【図解】ブロックチェーン技術の仕組みをわかりやすく解説！

ブロックチェーン技術とは、仮想通貨を使った取引の「承認技術」のことです。

ブロックチェーン技術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る優れた仕組みとなっています。

ビットコインのような仮想通貨は、このブロックチェーン技術によって自由に送金できています。

ブロックチェーン技術を使った仮想通貨はただ便利なだけではなく、投資対象としても注目されています。

2023年～2024年は仮想通貨の買い場と言われています。

仮想通貨は他の投資先と比べると値動きが激しいため、購入タイミングを見極めることが最初は難しいです。

しかし、積立投資ならリスクを押さえて投資できるので初心者の投資戦略に最適です。

本記事はビットコインの開発者の一人であるサトシナカモト氏の論文「Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System」を参考に執筆しています。

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とは、仮想通貨を使った取引を承認するための承認技術のことです。

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。

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のでは、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、銀行や企業がその管理を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自身のコンピュータ等で取引の承認を行います。

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参加者が自然と集まってくる訳です。

管理者を挟むことなく個人と個人が取引できる仕組みをP2P（Peer to Peer）と呼びます。

▶ブロックチェーンの開発経緯は本記事後半で解説してます。

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。

日本円といった従来の取引の管理は銀行といった特定の組織が行います。

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、報酬を貰うことを「マイニング（採掘）」と呼びます。

マイニングに最低限必要なものは、ちょっとスペックの良いパソコンだけです。

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。

一般的なゲーミングPC程度のスペックであれば、問題なく承認作業に参加できるでしょう。

こちらの記事でマイニングで承認作業に参加し、仮想通貨を稼ぐ方法を解説しています。

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。

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」 

一方、ブロックチェーンは世界中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1個人・1組織のコンピューターにトラブルが生じても、運営に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だからです。

また、当然営業時間のようなものもなく、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時間いつでも行うことができます。

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日程度掛かってしまっていました。

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、そういった通貨を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）

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ね。

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。

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。

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この透明性を大切にしています。

ブロックチェーンは管理者が存在しない、民主化されたお金のやり取りの仕組みという訳です。

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際に個人情報は必要ありません。

一切の登録は不要で匿名で利用できます。

銀行の場合は個人情報を提出しないと利用できません。

これは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。

サトシナカモト氏の論文風の表現を使うと「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いますが、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）

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。

承認作業にはスペックの良いコンピューター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、これは不正を行う場合はさらに掛かってしまいます。

そして、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貰った方が得だと判断されます。

ブロックチェーンの強固なセキュリティの仕組みはこちらで詳しく解説しています。

【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となっています。

ここでは、ブロックチェーンの仕組みを次の4つの特徴に分けて詳しく解説します。

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。

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つのブロックとして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。

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。

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。

この仕組みが高いセキュリティになっている理由の1つで、過去のある1つの取引だけを不正に削除するといったことができません。

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、コンピューターで多額の電気代を費やして難しい計算処理を何度も行わないといけません。

成功するか分からない不正な取引の削除を行うくらいなら、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貰った方が良いということになります。

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。

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。

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。

銀行の場合は、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、ご送金や何か別の問題があったら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たくさん掛かります。

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。

分岐を利用した不正事例を本記事後半で紹介しています。

しかし、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でコンピューターが行っている処理について、次の流れでイラストを使って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

下のイラストは、ビットコインのブロックチェーンの仕組みにおける、ブロックの中身の詳細です。

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。

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。

このことから、マイニングはさらに嚙み砕くと「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。

例：00000000000000000000006d9262e37f653c95193a53e1ba7b7dbbeac7477042

繰り返す際は、ブロックヘッダ情報のナンスを変えて再度ハッシュ化します。

ハッシュ化後にゼロが連続するようなナンスを見つけるまでハッシュ化を続けることが承認作業という訳です。

そして、ゼロが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。

多額の電気代を掛ける必要があり、電気代が値上がりしている時期は報酬より電気代の方が多いこともあります。

でも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ずっと儲かるからです。

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）

色々なブロックチェーンの承認の仕組み

承認の仕組みは「コンセンサスアルゴリズム」と呼ばれ、仮想通貨によってその仕組みは異なることが多いです。

ここでは有名なブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムを3つご紹介します。

ビットコインの仕組み＝PoW

本記事で紹介してきたビットコインのブロックチェーンの承認の仕組みは「Proof of Work（プルーフオブワーク）」と呼ばれます。

直訳すると「作業による証明」となり、ハッシュ化作業を何度も繰り返して承認が行われることが由来です。

イーサリアムの仕組み=PoS

ビットコインの次に時価総額の大きいアルトコインであるイーサリアムでは、「Proof of Stake（プルーフオブステーク）」と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムが採用されています。

イーサリアムは、送金目的だけでなくアプリを開発して動かすこともできる別名「ワールドコンピュータ」と呼ばれる仮想通貨です。

直訳すると「保持による証明」となり、良いスペックのコンピュータは必要なく、仮想通貨を持っているだけで承認活動に参加して報酬を貰うことが出来る点が特徴です。

プルーフオブステークは、プルーフオブワークより優れた仕組みだといわれています。

イーサリアムは2022年9月15日に完了した「The Merge」と呼ばれるアップデートでProof of WorkからProof of Stakeにコンセンサスアルゴリズムを変更させています。

▶Coinpost 9月15日記事：イーサリアム大型アップグレード「マージ」実装完了

バイナンスコインの仕組み=PoSA

取引量が世界で最も大きい仮想通貨取引所Binance（バイナンス）が発行している仮想通貨BNB（バイナンスコイン）の承認の仕組みについて紹介します。

BNBでは「Proof of Staked Authority（PoSA）」というコンセンサスアルゴリズムが採用されています。

直訳すると「保持・権威による証明」という意味になり、仮想通貨を保有していることに加え、承認者にふさわしい権威を持っている人物・組織である場合のみ承認活動に参加できます。

ちなみBNBを保有して投票に参加するとBNBを報酬として貰えます。

下の記事でBNBを保有して報酬を貰うやり方を解説しています。

ちなみに私もBNBを保有して投票に参加してます！

【図解】ブロックチェーンの不正事例紹介

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く下落し続けました。

今回の事件の手口の概要は以下の通りです。

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）に成功すると画像の上のように前のブロックに繋がっていきます。

しかし、下のように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は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。

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非常に難しいです。

モナコインのコンセンサスアルゴリズムは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。

ブロックチェーンはNFTでも活用されている

ブロックチェーンはNFTでも利用されている技術です。

NFTは「Non-Fungible Token」の略です。

日本語訳すると「非代替性（ひだいたいせい）トークン」という意味になり、他に替えが利かないデジタルデータという意味になります。

これまでのデジタルデータ（jpgやpngといった画像データ等）はそれぞれが特別ではなく、簡単にコピー可能でどれが本物か偽物かどうかの区別はまったくつきませんでした。

しかし、NFTとしてのデジタルデータはブロックチェーン技術により本物と偽物を区別できるようになっています。

NFTにはそれぞれに固有の識別コードが付いており、その作者が誰でどういう取引を経ているか全てブロックチェーンに情報が残っているからです。

NFTはNFTのマーケットプレイスであるOpenseaというサイトで自由に仮想通貨を使って取引できるようになっています。

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

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。

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。

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

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。

ブロックチェーンは日本の会社から普及

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。

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。

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。

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。

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：次世代を担うブロックチェーン

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。

ブロックチェーンには次の7つの優れた特徴があります。

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。

ブロックチェーン技術を使った仮想通貨はただ便利なだけではなく、投資対象としても注目されています。

2023年～2024年は仮想通貨の買い場と言われています。

仮想通貨は他の投資先と比べると値動きが激しいため、購入タイミングを見極めることが最初は難しいです。

しかし、積立投資ならリスクを押さえて投資できるので初心者の投資戦略に最適です。

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