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【図解】ブロックチェーン技術の仕組みを初心者向けにわかりやすく解説!

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この記事から分かること

  • ブロックチェーン技術とは
  • ブロックチェーン技術の仕組み
  • ブロックチェーンの誕生経緯
この記事を書いた人
  • 米国公認会計士WA州
  • Core30経理職
  • 2021年上期の仮想通貨バブル期にアルトコイン投資とBCGに夢中になりクリプトの世界へ
  • 仮想通貨投資は1000万円以上、NFTは50点以上保有、BCGは20作以上プレイ。一番やさしい丁寧なクリプト情報を発信中!
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ブロックチェーン技術とは、仮想通貨等を使った取引を分散型の仕組みで「検証・承認・記録する技術」です。

ブロックチェーンは管理者なしで運営され、低コスト&高速&高い安全性で取引ができ、ビットコインのような仮想通貨は、全てブロックチェーン技術によって開発されています。

さとう

この記事を最後まで読むことで、ブロックチェーン技術の特徴と仕組みを図解形式で丁寧に学ぶことができます。

目次

※当メディアでは、金融庁の「暗号資産交換業者登録一覧」で認可を受けており、「関東財務局」に登録されている仮想通貨取引所の利用を推奨しています。また、当メディアの「仮想通貨」は「暗号資産」のことを指します。

暗号資産に関する注意事項は、金融庁消費者庁警察庁による「暗号資産の利用者のみなさまへ」を是非ご覧ください。

ブロックチェーン技術をわかりやすく解説

ブロックチェーン技術を利用した取引には、従来のお金の取引とは異なる次の7つの特徴があります。

さとう

ブロックチェーンには様々な種類がありますが、本記事では代表的な「ビットコイン」のブロックチェーンを例に挙げてご紹介します。

①運営に管理者が必要ない

ブロックチェーンの技術を使った取引では、特定の管理者は必要ありません。

従来のお金のやり取りでは、特定の銀行や企業が取引の実行・管理・修正等を全て行う必要がありました。

ブロックチェーンでは、世界中のブロックチェーン参加者が「ノード」と呼ばれるハイスペックのマシン等で取引の有効性検証・承認作業を行います。

取引承認者は「バリデーター」と呼ばれたり、そのマシンを含めて「バリデーターノード」と呼ばれたりします。

取引の承認に成功すると、報酬として仮想通貨が新しく発行される仕組みになっており、承認作業に協力する質の高い参加者が自然と集まってくる訳です。

管理者を仲介せず、個人と個人が直接取引できる仕組みをP2P(Peer to Peer)と呼びます。

さとう

P2Pは、開発者である「サトシ・ナカモト」がブロックチェーンを開発するにあたり大切にしていた考え方です。

ぱんだ

管理者がいなくても回る仕組みってすごいね。

②誰でも運営に参加し報酬を獲得できる

ブロックチェーンの取引の承認作業は誰でも参加でき、承認に成功すると報酬としてビットコインを貰えます。

※ビットコインのブロックチェーンの場合

ビットコインには新規発行上限があり、金や銀といった希少な鉱物資源と本質が似ていることから、ブロックチェーンで報酬を稼ぐことを「マイニング」と呼び、マイニングする人は「マイナー」と呼ばれます。

マイニングに必要なものは、ハイスペックのマイニング専用マシンです。(ASIC等)

スペックが求められる理由は本記事後半の承認作業の仕組みで詳しく紹介していますが、承認作業には少し難しい計算処理をこなす必要があるからです。

さとう

スペックがなくてもマイニング自体はできますが、電力消費に負けて赤字になるので推奨されません。

実際のマイニング画面(Nicehash)

③24時間営業でトラブルで停止しない

ブロックチェーンの仕組みは24時間維持され、トラブルで機能全体が停止することはありません。

銀行のように特定の組織が管理しているサービスの場合、1つトラブルが発生して全体のサービスが一時的に利用できなくなることがあります。

さとう

銀行がトラブルでATMが停止して使えなくなるニュースは度々見受けられますよね。

金融庁 2021年11月26日「みずほ銀行及びみずほフィナンシャルグループに対する行政処分について」

ぱんだ

ATMトラブルは時々問題になるね。

ブロックチェーンは、世界中の多数の匿名の参加者によって仕組みが維持されています。

ブロックチェーンの仕組みに参加しているある一個人・一組織の保有するマシンにトラブルが生じても、運営にはまったく問題がありません。

1台のコンピューターでトラブルが生じていても、別のコンピューターが取引の承認を行えばいいだけであり、取引の履歴は承認者全体で共有する「分散型台帳」の仕組みになっているからです。

また、営業時間の概念もなく、基本的に定期メンテナンスも必要ない仕組みなので、ブロックチェーン技術による仮想通貨のやり取りは24時間いつでも行えます。

ぱんだ

営業時間外でもすぐ送金したいことはあるから便利だね。

④低コスト&高速で取引ができる

ブロックチェーンを使った取引では低コスト&高速で取引ができます。

例えば、日本円を海外に送金する場合、以下の4つの手数料で合計約4,000円の手数料が発生し、送金には3日~5日程度掛かります。

fiat-currency-transfer
さとう

様々な仲介が必要になるため、手数料も多く支払う必要があります。

日本円の国際送金で発生する手数料
  1. 送金手数料:日本の銀行の手数料
  2. 円貨送金手数料:日本円を外貨に交換するための手数料
  3. 中継銀行手数料:海外銀行との仲介を行う銀行に払う手数料
  4. 受取銀行手数料:海外の送金先の銀行に払う手数料

ブロックチェーン技術を使った仮想通貨の海外送金の場合、スマホでワンタップで格安の手数料&短時間で送金を行うことができます。

仮想通貨の中には送金に特化した種類もあり、利用すれば数円の手数料で即時送金も可能です。(仮想通貨リップル

ぱんだ

なんでブロックチェーンは安くて早いの?

さとう

ブロックチェーンは人や設備の手間がほとんど掛かりません。

ブロックチェーンの送金が安くて早い理由
  • 取引の承認作業に必要な工程が少ない
  • 承認に必要なコストは主にマシンの電気代のみ
  • 匿名で運用されるため、信用維持に掛かるコストもない

管理者がいない仕組みというだけで、これだけのメリットがある訳です。

⑤誰でも取引内容を閲覧できる透明性

ブロックチェーン上で行われた全ての取引は、誰でも閲覧できます。

また、全ての取引は全バリデーターの「分散型台帳」で共有されており、その内容は不変で改ざんもできません。

ビットコインの取引であれば、Blockchain.comといった公式サイトで詳細を全て閲覧できます。

https://www.blockchain.com/explorer/blocks/btc?page=1
さとう

ビットコインのブロックチェーンの開発者であるサトシナカモトは「透明性」を重要視していました。

ぱんだ

全ての取引をみんなで確認し合えるから、安心安全な取引が出来るようになっているんだね。

⑥匿名で利用できる

ブロックチェーンでマイニングを行ったり、ビットコインの送金を行ったりするときに個人情報は必要ありません。

一切の登録は不要で、全て匿名で利用できます。

さとう

ブロックチェーン開発者「サトシ・ナカモト」が重要視する「脱中央」「分散化」が表れているポイントです。

銀行の場合は、個人情報を提出しないと利用できません。

銀行は過去の取引を全て管理し、問題が起こったり差し戻しの必要があったりすると、個人情報と紐づけて修正の対応を取る必要があるからです。

ぱんだ

確かに銀行は間違えて振り込んでも差し戻しとかできるよね。

サトシ・ナカモト氏の論文の表現を使うと「金融は可逆的なサービスを扱っているので、後のことを考えて個人情報を求める必要がある」ということです。

本記事の後半で解説してますが、ブロックチェーンは過去の取引を修正できないという特徴があります。(不可逆的)

さとう

従って、ブロックチェーンに個人情報を紐づける必要性がありません。

⑦不正が起きない強固なセキュリティ

ブロックチェーンは管理者がいないにも関わらず、高いセキュリティで不正が起きない仕組みになっています。

さとう

本記事後半でブロックチェーンで不正を行って取引を削除する具体的な方法について解説していますが、難しいです。

承認作業には専用のマシンによる高度な計算処理が必要になりますが、電気代が多く掛かり、不正を試みる場合は報酬なしでこの電気代を払う必要があります。

従って、電気代を多く費やして成功するか分からない不正を行うより、真面目に承認作業を行ってビットコインを報酬としてもらった方が得だと判断されます。

【図解】ブロックチェーンの仕組み

ブロックチェーンの仕組みは文字通り、仮想通貨の取引の承認が「ブロック」毎でまとめて行われ、「チェーン」のように承認の履歴が一本に繋がることで管理者不要で強固なセキュリティを実現しています。

ここでは、ブロックチェーンの4つの仕組みを解説します。

仕組み①:取引はブロック単位で承認

ブロックチェーンの1つ目の仕組みは、ブロックチェーンで行われる取引は、複数の取引が入ったブロックという単位でまとめて行われるということです。

blockchain-mechanism-1
さとう

だから「ブロック」チェーンと呼ばれている訳ですね。

ビットコインのブロックチェーンでは、10分間に行われた取引が1つのブロックでまとめられて承認されます。

つまり、ビットコインを送金してから着金する時間も10分が目安ということになります。

ぱんだ

ビットコインは送金から着金までいつも少し時間が掛かるけど、そういう理由だったんだね。

仕組み②:取引は全部繋がっている

ブロックチェーンの2つ目の仕組みは、ブロックチェーンのブロックは全て鎖(チェーン)のように繋がっているということです。

blockchain-mechanism-2

繋がっている理由は、最新のブロックに過去の取引情報が入っているからです。

さとう

過去のブロックに新しい取引の情報が付け加えられながら、チェーンが伸びていくイメージです。

ぱんだ

だからブロック「チェーン」って呼ばれるんだね。

この仕組みが高いセキュリティを実現できている理由の1つで、過去のある1つの取引だけを不正に削除することが難しくなっています。

削除したブロック以降のブロックも全て書き換えないと、ブロックチェーン全体の整合性が取れなくなるからです。

全て書き換えるには、多額の電気代を費やして難しい計算処理を大量に行う必要があります。

成功するか分からない不正な取引の削除を行うより、真面目に承認作業に協力してビットコインを報酬としてもらった方が良いという判断になります。

仕組み③:チェーンはさかのぼれない

ブロックチェーン技術の3つ目の仕組みは、ブロックチェーンは遡って(さかのぼって)取引の内容を修正したり、削除したりできないということです。

blockchain-mechanism-3
さとう

ブロックチェーン上では承認済みの取引をキャンセルしたり、修正したりすることはできません。

ビットコインの開発者の1人である、サトシナカモト氏の論文の言葉を使うとブロックチェーンは「不可逆的」となっています。

ぱんだ

修正できたり、削除できたりした方が便利な気もするけど。

ブロックチェーンはこの仕組みにより、匿名かつ低コストで利用できるようになっています。

銀行の場合、過去に行われた取引も管理する必要があります。例えば、振り込み済みでも、誤送金等で差し戻す対応を取る必要があるからです。

こういった可逆的なサービスを行うには、個人情報の管理等のコストが掛かります。

ブロックチェーンは遡ることができない仕組みのため、匿名かつ低コストで利用できる訳です。

仕組み④:チェーンは分岐できない

ブロックチェーンは最初のブロックから最後のブロックまで一本に繋がっており、分岐は禁止です。

blockchain-mechanism-4
ぱんだ

確かに、取引承認の状況が2通りに分かれていたらおかしいよね。

仕組み上ごく稀に2人のマイナーが完全に同時にマイニングに成功し、分岐してしまうことがあります。(ブロックチェーン上の分岐はフォークと呼びます)

2つのブロックの中身の取引は基本的同じなので、分岐したブロックは削除されるだけです。

仮に違う取引が入っていた場合は再度承認にかけられ、メインのチェーンの1本に統合されます。

ブロックチェーンの承認作業の裏側を解説

次にブロックチェーンの取引承認作業を、イラストで分かりやすく解説していきます。

ブロックの中身のヘッダ情報を理解する

さとう

承認作業(マイニング)の中身を知るためには、まずブロックチェーンのブロックの中身を簡単に押させておきましょう。

下のイラストは、ビットコインのブロックチェーンにおけるブロックの中身です。

ブロックチェーンのブロック1つ1つの中身(例:ビットコイン)

ブロックチェーンのブロック1つ1つは「取引内容」と「ブロックヘッダ情報」の2つで構成されます。

「取引内容」については、10分間で発生するビットコインの送金内容です。

「ブロックヘッダ情報」は、大きく分けて次の4つで構成されます。

  • 前のブロックハッシュ:過去のブロック全ての情報の要約
  • ルートハッシュ:このブロックの取引内容全ての要約
  • ナンス:マイニングで使用する値(詳細は後述)
  • その他色々:ブロックの生成時刻など
さとう

次に、このブロックの中身の情報がどのように承認作業で活用されているのか解説していきます。

承認作業はヘッダ情報のハッシュ化

ブロックチェーンで行われているマイニングは、言い換えるとブロックヘッダ情報をハッシュ化することです。

ブロックチェーンの承認作業(ビットコイン)=ハッシュ化作業

「ハッシュ」は「ハッシュドポテト」のハッシュで、「細切れにする・ごちゃ混ぜにする」といった意味があります。

ハッシュ化を行うと、文字列を特定の桁数の文字列に変換することができます。

  • 例①:satou⇒999413ee3e892395b9fa006d9262e37f653c95193a53e1ba7b7dbbeac7477042
  • 例②:satou2⇒e3368ad8da26fa8afb8e32b1b57d699b87a35c2d2bef4d20bc1dc87facbcc219

マイニングは「ブロックヘッダ情報をハッシュ化した値の先頭にゼロが連続するまでハッシュ化を繰り返すこと」になります。

そして、ゼロが一定数連続する文字列を見つけることに最初に成功したコンピューターがビットコインを報酬として貰える競争のような仕組みになっています。

例:00000000000000000000006d9262e37f653c95193a53e1ba7b7dbbeac7477042

ちなみに、この必要なゼロが連続する数を調整することで、承認作業の難易度は調整されます。

これだけ大変な承認作業が必要になっていることが高いセキュリティの理由です。

多額の電気代を費やしてまで成功するか分からない不正を行う気にならず、真面目にマイニングを行ってビットコインを報酬として貰った方が儲かるからです。

ぱんだ

たしかにこれは大変そう。

さとう

ちなみに、ゼロの連続する個数はブロックの承認が10分で丁度終わるように調整され、これを「難易度調整」と呼びます。

年を追うごとにコンピューターの性能が上がるため、難易度を上げるためにゼロが増えていくのが基本です。

以下はビットコイン取引の最初の検索サイトを立ち上げた会社「Blockchain.com」の公式サイトで見ることができる難易度推移のグラフです。(ブロック承認に必要な計算量の推移)

マイニング難易度
さとう

右肩上がりになっていることがよく分かりますね。

【図解】ブロックチェーンの不正事例紹介

さとう

次に実際に起きたブロックチェーンの不正事例を紹介していきます。

2018年5月17日にモナコイン(MONA)というProof of Workの仮想通貨で、1500万円相当のモナコインを残高を減らさずに別の通貨に換金したという事件が発生しました。

▶当時のニュース記事はこちら

この事件をきっかけに、モナコインは長らく下落し続けました。

モナコイン 2018年のチャート

今回の事件の手口の概要は以下の通りです。

  • 自分が承認に成功したブロックを非公開に
  • 非公開にしたチェーンを裏で伸ばしていく
  • メインチェーンの長さを越した所で公開
  • 過去に行われた取引が削除される
さとう

以下、取引の手口を簡単に図解してみました。

犯罪者のゴールは、100万円分の仮想通貨を残高を減らすことなく日本円に換金することです。

取引Aを承認者が承認(マイニング)に成功すると、下画像の上部分のように前のブロックに繋がっていきます。

しかし、一度マイニングに成功しても公開しないことで、また別の承認者に承認を行わせることができます。

この時チェーンは分岐してしまいます。(ここで出来た2つのブロックの中身はほぼ同じ)

取引Aより後の取引は、承認された後に公開されているメインチェーンの方に繋がります。

過去の取引Bは、取引所に100万円送金したという取引です。

ここで取引所に100万円分に仮想通貨を送金し、日本円に換金した後で取引Bを削除することで仮想通貨の残高を復活させることができます。(送金前の状態になる)

従って、犯人は取引Bを削除するために「チェーンが分岐するときの2つのルール」を利用しました。

この2つのルールを利用することで、以下のような不正が理論上できます。

B´として100万円を自分に送金するという取引を非公開にしていたチェーンに仕込ませておくことで、公開した時に過去に100万円送金したという取引Bを重複扱いにし、削除できる訳です。

取引所に送金した100万円を日本円に交換した後、取引所に送金したという情報を削除することで、仮想通貨の100万円の残高が復活するという理屈です。

さとう

モナコインの不正はこのように行われました。

ぱんだ

こんなことが頻繁に起こるなら利用しづらいね。

実際は、メインチェーンの長さを越すほどのチェーンを裏で用意することは難しいです。

モナコインのコンセンサスメカニズムは、ビットコインと同じ「Proof of Work」でした。

Proof of Workでは難しい計算処理を何度も繰り返して承認を行うため、多額の電気代が掛かります。

多額の電気代を費やしてまで滅多に成功しない不正を行うより、真面目にマイニングを行って報酬を貰った方が良いという判断になるのが普通です。

さとう

モナコインは利用者が多くない仮想通貨だったため、そこが狙われた理由でした。

ブロックチェーンの誕生経緯とは

最後に、最初に開発されたビットコインのブロックチェーンの成り立ちについてご紹介します。

ブロックチェーンは匿名の人物から誕生

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ブロックチェーンが生まれたのは2008年の11月です。

サトシ・ナカモトと呼ばれる匿名の人物が「Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System」というビットコインに関する論文を公表しました。

このビットコインのコンセンサスアルゴリズムがブロックチェーンです。

▶原文はこちらから読むことが出来ます。

さとう

このサトシ・ナカモトと呼ばれる人物の素性は現在も一切分かっていません。

そのあと他の開発者と共同で開発が進められていき、2009年1月に最初のブロックが承認され、ブロックチェーンの歴史がスタートしました。

同年の10月にNew Liberty Standardという匿名の組織・人物がビットコインに対して興味を持ち、取引サイトを作成するために、ビットコインを買い取りたいという話を開発者に持ちかけました。

この時5050枚のビットコインが、発行にあたって必要になった電気代5.02ドルで取引されることになりました。

これがブロックチェーン技術によってビットコインが最初に法定通貨と交換された瞬間です。

さとう

ビットコイン1枚が0.001ドルで取引されたことになるので、今の数万ドルの価格からは信じられないですよね。

初めてビットコインの市場を作ったNew Liberty Standardの公式サイトは現在も残っており、下のリンクからアクセスすることができます。

▶New Liberty Standard 公式サイト

初のビットコイン市場 New Liberty Standard

取引サイトといっても非常に簡素なもので、New Liberty Standardに直接メールを行い、ビットコインを何枚買いたい・売りたいというオーダーを出す形でした。

ぱんだ

こういう個人サイトが始まりなんだね。この時はビットコインの価格が1枚数百万円になるなんて想像も付かないね。

ブロックチェーンは日本の会社から普及

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2010年5月に、初めてブロックチェーン技術によりビットコインで商品の購入が行われました。

ビットコインで初めて商品が購入された瞬間
  • 2010年5月18日:ラズロ氏が「1万BTCでピザを2枚買いたい」とビットコインのコミュニティに投稿する
  • 2010年5月22日:数日相手にされながったが、ジェレミー氏が「パパジョンズ」でピザをカードで購入
  • 2010年5月23日:ラズロ氏がジェレミー氏に1万BTCを送付

厳密にはジェレミー氏が「パパ・ジョンズ」でクレジットカードでピザを購入し、ラズロ氏の所を配達先にしているだけなので、ビットコイン決済を行っている訳ではないですが、5月22日は「ビットコイン・ピザデー」と呼ばれる仮想通貨の歴史上で有名な日となっています。

ぱんだ

最初はこんなやり取りから始まってるんだね。

さとう

ラズロ氏が「ピザを購入したい」と投稿した内容は、下のBitcoin Forumから確認できます。

ビットコインでピザを買いたいという投稿(Bitcoin Forum)

2010年7月には、世界初のビットコイン取引所である「マウントゴックス」が日本で誕生しました。

bitcoin-spread-2

当時にビットコインで商品やサービスを購入することはほとんど出来なかったため実用性はありませんでしたが、興味本位や投機目的で注目を集めていきました。

さとう

これをきっかけにブロックチェーン技術が世界中で利用されるようになったといえます。

ブロックチェーンに関するFAQ

ブロックチェーンとは?

ブロックチェーンとは仮想通貨の送金技術のことです。特定の管理者が存在せず、ブロックチェーンに参加しているコンピューターが取引の管理・承認を行う仕組みです。

ブロックチェーンのメリットは?

ブロックチェーンには7つのメリットがあります。①24時間取引が可能なこと、②障害による停止がないこと、③低コストで利用できること、④高速で送金ができること、⑤取引の透明性が高いこと、⑥匿名で利用できること、⑦セキュリティが強固なことです。

ブロックチェーンのデメリットは?

ブロックチェーンのデメリットは承認に必要なコンピュータを動かすために膨大な電気が必要になることです。環境への負担が度々問題になっています。

ブロックチェーンの活用事例は?

ブロックチェーンは仮想通貨とNFTに最もよく利用されています。

ブロックチェーンとNFTの関係は?

ブロックチェーン技術により、NFTは本物であることが証明できるようになっています。ブロックチェーン上にNFTの固有の識別コード、作者情報、取引履歴のデータが存在しているからです。

ブロックチェーンのマイニングとは?

マイニングはブロックチェーン上で行われた取引の承認作業のことです。ビットコインの場合、計算処理を最初に終えたコンピューターが承認に成功し、ビットコインが報酬として付与されます

まとめ:非中央集権的な金融取引を実現

本記事ではブロックチェーンの特徴や仕組みを図解でご紹介してきました。

ブロックチェーンを使った取引では、管理者が不要で低コストかつ高速でお金のやり取りができるようなっています。

送金用に開発された仮想通貨リップルを発行するリップル社は、銀行と共同でリップルを使った送金を世界のスタンダードにするためのテストも行っています。

さとう

いつかブロックチェーンを使ったお金のやり取りが当たり前になる世界が訪れるかもしれませんね。

ブロックチェーンの取引承認の仕組みにはいくつか種類があり、代表的なものは下の記事で詳しく解説しています。

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【金融庁】仮想通貨に関する注意喚起

さとう

仮想通貨に関する法令・注意喚起について知りたい方は、以下の関連ページを一読することをオススメします。

消費者庁の「投資などのお金に関するトラブルや悪質商法について」のYoutube視聴もおすすめです。

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