であったかを調べるのはほとんど不可能だということです。

　　ハッシュ化とは、ウェブサイトがパスワードを保存し、入力時に有効であることを確認する方法ですが、パスワードが何であるかを知ることができません。

　　これは、暗号ハッシュが表現するデータを暗号化する説明のために簡略化したものです。したがって、データとハッシュの間の唯一のつながりは、ハッシュを生成する数学関数であり、いかなる内容でもありません。

　　

　　以下はその例です。

　　入力データ Y=1

　　ハッシュ関数を適用

　　ハッシュ化された出力＝犬

　　入力データをY=2に変更する

　　ハッシュ関数の適用

　　ハッシュ出力＝木

　　犬と木の間に識別できる関係はなく、これらは単にデータセットY=1とY=2から生成された同じハッシュ関数から生まれたものです。

　　実際には、暗号ハッシュは、データを表す以外に何の言葉や意味にも対応しない、一様な長さの文字や数字の列です。デジタル暗号が我々の信頼問題の解決に寄与するのは、権威や暴力の脅威を必要としない、データを保護するための信頼できる方法であることです。

　　・タイムスタンプ - これはその名の通り、データの個々のブロックがチェーンに追加され

　　た時間の記録です。シンプルではありますが、タイムスタンプは非常に重要であり、ブ

　　ロックチェーンに検証可能かつ変更不可能な参考点を与えるのです。

　　

　　チェーンを壊れないようにする

　　ブロックチェーン技術の革新性は、設計上、ブロックチェーンは遡及的な改変に強く、中央集権的な権威がなくても安全にデータを保存できることです。

　　そのプロセスは、暗号化ハッシュ関数から始まります。各ブロックは、自身のデータのためのハッシュ関数と、最後のブロックのデータのためのハッシュ関数を持っています。

　　前のブロックのデータを新しいブロックに書き直すことで、ハッシュは連鎖を作り、それが大きくなればなるほど破損しにくくなります。特定のブロックのデータを改ざんしたり、変更したりするには、その後に続くすべてのブロックを変更しないと連鎖は有効にはなりません。

　　もし私が特定のブロックのデータを変更すれば、そのブロックに対応するハッシュが変更され（上記の犬の例を思い出してください）、後続のすべてのブロックの記録ハッシュと異なるため、チェーンは無効となってしまいます。

　　しかし、今日のコンピュータの速度は、このハッシュ関数ではブロックチェーンの改ざんを防ぐのに十分ではありません。

　　コンピュータは1秒間に何十万ものハッシュ関数を計算することができ、チェーンのすべてのブロックに対して新しいハッシュを効率的に計算し、再び有効なものにすることができるのです。そこでサトシは、これまでのデジタルキャッシュの取り組みを参考に、ブルートフォース攻撃（総当たり攻撃）に耐えられる仕組みを作る必要があったのです。

　　

　　プルーフ・オブ・ワークの導入

　　プルーフ・オブ・ワークは、ブロックチェーン技術の後半部分で、暗号化ハッシュ関数と組み合わせることで、ブロックチェーンの確実な安全性を保証するものです。

　　基本的に、プルーフ・オブ・ワークは、ブロックが生成される前に作業・労力を要求することによって、新しいブロックの生成を遅くするメカニズムなのです。ブロックチェーンを混乱させようとする人々を思いとどまらせる方法と考えることもできますが、それを行うことで正当化できる以上の労力を費やす/発揮しなければならないのです。

　　このプルーフ・オブ・ワークのプロセスは、ブロックタイムと呼ばれる平均的な期間（この期間はチェーンによって異なる）内に、ブロックが作成されるように制限されています。

　　ビットコインの場合は10分前後、イーサリアムの場合は10秒から20秒の間です。これは、チェーンに新しいブロックが追加されるたびに、数学的パズルを解くか計算することを要求することによって行われます。

　　この問題を解いた人には報酬が支払われ、そのインセンティブが働くようになっています。ビットコインのケースですでに見たように、報酬は現在6.25ビットコインに設定されており、少なくとも2024年まで設定され続けます（これはHalvingとして知られています）。

　　このメカニズムにより、マイナーは必要とされるレベルの作業を行いながら、新しいブロックを追加することで、経済的インセンティブを得ることができます。また、コンピュータがただ新しいハッシュを大量に生成し、ブロック内に不正確なデータがあるチェーンを検証するのを阻止することができます。

　　ビットコインはコンセンサスメカニズムとしてプルーフ・オブ・ワークを使用していますが、プルーフ・オブ・ステーク (PoS) と デリゲーテッド・プルーフ・オブ・ステーク(DPoS) という2つのアプローチも存在しています。

　　これらのメカニズムは少し複雑で、ブロックチェーンを確実に安全なものにするためのより効率的な方法を目指していますが、作業の必要性はなく、本質的には計算能力とエネルギー消費に帰着します。

　　PoSは、基本的に資金を提供してゲームに参加することであり、DPoSは、自分のステークがブロックチェーンのコンセンサスに対して与える権限を他の参加者に譲渡できる点を除いて、同じものであります。

　　

　　合意形成はどのように行われるか？

　　まず、データのブロックをチェーンでつなぐための暗号ハッシュ関数があります。また、新しいブロックをチェーンに追加するインセンティブを与え、各ブロックに計算機による証明を要求することで、悪質な行為から保護するプルーフ・オブ・ワークのメカニズムがあります。

　　ブロックチェーンがセキュリティを確保する最後の方法は、分散型であることです。

　　ブロックチェーンは、上記のサトシの引用にあったように、ピアツーピア（P2P）ネットワークと呼ばれるもの上で実行されます。

　　

　　ピアツーピアネットワークとは？

　　互いに直接通信し、同じ権限を共有するユーザーのネットワークを指します。

　　P2Pネットワークは、政府などの単一の組織によって集中的に運営されるのではなく、同じルール（プロトコル）に従うすべてのコンピュータの分散ネットワークで構成されています。このように、ブロックチェーンに接続されているコンピュータの誰もが、完全な記録（またはチェーン）にアクセスすることができますが、予測可能な方法で動作します。

　　新しいブロックがチェーンに追加されるたびに、誰もがこのブロックのデータが正確であることを検証する機会を得ます。ブロックチェーンを接続し、実行するコンピュータはすべてノードと呼ばれます。

　　ブロックがチェーンに追加されるには、全ノードの少なくとも51％（過半数）が、そのブロックが正確であることに同意しなければなりません。つまり、プルーフ・オブ・ワークが解決され、ハッシュ関数がすべて一致しなければならないのです。これはコンセンサスの達成と呼ばれるもので、私たちの信頼に対する魔法のような解決策に、中央の権限なしに真実という共通の合意を作り出すことです。

　　ブロックチェーンを破損させるには、以下のことが必要です。

　　1.チェーン上のすべてのブロックを改ざんする。

　　2.すべてのブロックのプルーフオブワークをやり直す。

　　3.P2Pネットワークの50%以上を支配する。

　　これは、ほとんど不可能であるだけでなく、ノードの数が増えれば増えるほど難しくなり、経済的にも意味がありません。このように、ブロックチェーンは安全で分散型のデータ保存方法であり、その品質はブロックチェーンが成長するにつれて向上していくのです。

　　

　　ブロックチェーン活用事例

　　ブロックチェーンの仕組みがわかったところで、ブロックチェーン技術のさまざまな応用例を見てみましょう。

　　最も有名なアプリケーションは、この技術が最初に発明されたきっかけであり、中央管理から解放された新しい形のお金となりました。これは、私たちの知る暗号通貨、つまり、ビットコインが、一番初めで最も有名な例なのです。

　　ビットコインの取引データをブロックチェーンに保存することで、ナカモトサトシは世界初のデジタルかつ分散型の健全な貨幣を作り出しました。このことについては、以前の記事で詳しく説明しましたので、復習したい方はそちらをご覧になってください。

　　それ以来、ブロックチェーンは通貨以外の多くの分野にも応用されています。その有名な例は、イーサリアムです。

　　2013年、プログラマーのVitalik Buterin氏はホワイトペーパーで、ブロックチェーン技術を利用してスマートコントラクトと呼ばれるものを作成できることを提案しました。

　　2015年には、これらのコントラクトを構築するために、プログラミング言語（Solidity）とネイティブ通貨（Ether）を備えたイーサリアムのブロックチェーンが立ち上げられました。

　　ビットコインはプログラム可能で分散化された貨幣を提供し、イーサリアムはプログラム可能で分散化された契約を提供する、と考えるのがよいでしょう。

　　そこから、多くのアプリケーションが構築され、新しい産業が生まれつつあります。現在、最も注目されているのは、分散型金融（DeFi）で、証券会社や取引所、銀行の代わりにスマートコントラクト（つまりブロックチェーン）を仲介役とした金融の実験形態であります。イーサリアムの詳細については、第7章「世界のコンピュータであるイーサリアム」をご参照ください。

　　

　　最弱のリンク

　　すでに「健全な貨幣」をめぐる議論で見てきたように、ビットコインのブロックチェーンは、セキュリティと分散化のためにスケーラビリティを犠牲にしています。

　　一方、Visaのような中央集権的で安全なシステムは、1秒間に数万件の取引を処理できますが、二重支出や信頼の問題に悩まされています。プルーフ・オブ・ワーク機能は権限なき信頼を可能にしますが、同様の処理量を実現することはできません。

　　ビットコインは現在1秒間に5件程度、イーサリアムは15件程度を処理しており、スピードが遅く実用的ではありません。

　　イーサリアムコミュニティは現在、イーサリアム2.0で懸命にこの問題を解決しているところです。このオープンソース開発の主な目的は、シャーディングと呼ばれる手法で、トランザクション能力を1秒間に15回から数万回に向上させることです。

　　これについての詳細は、より高度な内容の記事を参照してください。ブロックチェーン技術はまだ発展途上であり、この技術には多くの可能性がありますが、コミュニティはまだこの技術を開発し、大規模に適用している段階であることを覚えておかなければなりません。

　　多くのプロジェクトがブロックチェーンであると自称していますが、ここで説明したような特徴を示すことができません。なぜなら、これらはすぐに実現できないからです。また、プリンシパル・エージェント問題は常に、誰かがコントロールを行使できるところでは、必ずしもユーザーの利益になるとは限らないということを意味します。

　　ブロックチェーンは、ドットコム時代に見られたように、信頼性を推し量るために使われる決まり文句となり、「オンラインビジネス」であるという意味のない言及がなされるようになった。

　　

　　ブロックチェーンの将来

　　ここまでで、ブロックチェーン技術が実際にどのように機能するのか、また、なぜそのような革命的なアイデアなのかについて、基本的な理解ができたと思います。ブロックチェーンは、デジタル時代において、中央の権限を必要とせずに信頼を生み出すための根本的な新しい方法です。

　　ブロックチェーンがいつかもたらすであろうインパクトを理解するためには、この技術の誕生を振り返ってみることがよいかもしれません。

　　先ほどの「ジェネシスブロック」という言葉を覚えていますか？これは、ブロックチェーンの最初のブロックに付けられる名前です。最初のブロックチェーンであるビットコインのジェネシスブロックには、次のようなメッセージが含まれていました。

　　“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks.”

　　タイムズ 03/Jan/2009 首相、銀行に対する2度目の救済措置の崖っぷちに立たされる。

　　2008年7月の悪名高い金融危機を引き起こした金融機関を再び救済すると報じた、その日の新聞の見出しに言及したものです。

　　ブロックチェーン技術の宣伝についてどう考えるかは別として、この技術が、世界を動かしているもの、つまりお金に注目し、世界の仕組みをより良く変えようという野心で開発されたことは間違いないでしょう。

　　ブロックチェーンが何をどのように行うのか、だいだい理解できて来たと思いますが、ブロックチェーンは、信頼とその乱用が文明を荒廃させてきた他の多くの方法を変えるきっかけになるかもしれないのです。