- ブロックチェーンの仕組み
- ブロックチェーンの種類
- ブロックチェーンを支える技術
- ブロックチェーンの活用事例
- ブロックチェーンの将来性
「ブロックチェーン 仕組み」で検索した方の多くは、専門用語ばかりで結局よくわからなかった、という経験があるのではないでしょうか。
本記事では、P2Pネットワークやハッシュ値、コンセンサスアルゴリズムといった技術要素を、身近な例に置き換えながら解説します。基礎から理解を深めたい方は、ぜひ最後まで読み進めてみてください。
ブロックチェーンとは
ブロックチェーンとは、取引データを「ブロック」という単位でまとめ、時系列に沿って鎖のようにつなげて記録する技術です。特定の管理者が情報を握るのではなく、参加者同士でデータを分け合って持つのが特徴です。
まずは身近な「データベース」や「ビットコイン」と比べることで、特徴をつかんでいきましょう。
データベースとの違い
データベースは、管理者が一元的にデータを管理する方式です。一方ブロックチェーンは、複数の参加者がデータを共有し合う方式を採用しています。
たとえばデータベースの場合、企業のサーバーに情報が保存され、管理者だけがデータの追加や修正を行えます。そのため、管理者が停止するとサービス自体も止まってしまう点が弱点です。
対してブロックチェーンでは、ネットワークに参加する複数のコンピューターが同じ記録を分け合って持っています。誰か一人が情報を書き換えても、他の参加者が持つ記録とは一致しません。記録が食い違うことで、不正な変更にすぐに気づけるようになっています。
ビットコインとの違い
ビットコインは、ブロックチェーンという技術を使って作られた暗号資産の一つです。両者は同じものではなく、技術と、その技術を使ったサービスという関係になります。
例えるなら、ブロックチェーンは「道路」のような基盤であり、ビットコインはその道路を走る「車」の一つだとイメージするとわかりやすいでしょう。道路（ブロックチェーン）の上には、ビットコイン以外にもイーサリアムなど、さまざまな車（暗号資産やサービス）が走っています。
つまり、ブロックチェーンは技術そのものを指し、ビットコインはその技術を活用して生まれた具体的な仕組みの一例といえます。
ブロックチェーンの種類
ブロックチェーンは、誰が参加できるかによって大きく3つのタイプに分けられます。
それぞれ詳しく見ていきましょう。
パブリックチェーン
パブリックチェーンは、誰でも自由に参加できるブロックチェーンです。特定の管理者を置かず、不特定多数の参加者によって運営されています。
代表的な例がビットコインやイーサリアムです。インターネット環境さえあれば、世界中の誰もが取引の記録や検証に参加できます。
参加者を制限しない分、幅広い人が関わる公共性の高い取引で使われています。
プライベートチェーン
プライベートチェーンは、単独の管理者が参加者を限定して運営するブロックチェーンです。参加には管理者の許可が必要です。
1つの企業が社内の在庫管理や取引記録のためだけに構築するケースが当てはまります。管理者が参加者を絞り込むことで、限られた関係者だけでデータをやり取りできます。
社内での利用など、限られたメンバーだけで使う場面に適したタイプです。
コンソーシアムチェーン
コンソーシアムチェーンは、複数の企業や組織が共同で管理するブロックチェーンです。参加には許可が必要ですが、運営は1社に限定されません。
複数の金融機関が共同で取引記録を管理する場合などに使われます。1社ではなく複数の組織が管理者となる点が特徴です。
業界内の複数企業が関わる取引など、組織をまたいだ管理に適したタイプです。
ブロックチェーンが誕生した背景
ブロックチェーンは、2008年に「サトシ・ナカモト」と名乗る人物が発表した論文をきっかけに広く知られるようになった技術です。
当時はリーマン・ショックが起きた時期でもあり、銀行などの中央機関に頼らずにお金をやり取りする方法への関心が高まっていました。翌2009年にはビットコインの運用が始まり、銀行を介さずに個人同士で直接送金できる点が注目を集めます。
その後、ブロックチェーンはビットコイン以外の暗号資産にも採用され、スマートコントラクトをはじめとするさまざまな分野へ活用の幅を広げています。
ブロックチェーンの仕組み
ブロックチェーンは、主に4つの技術を組み合わせて成り立っています。
それぞれの役割を順番に見ていきましょう。
P2Pネットワークによる分散管理
P2Pネットワークとは、中央のサーバーを介さず、参加者同士のコンピューターが直接つながる通信方式です。
通常のシステムでは、1つの企業や組織が持つサーバーで情報を管理する形が一般的です。 しかしP2Pネットワークでは、参加者全員のコンピューターが対等な立場でデータを持ち合います。
Aさんが取引を行うと、取引情報はネットワーク上の全参加者に同時に共有される仕組みです。特定のサーバーが停止しても、他の参加者が同じ記録を保持しているため、システム全体は止まりません。
このように、特定の管理者に頼らない分散した形でデータを持ち合う点が、大きな特徴です。
ハッシュ値による改ざん検知
ハッシュ値とは、元のデータから一定の計算方法によって作られる、固定長の文字列です。例：「82c9f25b7a…」
元のデータが少しでも変更されると、生成されるハッシュ値はまったく異なるものになります。ブロックチェーンでは、こうした性質を利用して各ブロックにハッシュ値を記録しています。
さらに、各ブロックには直前のブロックのハッシュ値も含まれているのが特徴です。過去のデータを書き換えると、それ以降のブロックとのつながりに矛盾が生じるため、不正な変更を検知しやすくなります。
ハッシュ値によってブロック同士をつなげることで、記録の改ざんを防ぎやすくしています。
電子署名による本人性の証明
電子署名とは、取引を行った人物が本人であることを証明する、デジタル上のサインです。
利用者はそれぞれ、「秘密鍵」と「公開鍵」という2種類の符号を持っています。取引の際は秘密鍵で署名し、他の参加者は公開鍵で署名の正しさを確かめます。
AさんがBさんに送金する場面で考えてみましょう。
Aさんは自分の秘密鍵で取引データに署名し、他の参加者は公開鍵で照合します。
秘密鍵は本人しか知らない情報なので、なりすましによる不正な取引を防げます。
コンセンサスアルゴリズムによる合意形成
コンセンサスアルゴリズムとは、ネットワーク参加者の間で取引が正しいかを確かめ合うための方法です。
中央の管理者がいないブロックチェーンでは、誰か一人の判断だけで取引を承認することはできません。そこで、参加者同士が一定のルールに従い、取引内容が正しいかを検証します。
代表的な方式の一つが、ビットコインでも採用されている「プルーフ・オブ・ワーク（PoW）」です。参加者が計算を競い、最初に条件を満たした参加者が新しいブロックを追加する役割を担います。
多くの参加者によって取引やブロックが検証されるため、不正な記録が承認されにくくなるのが特徴です。
ブロックチェーンが支えるWeb3
Web3とは、特定の管理者を介さない次世代のインターネットです。
ブロックチェーンは、Web3を支える技術的な基盤として使われています。
分散型ネットワークによるデータ管理
分散型ネットワークとは、1つの企業や組織にデータを集めず、複数の参加者で分けて持ち合う管理方法です。
これまでのインターネットでは、GoogleやAmazonのような特定の企業が、大量の利用者データを1か所で管理してきました。データが集中する分、情報漏えいが起きた際の被害も大きくなりやすいという課題があります。
一方、Web3ではブロックチェーンを使い、データをネットワーク上の複数の参加者で分散して持つ方法をとっています。特定の企業のサーバーが攻撃を受けても、他の参加者が同じ記録を保持しているため、データ全体が失われる可能性は低いです。
企業に依存しない分散した管理方法が、Web3を支える基盤となっております。
中央管理者のいないサービス提供
Web3では、特定の企業や管理者を介さずに、利用者同士が直接サービスを利用し合えます。
従来のインターネットサービスでは、SNSやフリマアプリなど、運営企業がすべての取引や情報のやり取りを仲介してきました。利用規約の変更やサービスの停止も、運営企業の判断1つで決まってしまうのが実情です。
一方、Web3のサービスでは、ブロックチェーン上のプログラムが取引のルールを自動で処理します。例えば、利用者同士が直接デジタル資産を売買できるマーケットプレイスが、こうした形で運営されています。
運営企業に依存しない分、運営企業の都合でサービスが左右されにくいです。
ブロックチェーンのメリット
ブロックチェーンには、これまで説明してきた技術によって生まれる、実用的なメリットが4つあります。順番に紹介します。
データの改ざんを防げる
ブロックチェーンでは、記録したデータを後から書き換えることが極めて難しくなっています。
書き換えにくいという特徴は、契約書や取引履歴のように、内容が変わっては困るデータの管理に適しています。例えば、不動産の登記情報や医療機関の診療記録など、正確さが強く求められる場面での活用もその一例です。
改ざんが起きにくいことで、データそのものへの信頼性が高まります。
システムダウンが起きにくい
ブロックチェーンは、特定のサーバー1台に障害が起きても、システム全体が止まりにくい特徴を持ちます。
通常のシステムでは、1つの中央サーバーで情報を管理するのが一般的です。そのサーバーが故障したり攻撃を受けたりすると、サービス全体が使えなくなる可能性があります。
一方でブロックチェーンは、複数のコンピューターが同じデータを分散して保持する仕組みです。仮に一部のコンピューターが停止しても、他の参加者が同じ記録を保持しているため、サービスを継続できます。
このような仕組みは、災害やサイバー攻撃など、予測できないトラブルへの備えとしても有効です。
運用コストを抑えられる
ブロックチェーンを使うと、取引の仲介役となる第三者への手数料がかかりにくくなります。
これまでの銀行送金や契約手続きでは、銀行や仲介業者が取引内容を確認し、その対価として手数料を受け取ってきました。仲介する組織が増えるほど、コストもかさみやすくなるのが課題です。
ブロックチェーンでは、参加者同士が直接データをやり取りし、コンセンサスアルゴリズムによって取引の正しさを確認します。仲介役を挟まないことで、手続きにかかる手数料や人件費の削減につながります。
特に国をまたぐ送金では、コスト削減の効果を実感しやすいです。
取引の透明性が高まる
ブロックチェーンでは、記録された取引履歴を参加者が確認できます。
従来のシステムでは、管理者が取引記録を保有しているため、外部から内容を確認することが難しい場合がありました。そのため、不正が起きても気づきにくいという課題があります。
一方、ブロックチェーンでは取引記録がネットワーク上に記録され、過去の履歴をさかのぼって確認することが可能です。例えば、商品がいつ、どこで作られ、どのような経路で流通したのかを追跡する用途にも活用されています。
このように、取引履歴を確認しやすくすることで透明性が高まり、不正の発見や防止にもつながります。
ブロックチェーンのデメリット
メリットが多いブロックチェーンですが、導入する際に注意すべき点も3つあります。あわせて確認しましょう。
記録したデータを削除できない
ブロックチェーンに一度記録したデータは、後から削除したり書き換えたりすることが非常に難しいです。
これは、各ブロックが前後のデータとつながっており、途中のデータを変更すると、その後のデータとの整合性が崩れる仕組みになっているためです。改ざんを防ぎやすいというメリットがある一方、誤った情報を記録した場合でも簡単には修正できません。
個人情報を誤って記録すると、その情報を完全に削除することが難しくなる場合があります。個人情報の削除を求める権利が重視される中、このような性質はブロックチェーンが抱える課題の一つです。
そのため、ブロックチェーンを利用する際は、どのような情報を記録するのか事前に十分検討する必要があります。
合意形成に時間がかかる
ブロックチェーンでは、取引を承認するまでに一定の時間がかかる場合があります。
中央の管理者が取引を承認するのではなく、ネットワーク上でコンセンサスアルゴリズムと呼ばれる仕組みを使い、取引が正しいかを確認します。そのため、ブロックチェーンの種類やネットワークの混雑状況によっては、承認が遅くなるケースも少なくありません。
ビットコインでは、新しいブロックが生成される間隔は平均約10分です。取引の状況によっては、十分な承認を得るまでさらに時間を要することもあります。
このように、即時性が求められるサービスでは、処理にかかる時間が課題となる可能性があります。
51%攻撃のリスクがある
51%攻撃とは、特定の参加者やグループがネットワーク全体の計算能力の過半数を支配し、不正な取引を行う攻撃です。
ブロックチェーンでは、多くの参加者が取引を検証することで、ネットワークの安全性を保っています。しかし、特定の参加者やグループに計算能力が集中した場合、取引の承認を妨げたり、同じ暗号資産を二重に使用したりする不正につながる恐れもあるでしょう。
実際に、計算能力の規模が小さい暗号資産では、51%攻撃による被害が発生した事例も報告されています。 参照：Binance Academy
ネットワーク全体の計算能力が大きく分散しているほど、攻撃に必要なコストも高くなるのが特徴です。そのため、ブロックチェーンを利用する際は、ネットワークの規模や分散性なども確認することが大切です。
ブロックチェーンの活用例
ブロックチェーンは、さまざまな分野で実際に使われ始めています。代表的な4つの例を紹介します。
金融・決済分野での送金や取引の効率化
金融業界では、ブロックチェーンを国際送金や決済などに活用する取り組みが進んでいます。
従来の国際送金では複数の金融機関を経由することがありますが、ブロックチェーンの活用によって、こうした手続きを効率化できる可能性があります。
実際に、一部の金融機関でも導入が進んでおり、より効率的な送金や取引の実現が期待されている技術です。
サプライチェーン管理での流通経路の可視化
サプライチェーンとは、原材料の調達から製品が消費者に届くまでの一連の流れを指します。ブロックチェーンは、こうした流通経路の記録や管理にも活用されています。
従来は、生産者・卸売業者・小売店などが、それぞれ別のシステムで情報を管理するケースが一般的でした。そのため、情報が分断され、問題が発生した際に原因を特定しにくいことがあります。
ブロックチェーンを活用すれば、原材料の仕入れから店頭に並ぶまでの記録を関係者間で共有できます。食品業界では、産地や加工、流通などの情報を記録し、商品の追跡に役立てる取り組みもその一例です。
流通経路を確認しやすくなることで、商品の透明性や信頼性の向上にもつながるでしょう。
行政サービスでの証明書や記録の管理
行政の分野では、戸籍や不動産登記などの証明書や記録を管理する方法として、ブロックチェーンの活用が注目されています。
紙の書類を中心に管理する場合、紛失や改ざんのリスクがあります。また、複数の行政機関にまたがる手続きでは、同じ情報を何度も提出しなければならないケースも少なくありません。
ブロックチェーンを活用すれば、改ざんされにくい形で記録を残しながら、関係する機関同士で情報を共有しやすくなります。一部の国や地域では、土地登記などの記録管理にブロックチェーンを取り入れる取り組みも進められています。
このように、書類のやり取りや確認作業を減らすことで、行政手続きの効率化につながる点も大きな特徴です。
NFT・デジタルコンテンツでの所有権の証明
NFTとは、デジタルデータの所有者や取引履歴などをブロックチェーン上に記録できる仕組みです。
デジタルアートや音楽などは簡単にコピーできるため、誰が正規の所有者なのかを確認しにくいという課題があります。NFTを活用すれば、作品ごとに固有の情報や取引履歴をブロックチェーンに記録し、所有者を確認することが可能です。
実際に、デジタルアートをはじめ、ゲームアイテムや会員証など、NFTの活用分野は広がっています。
このように、デジタルコンテンツの所有者や取引履歴を記録や確認できることも、ブロックチェーンの代表的な活用例の一つです。
ブロックチェーンの将来性
ブロックチェーンは今も進化を続けており、今後さらに身近な技術になっていくと見込まれています。
注目したい2つの動きを紹介します。
企業や行政での導入が進んでいる
企業や行政機関でも、ブロックチェーンを実際の業務に取り入れる動きが広がっています。
以前は、一部の技術者や暗号資産に詳しい人が扱う専門的な技術というイメージがありました。しかし近年では、既存のシステムと組み合わせて利用できるサービスが増え、導入しやすい環境が整いつつあります。
企業がゼロからシステムを開発しなくても、ブロックチェーンの機能を利用できるクラウド型のサービスも登場しています。こうしたサービスの普及によって、企業がブロックチェーンを活用するハードルも下がってきました。
今後は、専門的な技術としてだけでなく、さまざまな業務を支える技術として活用が広がっていくことが期待されています。
処理速度の課題を解決する新技術が登場している
これまでのブロックチェーンは、取引の検証や合意形成に時間がかかりやすく、決済など速さが求められる場面では課題がありました。
近年では、取引データの一部をブロックチェーンの外で処理する技術など、処理速度を高めるための工夫が広がっています。こうした技術が発展すれば、より多くの取引を効率よく処理できるようになるでしょう。
処理速度の改善が進めば、日常的な決済だけでなく、iot機器による自動決済や少額課金など、短時間に多くの取引が発生するサービスにも活用が広がると考えられます。
ブロックチェーンに関するよくある質問
ここでは、ブロックチェーンについて初心者が疑問に感じやすい4つの質問を取り上げ、それぞれわかりやすく回答します。
ブロックチェーンが一般に浸透しにくいのはなぜですか？
ブロックチェーンの活用は広がっていますが、一般消費者の生活に十分浸透しているとは言いにくい状況です。
理由の一つとして、専門用語が多く、仕組みを理解しにくいことが挙げられます。ハッシュ値やコンセンサスアルゴリズムなど、普段の生活では聞き慣れない言葉も少なくありません。
また、暗号資産の価格変動が注目されやすいため、ブロックチェーン自体にも投資や投機のイメージを持たれることがあります。しかし実際には、金融や行政、物流など、暗号資産以外の分野でも活用が進んでいる技術です。
今後さらに企業や行政での導入が進めば、利用者がブロックチェーンを意識することなく、日常生活のさまざまなサービスで使う機会が増えていくでしょう。
ブロックチェーンはどうやって作られるんですか？
ゼロから新しいブロックチェーンを作る場合は、まず取引の正しさを確認するコンセンサスアルゴリズムの方式を決めます。さらに、参加者同士がデータをやり取りするP2Pネットワークなど、ブロックチェーンを動かすための仕組みも設計しなければなりません。
一方、既存のブロックチェーン上でサービスを開発する場合は、イーサリアムなどの基盤を利用し、スマートコントラクトと呼ばれるプログラムを作成する方法があります。ゼロからブロックチェーンを構築する必要がないため、開発の負担を抑えやすい点が特徴です。
このように、目的に応じて新しいブロックチェーンを構築するか、既存の基盤を活用するかを選択します。
ブロックチェーンと仮想通貨は同じものですか？
ブロックチェーンと仮想通貨は、同じものではありません。
ブロックチェーンは、データを分散して記録・管理するための技術です。一方、仮想通貨（暗号資産）は、ブロックチェーンを活用した代表的な仕組みの一つにあたります。
例えるなら、ブロックチェーンが「道路」で、仮想通貨はその道路を走る「車」のような関係です。ブロックチェーンは仮想通貨だけでなく、NFTやスマートコントラクトを活用したサービスなど、さまざまな用途に使われています。
このように、ブロックチェーンは基盤となる技術、仮想通貨はその技術を活用したものと考えると分かりやすいでしょう。
ブロックチェーンの技術を学ぶにはどうすればいいですか？
ブロックチェーンを学ぶ方法は、目的によって異なります。
まず基礎知識を身につけたい場合は、書籍やオンライン講座を活用するのが手軽です。P2Pネットワークやハッシュ値、コンセンサスアルゴリズムなど、基本的な仕組みから順番に学ぶと理解しやすくなります。
一方、開発者としてスキルを身につけたい場合は、プログラミングを学びながら、実際にスマートコントラクトを作成してみる方法も効果的です。無料で利用できる学習環境もあるため、実際に手を動かしながら知識を深められるでしょう。
まずは基本的な仕組みを理解し、自分の目的や興味に合わせて学習範囲を広げていくことが大切です。
ブロックチェーンにおけるスマートコントラクトとはなんですか？
スマートコントラクトとは、あらかじめ決められた条件をプログラムに設定し、条件が満たされると自動的に処理を実行する仕組みです。
従来の契約では、内容によっては銀行や企業などの第三者が間に入り、条件の確認や手続きを行います。そのため、確認作業に時間や費用がかかる場合があります。
一方、スマートコントラクトでは、設定されたルールに従ってプログラムが自動的に処理を実行するため、手続きを効率化できる点が特徴です。NFTの売買では、代金の支払いと所有権の移転などを自動で処理できます。
このように、契約や取引に必要な処理を自動化できることが、スマートコントラクトの大きな特徴といえるでしょう。
まとめ｜ブロックチェーンの仕組みを解説しました
ブロックチェーンは、取引データを複数の参加者で共有・管理する技術です。P2Pネットワークやハッシュ値、電子署名などを活用することで、改ざんされにくく、特定のサーバーに依存しないデータ管理が可能になります。
金融や行政、サプライチェーン、NFTなど、活用される分野も広がってきました。また、Web3を支える技術としても注目を集めています。一方で、データの削除が難しいほか、処理速度や51％攻撃などの課題も残るのが現状です。
今後、技術開発や企業・行政への導入が進めば、日常生活に関わる幅広いサービスで活用される機会も増えていくでしょう。
