【保存版】ブロックチェーン技術とは何か初心者や小学生向けにわかりやすく解説！

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ブロックチェーンとは？

ブロックチェーンとは、「情報を『ブロック』と呼ばれるデータの塊に保存し、それを『チェーン（鎖）』でつなげることで、正確な情報を安全に管理する技術のこと」です。

一言でわかりやすく表現するならば「情報を記録・管理する技術」であると言えます。

この技術は特に仮想通貨でよく用いられていますが、その用途はそれだけにとどまりません。

NFTやメタバース、アート、医療記録、不動産取引、供給チェーン管理、観光など、多くの分野で活用されています。

ブロックチェーンは日本語で「分散型台帳技術」と言われており、台帳の取引履歴を仮想通貨（暗号資産）を取り扱うユーザー全員が有しているため、データの改ざんが非常に難しいとされています。

なんのサービスでも基本的には企業や国などの「中央管理者」が存在し、データを保管しています。

しかしブロックチェーンは特定の管理者がおらず、各々がデータを保管している状態にあるのです。

なので、誰かひとりがデータを改ざんしようものなら、他多数のデータと食い違いが生じ、不正が明るみにでるような仕組みになっているのです。

悪意を持った第三者が偽造や改ざんをしても気づけるよう、ブロックチェーンは「誰がいつどこで何を台帳に記帳したのか」という記録が共有され、みんなで管理するという革新的な技術となります。

この特性が、多くの企業や組織にとって魅力を感じさせ、ブロックチェーンの導入が進んでいる状況です。

ブロックとは？

ブロックは、「ブロックチェーン技術において、情報が保存される『箱』のようなもの」です。

一つ一つのブロックには、取引情報やデータ、そして前のブロックとつながる情報が含まれています。

これにより、データの改ざんが非常に難しくなっています。

ブロックは時間とともに生成され、新しいブロックが古いブロックに連結されていきます。

この連結されたブロックの列が、ブロックチェーンを形成します。

チェーンとは？

チェーンとは、「ブロックが時間や取引に応じて連なっていく構造のこと」を指します。

このチェーン構造によって、過去のデータを改ざんすることが非常に困難になります。

なぜなら、一つのブロックが改ざんされると、それに繋がる全てのブロックに影響が出るからです。

このようにして、ブロックチェーンはその信頼性を保っています。

ブロックチェーンの特徴

ブロックチェーンの特徴は、以下の4つです。

• P2P（ピアツーピア / ピアトゥピア）の仕組み
• トレーサビリティ（追跡可能性）の仕組み
• スマートコントラクト（確実な業務遂行）の仕組み
• PoW（プルーフ・オブ・ワーク）の仕組み

それぞれ初心者や小学生でもわかるように解説していきます。

P2P（ピアツーピア / ピアトゥピア）の仕組み

P2PとはPeer-to-Peerの略で、「各ピアがサーバーを媒介せずに、ネットワークに接続している端末「ノード」同士で直接データの送受信を行う通信技術のこと」です。

※ ピアとは対等関係にある端末のこと。スマホなどを指す
※ ノードとは仮想通貨のネットワークに接続している端末のこと

従来の通信技術「クライアント・サーバシステム」では、クライアントがサーバーにアクセスして情報を要求し、他のクライアントとの情報共有を図ることができます。

しかしこのクライアント・サーバシステムでは、大元のサーバーがハッキングされたり故障した場合に機能しなくなる欠点を抱えているわけです。

一方、P2Pの仕組みであれば、不特定多数のユーザーのノードの中にデータが分散管理されているので、全体が機能不全に陥ることはなく、あらゆるリスクヘッジにつながります。

例えば、よくあるサイトの「サーバーダウン」なんかは、複数の端末が一箇所にアクセス集中することでサーバーに負荷がかかり、接続困難な状況へと発展しますが、P2Pでは負荷が分散化されますので、回線や処理速度に影響を与えず正常に動作するわけです。

ハッキングによるデータ消失に関しても、P2Pであれば他のサーバーからデータ復元が可能ですので、なんら問題はありません。

トレーサビリティ（追跡可能性）の仕組み

トレーサビリティとは「全ての過程を追跡できる技術のこと」です。

ブロックチェーンに記録されたトランザクションデータ（蓄積された個別の取引データ）は、その起源から現在までの全ての経緯を追跡することができます。

ブロックとして時系列順に格納されたこの無数のデータはチェーンで繋がれており、過去を遡ることが容易であることから、偽造や不正アクセスに対する強力な防御手段となるのです。

インターネット上に構築された仮想空間である「メタバース」の世界にもブロックチェーンは相性が良く、多くの企業が興味を示しています。

スマートコントラクト（確実な業務遂行）の仕組み

スマートコントラクトとは、「業務の複雑さに関係せず、特定の条件が満たされたときに自動的に実行されるプログラムのこと」です。

例えば、シンプルにわかりやすく伝えるのならば、「スマホの使用時間が1日3時間に達したら通知してくれる」みたいな感じで、特定の条件がトリガーとなって自動処理がおこなわれます。

第三者を介さずに設定されたルールに従って自動で取引プロセスをおこなうため、人的ミスを防ぎ、取引期間の短縮化を実現できる優れた仕組みと言えるでしょう。

PoW（プルーフ・オブ・ワーク）の仕組み

PoW（Proof of Work）とは「既存のブロックチェーンに取引や送金データといった新たなブロックを追加する際の仕組みのこと」です。

一言でわかりやすく表すなら、取引の承認システムと言えます。

ビットコインを始めとした仮想通貨は、中央管理者がいなくても確実に取引を成功させるための仕組みが必要不可欠です。

なぜなら誰も管理できない状態であれば、改ざんや不正の温床に発展しかねないからです。

そこでユーザーが「マイニング（取引の承認作業）」と呼ばれる難解な計算問題を解く作業の仕組みであるPoWを導入し、システムの健全化を図りました。

マイニングとは、「トランザクション（個別の取引データ）を確認するために参加者（マイナー）が計算問題を解く方式のこと」です。

この計算が正確であると認められれば、トランザクションは承認され、ブロックがチェーンに追加されます。

※　マイナーとはマイニングする人のこと。採掘者。

しかし、何のインセンティブ（報奨金）もなければユーザーは進んでマイニングを行うことはないでしょう。

それを見据えて、最初にマイニングを成功した人には報酬として「仮想通貨」が贈呈されるのです。

この「マイニングをやって稼ぎたい！」という欲を刺激する仕組みがあるからこそ、ブロックチェーンが安全に役割を果たせるようになっています。

上記4つの要素はブロックチェーンが提供する多くの利点と機能に直結しています。どれも単体で見ても興味深い特性ですが、これらが組み合わさることでブロックチェーンはその真価を発揮します。

ブロックチェーンの種類

ブロックチェーンには、以下の3種類が存在します。

• パブリックチェーン（公開チェーン）
• プライベートチェーン（非公開チェーン）
• コンソーシアムチェーン（非公開チェーン）

それぞれ初心者や小学生でもわかるように解説していきます。

パブリックチェーン

パブリックチェーンとは「中央管理者がおらず、誰でも参加が可能なブロックチェーンのこと」です。

トランザクションはネットワークの参加者によって検証され、一般にはProof of Work（PoW）やProof of Stake（PoS）などのコンセンサスアルゴリズムを用いています。

※　Proof of Work（PoW）：計算問題を解くことでトランザクションを検証する方法のこと
※　Proof of Stake（PoS）：持っている仮想通貨の量や保有期間に応じてトランザクションを検証する方法のこと
※　コンセンサスアルゴリズム：チェーンにブロックを追加する際のルールとなる合意形成をおこなうアルゴリズムのこと
※　アルゴリズム：目標達成の処理方法のこと

ビットコインを筆頭に利用されている一般的なブロックチェーンであり、透明性のある取引データがネット上に公開されていることから、他のブロックチェーンよりも安全性が高いです。

しかし、ブロックチェーン上のルールを単独で変えることができず、一定の参加者の合意が必要であるため、合意形成までに多くの時間を要することがデメリットとして挙げられます。

プライベートチェーン

プライベートチェーンとは「個人や企業といった単独の組織が管理者として存在し、特定の個人や企業しかアクセスできない許可性のブロックチェーンのこと」です。

中央集権的な性質を持ち、参加者が制限されることから「ルール変更」や「取引承認」がスムーズな点がメリットとして挙げられます。

その反面、特定の管理者がデータを保持しているため、透明性が低いというデメリットも存在します。

一般的には金融機関を含む企業が内部で使用するためのもので、セキュリティが高いとされています。

コンソーシアムチェーン

コンソーシアムチェーンとは「複数の企業や組織が管理者として存在し、特定の個人や企業しかアクセスできない許可性のブロックチェーンのこと」です。

パブリックチェーンとプライベートチェーンの中間に位置するブロックチェーンで、パブリックチェーンのように合意形成のスピードが早く、プライベートチェーンと比較して安全性が高いのが特徴になります。

一般には、参加組織が限られているため、プライベートチェーンよりは開かれていますが、パブリックチェーンほどではありません。

ブロックチェーンの主なメリット・デメリット

ブロックチェーンは革新的な技術として、仮想通貨はもちろん多くの分野で活用されています。

そんなブロックチェーンの主なメリット・デメリットにはどんなものが挙げられるのでしょう。

記事内では多くのメリットやデメリットをお伝えしてきましたが、この項目では頭に入れておきたい特徴についてお伝えします。

ブロックチェーンの主なメリットとは

ブロックチェーンの主なメリットは、以下の4つです。

1. セキュリティ性が高い
2. 分散管理により安定性が高い
3. コスト削減
4. スマートコントラクトの活用

①セキュリティ性が高い

ブロックチェーンはデータの改ざんが極めて困難で、セキュリティが非常に高いです。

なぜここまでセキュリティが高いのかを紐解いて説明すると、鎖状につながったデータが含まれているブロックを改ざんすれば、ブロックとブロックをつなぐ「ハッシュ値」の内部情報が変化して、世界中にある端末が異変に気づけるからです。

※　ハッシュ値とは個体を識別する数値のこと。仮に同じ形・大きさのりんごが10個あっても別々の数値を割り振れば判別が可能になる

さらにセキュリティ性を向上させる要素があります。

それは「各ブロックは一つ前のブロックのハッシュ値であること」「ハッシュ値は他のブロックに影響すること」です。

これにより、一つのブロックのハッシュ値が変更されたとしても、それ以降のブロックも高度な計算を通して手を加えなければならないので、改ざんをおこなうことは現実的に不可能であると断定されています。

②分散管理により安定性が高い

中央集権的な管理が不要なため、システムの耐障害性が高くなります。

一箇所に大量のアクセスが集中したり、何かしらのトラブルに見舞われたりするとシステム全体がストップし、仮想通貨の取引に影響を与えかねません。

しかし、ブロックチェーンは分散管理を適用しているため、一部が不具合を起こしたとしても全体が止まることはないでしょう。

ビットコインという実態のない空虚な仮想通貨になぜあれほどまでの値がつくのかというと、背景にこのような安全な仕組みがあるからなんですね。

もちろん要因はそれだけではありませんが、取引における安全性・信頼性を高めてユーザーの不安を払拭させたというのは、価格高騰の一因としてあるでしょう。

③コスト削減

ブロックチェーンは、中間業者が不要な場合が多いため、トランザクションコストが削減できます。

膨大な量のデータを中央管理者が保管することになれば、サーバー維持費や保守管理費、人件費といった諸費用が発生します。

しかしブロックチェーンであれば、複数のノード（端末）によって保存・管理されているので、コストが低いです。

④スマートコントラクトの活用

スマートコントラクトを活用することにより、契約や取引が自動化できるため、業務プロセスが効率化されます。

その結果、当事者間で交わされる契約や取引がスピーディなものとなり、人為的なミスや改ざんを未然に防ぐことが可能です。

ブロックチェーンの主なデメリットとは

ブロックチェーンの主なデメリットは、以下の5つです。

1. スケーラビリティの問題
2. 「51％攻撃」の問題
3. 初期コストが高い問題
4. 電力消費の問題
5. プライバシーの問題

①スケーラビリティの問題

スケーラビリティの問題とは「取引量の増加に伴う処理速度の遅延問題のこと」を指します。

世界中から注目を集めている仮想通貨の代名詞「ビットコイン」なんかがこの問題に該当し、送金に時間がかかったり、取引手数料が高騰するといったユーザーからすれば困るような事態が発生しているのです。

ビットコインは不特定多数が参加できるパブリックチェーン型なので、どうしてもユーザー数や取引量が右肩上がりになると、それに比例して問題も続出する形になります。

②「51％攻撃」の問題

51％攻撃とは「パブリックチェーン上で特定の組織が51％以上の処理能力を持った上で不正行為を働くこと」です。

パブリックチェーンでは不特定多数のスマホやPCが取引内容の承認を多数決でおこなっています。

そのため、過半数を上回るマイナーが結託した場合には、誤った計算結果、つまり都合の悪い改ざんをされたとしても多数決の原理で承認されてしまうのです。

万が一、理論上可能な51％攻撃が実現してしまうと、仮想通貨の決済が妨害されてしまい甚大な被害を覚悟しなければなりません。

ただ、あくまで理論上のリスクなので机上の空論に過ぎないでしょう。

③初期コストが高い問題

ブロックチェーンのシステムを導入する際の初期費用や維持費が高い場合があります。

また、導入や運用には高度な技術が必要であり、一般的なシステムよりも複雑なため、容易とは言えません。

④電力消費の問題

PoW（プルーフ・オブ・ワーク）方式を用いるブロックチェーン、例えばビットコインなんかは計算量が多く、比例的に多くの電力を消費します。

では、なぜビットコインが大量の電力を消費することになるのかを一連の流れから確認していきましょう。

1. ビットコインのマイニングを実行しようとする
2. 高性能なコンピューターを用いて複雑な計算問題を解く
3. 取引プロセスの検証を誰よりも早く完了し、承認される
4. 最も早く計算した者がビットコインを獲得
5. 仮想通貨の注目や需給関係によりビットコインの価値が上昇
6. ビットコイン獲得のために大量のコンピューターを使って競合を出し抜こうとする
7. 多数のコンピューターによるエネルギー消費で、電力消費量が増加する

他にも、仮想通貨のトランザクションが電力を消費するため、多くの著名人が警鐘を鳴らしています。

電力を消費することは、地球温暖化の原因となる二酸化炭素を多く排出することにつながるので、世界中で問題視されているのです。

ケンブリッジ大学のビットコイン電力消費指数（CBECI）によれば、マイニングの際に消費される電力の使用量「年間約106テラワット」は、オランダの消費電力と同水準であると発表されています。

⑤プライバシーの問題

ブロックチェーンを利用した個人情報や機密情報の取り扱いは、暗号化された状態でブロックチェーン上に公開され続けます。

一度記録されたデータは削除や変更ができずに残り続けるので、万が一のことを想定すると気をつけるべきであると判断できるでしょう。

まとめ

ブロックチェーンは「情報をチェーンのように繋いで正確な情報を安全に管理する画期的な技術のこと」です。

情報を安全に、そして透明な状態で管理する新しい方法で、多方面にわたる分野で今後もその重要性は増していくでしょう。

しかし、スケーラビリティやプライバシーなどの問題もあり、これからの進化が注目されています。

この記事で得た知識を基に、ブロックチェーンの世界に更に深くダイブしてみてください。