章
ブロックチェーン 101
ブロックチェーンはどのように機能するのでしょうか?
ブロックチェーンは何に使用されますか?
第 1 章 - ブロックチェーン 101
目次
ブロックチェーンとは何ですか?
ブロックはどのようにつながっているのでしょうか？
ブロックチェーンと分散化
ビザンチン将軍問題
なぜブロックチェーンは分散化を実装する必要があるのでしょうか?
ピアツーピアネットワークとは何ですか?
ブロックチェーンノードとは何ですか?
パブリックチェーンとプライベートチェーン
トランザクションはどのように機能しますか?
ビットコインの取引方法
Binanceからビットコインを引き出す方法
Trust WalletからElectrumにビットコインを送金する方法
ブロックチェーン技術を発明したのは誰ですか?
ブロックチェーン技術の長所と短所
アドバンテージ
欠点がある
ブロックチェーンとは何ですか?
ブロックチェーンは特殊なタイプのデータベースです。分散型台帳テクノロジー (DLT) という用語を聞いたことがあるかもしれません。多くの場合、ブロックチェーンは分散型台帳です。
ブロックチェーンには、チェーン上にデータを追加する方法に関する一連のルールなどのいくつかの特徴があり、データがストレージ システムに入ると、仮想的な手段を介して変更または削除することはほとんど不可能です。
時間の経過とともに、データはブロックと呼ばれる構造に追加されます。各ブロックは前のブロックを基にして構築され、各ブロックには前のブロックに接続する情報が含まれています。最新のブロックを参照して、それが最後に作成されたブロックかどうかを確認するだけで済みます。したがって、「チェーン」に沿って検索を続けると、一般にジェネシス ブロックとして知られる最初のブロックを見つけることができます。
たとえば、2 つの列があるスプレッドシートがあるとします。最初の行の最初のセルには、保存したいデータを入力できます。
最初のセルのデータは 2 文字の識別子に変換され、次のセルの一部として入力され続けます。この例では、2 文字の識別子 KP を 2 行目のセル (defKP) に入力する必要があります。これは、最初に入力したデータ（abcAA）を変更すると、次のセルの文字の組み合わせが変更されることを意味します。
データベース内の各エントリは、前のエントリに関連しています。
次に 4 行目を見てみましょう。最新の識別子は TH です。先ほど述べたことを覚えていますか?プロセスを元に戻すことはできず、エントリを移動または削除することもできません。ブロックチェーンの性質により、すべてのユーザーは操作が完了したことを視覚的に確認でき、試みた変更は無視されます。
最初のセルのデータを変更すると、取得する識別子が変更されます。つまり、2 番目のブロックのデータが変更され、行 2 の識別子も変更され、以下同様になります。基本的に、TH は、その作成に先立つすべての情報の産物です。
ブロックはどのようにつながっているのでしょうか？
上で説明した 2 文字の識別子は、ブロックチェーンのハッシュ関数の使用を単純にシミュレートします。ハッシュは、ブロックが相互に関連していることを保証する接着剤です。ハッシュでは、任意のサイズのデータを受け取り、数学関数を使用して常に同じ長さの出力文字列 (ハッシュ値) を生成します。
ユーザーが同じ出力を生成する 2 つのデータを見つける可能性は非常に低いため、ブロックチェーンでハッシュ アルゴリズムを使用することは理にかなっています。上記の識別子に示されているように、入力データが少し変更されると、エクスポートされる出力はまったく異なります。
SHA256はビットコイン分野で広く使われている関数です。この関数を使って説明します。ご覧のとおり、文字の大文字と小文字を変更するだけでも出力が完全に変わります。
入力データ | SHA256出力 |
|---|---|
バイナンスアカデミー | 886c5fd21b403a139d24f2ea1554ff5c0df42d5f873a56d04dc480808c155af3 |
バイナンスアカデミー | 4733a0602ade574551bf6d977d94e091d571dc2fcfd8e39767d38301d2c459a7 |
バイナンスアカデミー | a780cd8a625deb767e999c6bec34bc86e883acc3cf8b7971138f5b25682ab181 |
現時点では、SHA256 の衝突 (つまり、2 つの異なる入力が同じ出力につながる) は発生していません。これは、ブロックチェーンのコンテキストにおいて特に重要です。これは、ハッシュを含むすべてのブロックを前のブロックまで遡ることができ、古いブロックを編集しようとする試みはすべて白日の下にさらされることを意味します。
各ブロックには、前のブロックのフィンガープリントが含まれています。
ブロックチェーンと分散化
ブロックチェーンの基本構造について詳しく説明しました。他の人がブロックチェーン テクノロジーについて話しているのを聞くと、彼らが議論しているトピックがデータベースそのものではなく、ブロックチェーンを中心に構築されたエコシステムであることに気づくかもしれません。
ブロックチェーンは個別のデータ構造を持っているため、ニッチなアプリケーションでのみ役立ちます。調整や協力を促進するためにこれらのツールを見知らぬ人に提供すると、物事がどのように発展するかを見るのは興味深いでしょう。同時に、他のテクノロジーやゲーム理論の知識と組み合わせれば、ブロックチェーンは誰にも管理されない分散型台帳になる可能性があります。
これは、ユーザーはシステム ルールに違反してエントリを編集できないことを意味します (ルールについては後ほど説明します)。この意味で、台帳は全員で共有されるものと考えることができます。参加者はブロックチェーンの変更について常に同意する必要があります。
ビザンチン将軍問題
実際、上記のシステムの開発に対する本当の障害は、ビザンチン将軍問題です。この問題は 1980 年代に初めて注目され、孤立した関係者が行動を調整するために互いに通信しなければならないというジレンマを説明しています。この特別な苦境では、将軍のグループが軍隊を率いて特定の都市を包囲した後、攻撃するかどうかを決定する必要がありました。しかし、将軍は自分の決定を宅配便でしか伝えることができなかった。
各将軍は攻撃または撤退の命令を出す必要があります。攻撃であろうと退却であろうと、将軍たちが合意に達する限り。攻撃する場合は、勝利を得るために全軍が攻撃しなければなりません。では、問題が起こらないようにするにはどうすればよいでしょうか?
確かに、彼らは通信手段としてメッセンジャーを持っていました。しかし、配達員が妨害され、敵が「夜明けの攻撃」のメッセージを「今夜の攻撃」に変更したらどうなるでしょうか?将軍の一人が反乱を起こし、他の将軍を意図的に誤解させて敗北を招いたらどうなるでしょうか?
成功するには、すべての将軍による共同攻撃が必要です (左)。そうでなければ、彼らは敗北します（右）。
したがって、たとえ参加者が離反したり、メッセージが傍受されたりしたとしても、全員が合意に達することができる戦略を確立する必要があります。軍隊が支援なしで都市を攻撃した場合、状況は非常に悲惨なものになり、データベースの維持が失敗すると悪い結果が生じる可能性があります。これは生死に関わる問題ではありませんが、真実は同じです。ブロックチェーンが監視されずに放置され、ユーザーに「正しい」情報を提供できない可能性がある場合、ユーザーは相互に通信できる必要があります。
1 人 (または複数) のユーザーが直面する潜在的な障害に対処するには、ブロックチェーンのメカニズムがこれらの障害に対処できるように適切に設計されている必要があります。その後、ビザンチンのフォールトトレラント システムが登場しました。次に説明するように、コンセンサス アルゴリズムを使用すると、鉄壁のように強固なルールを強制できます。
なぜブロックチェーンは分散化を実装する必要があるのでしょうか?
もちろん、自分でブロックチェーンを実行することもできます。しかし最終的には、データ量と情報の過負荷が非常にひどいため、慎重に運用されている他のブロックチェーンと競合できないことがわかります。なぜなら、すべてのユーザーが平等である分散型環境でのみ、ブロックチェーンの真の可能性を最大限に発揮できるからです。このようにして、ブロックチェーンは削除や悪意のある乗っ取りから保護されます。データソースが 1 つしかないため、すべての情報をすべてのユーザーが利用できます。
ピアツーピアネットワークとは何ですか?
ピアツーピア (P2P) ネットワークは、ユーザー層 (または、前述の例では将軍のグループ) で構成されます。このネットワークには管理者の立場が存在しないため、ユーザーが情報を交換する必要がある場合、中央サーバーを呼び出すことなく、相手に直接情報を送信できます。
下の写真をご覧ください。左側の図の A は、メッセージを F にルーティングするためにサーバーを経由する必要があります。ただし、右の図からわかるように、仲介者を介さずに直接接続できます。
集中型ネットワーク (左) と分散型ネットワーク (右)。
通常の状況では、サーバーはユーザーが必要とするすべての情報を保存します。たとえば、Binance Academy にアクセスすると、実際にはそのサーバーにサイト上のすべての記事を提供するように要求されます。サイトがオフラインの場合は表示できなくなります。ただし、すでにすべてをダウンロードしてコンピューターにロードしている場合は、Binance Academy に申請書を送信する必要はありません。
実際、これはまさに各ピアがブロックチェーン上で動作する方法です。データベース全体がすでに各ピアのコンピュータに保存されています。誰がネットワークを離れても、他のユーザーがブロックチェーンにアクセスして情報を共有する能力には影響しません。新しいブロックがブロックチェーンに追加されると、そのブロック内のデータがネットワーク上のすべてのユーザーに伝播されるため、各ユーザーは自分の台帳のコピーを適時に更新できます。
このタイプのネットワークの専門家による詳細な説明については、「ピアツーピア ネットワークの詳細な説明」を必ずお読みください。
ブロックチェーンノードとは何ですか?
ノードとは、簡単に言うと、ネットワークに接続するために使用するマシンであり、ブロックチェーンのコピーを保存し、他のマシンと情報を共有する役割を果たします。ユーザーはこれらのプロセスを手動で処理する必要はありません。通常、ブロックチェーン関連のソフトウェアをダウンロードして実行するだけで、残りの操作はシステムが自動的に引き継ぎます。
上記のノードの説明は非常に簡潔であり、その定義には、何らかの方法でネットワークと対話する他のユーザーも含まれます。たとえば、暗号通貨の世界では、携帯電話上の単純なウォレット アプリがいわゆるライト ノードです。
パブリックチェーンとプライベートチェーン
ご存知かもしれませんが、ビットコインによって築かれた強固な基盤のおかげで、ブロックチェーン業界は今日まで発展してきました。ビットコインが合法的な金融資産としての地位を確立して以来、イノベーターたちは基礎となるテクノロジーを他の分野に応用する可能性について考え始めました。したがって、金融を超えた無数のユースケースへのブロックチェーンの探求が行われています。
パブリックブロックチェーンとしても知られるビットコイン。これは、すべてのユーザーがチェーン上のトランザクションを表示し、インターネットとブロックチェーンに参加するために必要なソフトウェアに簡単にアクセスできることを意味します。ブロックチェーンに参加するためのその他の要件はないため、これをパーミッションレス環境と呼ぶことができます。
対応するのは、別のタイプのブロックチェーンであるプライベート ブロックチェーンです。これらのシステムは、ブロックチェーンへのアクセスとブロックチェーン上での対話の許可を制限する一連のルールを作成します。したがって、これを許可された環境と呼びます。プライベート ブロックチェーンは一見すると少し役に立たないように思えるかもしれませんが、主にエンタープライズ環境でプライベート ブロックチェーンを使用していくつかの重要なアプリケーションが開発されています。
このトピックの詳細については、「パブリック チェーン、プライベート チェーン、コンソーシアム チェーンの違いは何ですか?」を参照してください。 》
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トランザクションはどのように機能しますか?
アリスが銀行振込システム経由でボブに支払いたい場合は、まず銀行に通知します。簡単にするために、双方が同じ銀行を使用すると仮定します。銀行は、データベースを更新する前に、アリスが取引を実行するのに十分な資金を持っているかどうかを確認します (たとえば、アリスの口座から 50 ドルが引き落とされ、ボブの口座に 50 ドルが入金されます)。
ブロックチェーンも同様に機能します。結局のところ、どちらも本質的にはデータベースです。しかし、主な違いは、ブロックチェーンでは第三者が残高をチェックして更新する必要がないことです。すべてのノードはこれらの操作を自動的に完了します。
アリスがボブに 5 ビットコインを支払いたい場合は、このメッセージをネットワークにブロードキャストするだけです。トランザクションはすぐにはブロックチェーンに追加されませんが、トランザクションを確認する前に他の操作を完了する必要があるため、情報はさまざまなノードによって受信されます。ブロックはブロックチェーンにどのように追加されるのかをお読みください。
トランザクションがブロックチェーンに追加されると、すべてのノードはトランザクションが完了したという情報を受け取ります。これらのノードは、新しいトランザクションを反映するためにブロックチェーンのコピーを更新します。ここで、アリスは、これらの 5 ユニットをキャロルに送信できなくなります (これにより、重複送信が回避されます)。ネットワークは、アリスが以前のトランザクションでこれらのユニットをすでに支払い済みであることを認識しているためです。
ブロックチェーンにはユーザー名とパスワードの概念が存在せず、公開キー暗号化を使用して資金の所有権を証明できます。資金を受け取るための最初のステップは、ボブが秘密鍵を生成する必要があることです。秘密キーはランダムに生成される長い番号で、非常に複雑なので、たとえ何百年かかっても誰も解読できません。しかし、あなたがあなたの秘密鍵を他の人に教えた場合、他の人は彼の資金の所有権を証明することができます（したがって、その資金を使用する権利を持っています）。したがって、機密保持は非常に重要です。
しかし、ボブは、秘密鍵から公開鍵を導出するという次のアクションを実行することもできます。公開鍵をリバースエンジニアリングして秘密鍵を取得する可能性は低いため、公開鍵を誰にでも渡すことができます。ほとんどの場合、公開アドレスを取得するために、別の公開鍵操作 (ハッシュ アルゴリズムの実行など) を実行します。
彼はアリスに公開アドレスを与え、資金の送金先を彼女に知らせます。彼女は、このパブリック アドレスに資金を支払うトランザクションを構築します。次に、彼女は自分の資金を使用していることをネットワークに証明するために、秘密キーを使用してデジタル署名を生成する必要があります。すべてのユーザーは、アリスの署名付きメッセージを取得し、それを彼女の公開鍵と比較して、アリスがそれらの資金をボブに送信する権限を持っているかどうかを判断できます。
ビットコインの取引方法
次の 2 つのシナリオを通じてビットコインの取引方法を説明します。 1 つ目のケースは Binance からビットコインを引き出すことで、2 つ目のケースは TrustWallet から Electrum ウォレットに資金を送金することです。
Binanceからビットコインを引き出す方法
1. Binance アカウントにログインします。まだビットコイン資産を所有していない場合は、ビットコイン ガイドを参照して購入方法を確認してください。
2. 「ウォレット」の上にカーソルを置き、「Spot Wallet」を選択します。
3. 左側のサイドバーの「出金」をクリックします。
4. 出金したいビットコインを選択します（今回はビットコインを選択します）。
5. 引き出したビットコインの送信アドレスをコピーし、受信者のビットコイン アドレスに貼り付けます。
6. 引き出す必要があるビットコインの数を決定します。
7. 「送信」をクリックします。
8. すぐに確認メールが届きます。アドレスが正しいことを確認してください。それが正しければ、電子メールで取引を確認してください。
9. トランザクションがブロックチェーンに入るまで待ちます。取引ステータスは、「入出金履歴」タブに移動するか、ブロックエクスプローラーを使用して確認できます。
Trust WalletからElectrumにビットコインを送金する方法
この例では、Trust Wallet から Electrum にビットコインを送信します。
1. Trust Wallet アプリケーションを開きます。
2. ビットコインアカウントをクリックします。
3. 「送信」をクリックします。
4. Electrum ウォレットを開きます。
5. Electrum の [受信] タブをクリックし、アドレスをコピーします。
Trust Wallet に戻り、[–] アイコンをクリックして QR コードをスキャンし、Electrum アドレスにジャンプすることもできます。
6. Trust Wallet の「受信者アドレス」にビットコイン アドレスを貼り付けます。
7. 数量を決定します。
8. プロセスが正しい場合は、トランザクションを確認してください。
9. これで完了です!トランザクションがブロックチェーンで確認されるまで辛抱強く待ちます。アドレスをブロック エクスプローラーにコピーし、いつでもそのステータスを追跡できます。
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ブロックチェーン技術を発明したのは誰ですか?
2009 年に最初で最も人気のあるブロックチェーンであるビットコインが発表されて以来、ブロックチェーン テクノロジーは正式なものになりました。しかし、匿名の作成者であるサトシ・ナカモトは、以前のテクノロジーや提案からインスピレーションを得ました。
ブロックチェーンは、ビットコインより数十年前から存在するハッシュ関数と暗号概念を広範囲に利用しています。興味深いことに、ブロックチェーンの構造は 1990 年代初頭に遡りますが、当時、このテクノロジーは改ざんできない文書にタイムスタンプを追加するためにのみ使用されていました。
このトピックの詳細については、「ブロックチェーンの歴史」を参照してください。
ブロックチェーン技術の長所と短所
ブロックチェーンは、金融から農業に至るまで、さまざまな業界の関係者を悩ませる数多くの問題を解決するために慎重に設計されており、その役割を効果的に果たすことができます。分散ネットワークには、従来のクライアント/サーバー モデルに比べて多くの利点がありますが、完璧ではありません。
アドバンテージ
ビットコインのホワイトペーパーで述べられているように、ブロックチェーンの直接的な利点の 1 つは、ユーザーが仲介業者を迂回して直接送金できることです。その後のブロックチェーンではこの機能が強化され、ユーザーがさまざまな種類の情報を送信できるようになりました。カウンターパーティシステムを排除することは、ユーザーがリスクにさらされる可能性が低くなり、手数料を請求する仲介者が存在しないため、それに応じて手数料が低くなるということを意味します。
前述したように、パブリックブロックチェーンネットワークは、担当者が存在しないパーミッションレスな環境であるため、参入障壁がありません。潜在的なユーザーは、インターネット接続がある限り、ネットワーク上で他のユーザーと対話できます。
多くの人は、ブロックチェーンは検閲を回避する性質が高いことで最もよく知られていると信じています。悪意のある攻撃者が集中型サービスを攻撃しようとしても、サーバーをターゲットにするだけで済みます。ただし、ピアツーピア ネットワークでは、各ノードが独自のサーバーとして機能できます。
ビットコインのようなシステムには、世界中に 10,000 以上の可視ノードが分散されており、たとえ十分なリソースがあったとしても、攻撃者がネットワークを侵害することはほぼ不可能です。システム内には、広範なネットワーク内に隠された多くの隠れたノードがあることは注目に値します。
利点のいくつかを以下に説明します。ブロックチェーンは多くの特殊な使用例に対応できます。「ブロックチェーンの用途」を参照してください。
欠点がある
ブロックチェーンは、すべての問題に対応できる万能の解決策ではありません。前のセクションで述べたように、強みは強化されていますが、他の弱点もあります。ブロックチェーンの最大の障害は、スケーラビリティが低いために大規模に使用できないことです。
これは分散ネットワークでもよくある問題です。すべての参加者は同期を保つ必要があるため、新しい情報が追加される速度を制御する必要があります。そうしないと、ノードが追いつくことができなくなります。したがって、システムの分散化を確実にするために、開発者はブロックチェーンの更新速度を意識的に制限する傾向があります。
ネットワーク上のユーザーにとって、トランザクションを試行する人が多すぎると、待機期間が無期限に延長されます。ブロックにはデータを保持できる容量が限られており、多くの場合、データをすぐにブロックに追加することはできません。トランザクションの数がブロックの容量を超える場合、超過したトランザクションはキューに入れて次のブロックに入るのを待つ必要があります。
分散型ブロックチェーン システムのもう 1 つの潜在的な欠点は、自由にアップグレードできないことです。ソフトウェアを開発すれば、当然ながら新しい機能を自由に追加できます。変更を確実に正しく実装するために、他の人の協力や同意を求める必要はありません。
しかし、何百万人もの潜在的なユーザーが同じ環境にいるため、変更を加えることがいかに難しいかは理解できます。ノード ソフトウェアのパラメータをいくつか変更することはできるかもしれませんが、最終的には元のネットワークから切り離されてしまいます。ソフトウェアが改良されて他のノードと互換性がなくなると、他のノードはすぐに違いに気づき、あなたのノードとの対話を拒否します。
ブロックのサイズを変更したいとします (例: 1MB から 2MB)。接続しているノードにブロックを送信しようとすることはできますが、これらのノードは 1 つのルールに従います。つまり、1MB を超えるブロックは受け入れられません。より大きなブロックを受け取った場合、ブロックチェーンのコピーにはそれを含めません。
変更を実装する唯一の方法は、エコシステム内の大多数のユーザーに変更を受け入れることです。ほとんどのブロックチェーンでは、変更を調整するにはフォーラムでユーザー間で広範な議論が必要で、これには数か月、場合によっては数年かかる場合もあります。詳細については、「ハード フォークとソフト フォーク」を参照してください。
第 2 章 - ブロックチェーンはどのように機能するのか?
目次
ブロックはどのようにしてブロックチェーンに追加されるのでしょうか?
マイニング（作業証明）
プルーフ・オブ・ワークの利点
プルーフ・オブ・ワークのデメリット
株式誓約書（株式の証明）
プルーフ・オブ・ステークの利点
プルーフ・オブ・ステークのデメリット
その他のコンセンサスアルゴリズム
ブロックチェーントランザクションを元に戻すことはできますか?
ブロックチェーンのスケーラビリティとは何ですか?
なぜブロックチェーンを拡張する必要があるのでしょうか?
ブロックチェーンフォークとは何ですか?
ソフトフォーク
ハードフォーク
ブロックはどのようにしてブロックチェーンに追加されるのでしょうか?
これまで多くの概念について説明してきました。ノードは相互に接続されており、ブロックチェーンのコピーを保存できることを理解しています。さらに、ノードはトランザクション情報と新しいブロック情報を共有します。ノードの定義について説明しましたが、まだ疑問があるかもしれません。新しいブロックはどのようにしてブロックチェーンに追加されるのでしょうか?
誰もユーザーにタスクを割り当てません。すべてのノードは同等の権限を持っているため、ブロックチェーンに新しいブロックを追加する機会を誰に与えるかを公平に決定するメカニズムを確立する必要があります。ユーザーが不正行為に対して高いコストを支払い、誠実に行動することで報酬が得られるシステムを構築する必要があります。賢明なユーザーなら誰でも、物事が最善の方向に進むことを望んでいます。
ネットワークはパーミッションレス環境であるため、ブロックを作成するにはすべてのユーザーの全会一致の同意が必要です。プロトコルでは多くの場合、すべてのユーザーがリスクを共有することが求められます。つまり、ネットワークが適切に機能するためには、ユーザーは自分のお金を危険にさらさなければなりません。このアクションにより、ユーザーはブロック作成プロセスに参加できるようになり、最終的に有効なブロックが正常に生成された場合、全員が報酬を受け取ります。
ただし、誰かが不正行為を試みると、ネットワーク上の他のユーザーにすぐに発見されてしまいます。詐欺師は投資されたすべての権利を失います。このメカニズムにより、ネットワーク参加者が次にどのブロックを追加するかについて合意できるようになるため、このメカニズムをコンセンサス アルゴリズムと呼びます。
マイニング（作業証明）
マイニングは、最も一般的に使用されるコンセンサス アルゴリズムです。 Proof of Work (PoW) アルゴリズムは、マイニング プロセスでよく使用されます。ユーザーは、コンピューティング能力を犠牲にして、プロトコル策定の困難な問題を解決するために懸命に取り組む必要があります。
このようなパズルでは、ユーザーはブロックに含まれるトランザクションやその他の情報をハッシュする必要があります。ただし、有効にするには、ハッシュ値が特定の値未満である必要があります。特定の出力を予測する方法がないため、マイナーは有効な解決策が見つかるまで、わずかに変更されたデータをハッシュし続ける必要があります。
明らかに、データを繰り返しハッシュするコストは非常に高くなります。プルーフ・オブ・ワークのメカニズムを使用するブロックチェーンでは、ユーザーが投資する「資本」には、マイニング マシンを購入するための資金やマイニング マシンによって消費される電力が含まれます。この動きはブロック報酬を獲得することを目的としています。
ハッシュ関数は理論的には不可逆であると前述しましたが、その正しさをチェックするプロセスは非常に簡単です。マイナーがネットワーク上の他のユーザーに新しいブロックを送信すると、他のすべてのノードはその新しいブロックをハッシュ関数への入力として使用します。これらのノードは、ブロックが現在のブロックチェーンのルールの下で有効であるかどうかを確認するために 1 回の検証を実行するだけで済みます。もしそれが虚偽の情報であれば、マイナーは報酬を得られないだけでなく、多額の電気代を無駄にすることになります。
ビットコインは、プルーフ・オブ・ワークのメカニズムを採用した最初のブロックチェーンです。プルーフ・オブ・ワークのメカニズムが創設されて以来、多くのブロックチェーンが使用されるようになりました。
プルーフ・オブ・ワークの利点
実証済み – Proof of Work は、これまでで最も成熟したコンセンサス アルゴリズムであり、数千億ドルの価値を生み出してきました。
権限は必要ありません。すべてのユーザーがマイニング コンテストに参加したり、単にバリデータ ノードを実行したりできます。
分散化 – マイナーはブロックを生成するために互いに競争します。これは、ハッシュパワーをどの当事者も制御できないことを意味します。
プルーフ・オブ・ワークのデメリット
廃棄物 – マイニングは大量の電力を消費します。
参入障壁は徐々に増加しています。ネットワークに参加するマイナーの数は日に日に増加しているため、プロトコルはマイニングの問題の難易度を高めています。競争力を維持するには、ユーザーはよりパフォーマンスの高いデバイスを購入する必要があります。これは多くの鉱山労働者を思いとどまらせるのに十分です。
株式誓約書（株式の証明）
プルーフ・オブ・ワーク・メカニズムを実行するシステムでは、マイニング・マシンの代金と電気料金を支払うことになり、これが正直に行動するインセンティブとなります。ブロックチェーンを正しい方法でマイニングしないと、投資から利益を得ることができません。
Proof of Stake (PoS) メカニズムを使用すると、外部コストはかかりません。マイナーに加えて、ブロックを提案 (または生成) できるバリデーターもいます。彼らは通常のコンピュータを使用して新しいブロックを生成できますが、この特権を享受するには、多額の株式資金を投資し、資本チェーン全体のかなりの部分を占めている場合に限ります。各プロトコルのルールに応じて、ユーザーはブロックチェーンのネイティブ暗号通貨を所定量ステーキングする必要があります。
実装が異なると結果は大きく異なりますが、バリデーターがユニットをステークすると、プロトコルは次のブロックをアナウンスする資格のあるユーザーをランダムに選択します。正しく実行されれば、これらのユーザーは報酬を獲得できます。多くのバリデーターが次のブロックを抵当に入れたいと考えている可能性もあり、その場合、ブロックチェーンは各バリデーターが投資したモーゲージ比率に応じて報酬を割り当てます。
「純粋な」プルーフ オブ ステーク ブロックチェーンは、ネットワーク全体でブロックを検証するノード (証人) にユーザーが投票する必要がある委任プルーフ オブ ステーク (DPoS) ほど一般的ではありません。
主要なスマート コントラクト ブロックチェーンであるイーサリアムは、イーサリアム 2.0 への移行に伴い徐々にプルーフ オブ ステークに移行していきます。
プルーフ・オブ・ステークの利点
環境に優しい – Proof of Stake は、Proof of Work マイニングよりも二酸化炭素排出量がはるかに低くなります。ステーキングにより、リソースを大量に消費するハッシュ操作が不要になります。
トランザクションの高速化 – Proof-of-Stake の支持者の中には、プロトコルによって設定された任意のパズルに追加のコンピューティング能力を投資する必要がなくなるため、トランザクションのスループットが向上すると信じている人もいます。
ステーキングの報酬と利息 – ネットワークを保護することに対する報酬はトークン所有者のアカウントに直接支払われるため、これらの利益はマイナーには支払われません。場合によっては、プルーフ・オブ・ステークを使用すると、ユーザーは自分の資産をステーキングするだけで (エアドロップまたは利息の形で) 受動的収入を得ることができます。
プルーフ・オブ・ステークのデメリット
比較的テストされていない – プルーフ・オブ・ステークプロトコルは大規模にテストされていません。実行プロセスまたは暗号経済学に未知の脆弱性が存在する可能性があります。
金権政治 – 一部のユーザーは、プルーフ・オブ・ステークが、より多くのステークをするほど検証者がより多くの報酬を受け取る「金持ちがさらに金持ちになる」エコシステムを奨励しているのではないかと心配しています。
ノーステーク問題 – プルーフ・オブ・ワークでは、マイナーは 1 つのチェーンにのみ「ステーキング」できるため、成功率が最も高いチェーンでマイニングする傾向があります。ハードフォーク中は、同じハッシュパワーを維持しながら複数のチェーンに賭けることはできませんでした。ただし、プルーフ・オブ・ステークのメカニズムでは、バリデーターはわずかな追加コストのみで複数のチェーンで同時にマイニングできるため、経済的な問題が発生する可能性があります。
その他のコンセンサスアルゴリズム
プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークは、2 つの最も一般的なコンセンサス アルゴリズムです。さらに、他にも多くのアルゴリズムがあります。両方のシステムの要素を組み合わせたアルゴリズムもあれば、完全に異なるアルゴリズムもあります。
今回は説明しませんので、興味のある方は以下の記事をご覧ください。
ブロックチェーントランザクションを元に戻すことはできますか?
設計の観点から見ると、ブロックチェーンは非常に堅牢なデータベースです。その固有の特性により、ブロックチェーン データは一度記録されると削除または変更することが困難になります。そして、ビットコインやその他の大規模なネットワーク領域では、そのような事故が起こる確率は非常に低いです。したがって、ブロックチェーン上で取引を行う場合は、操作の余地がないため、よく考えてください。
そうは言っても、市場にブロックチェーンを実装する方法はたくさんありますが、これらの方法の最も重要な違いは、ネットワーク内でコンセンサスを得る方法です。これは、一部の実装では、参加者の数が比較的少ないにもかかわらず、グループがネットワーク内でトランザクションを効果的に取り消すのに十分な権限を獲得できることを意味します。そのため、特定の小規模ネットワーク (マイニング競争が低く、ハッシュ レートが低いネットワーク) でのアルトコインの流通が特に懸念されています。
ブロックチェーンのスケーラビリティとは何ですか?
ブロックチェーンのスケーラビリティは、増大する需要に対応するブロックチェーン システムの能力を指す包括的な用語としてよく使用されます。ブロックチェーンは多くの望ましい特性 (分散化、検閲耐性、不変性など) を兼ね備えていますが、完璧ではありません。
集中型データベースは、分散型システムよりも高速に実行され、スループットが高くなります。後者は、何かが変更されるたびに世界中に分散した何千ものノードを介してネットワークと同期する必要がないなど、独自の理由で存在します。ブロックチェーンはその逆です。そのため、スケーラビリティはブロックチェーン開発者の間で長年にわたり激しく議論されてきたトピックです。
ブロックチェーンのパフォーマンスの欠点の一部に対処するために、長い間、さまざまなソリューションが提案または実装されてきました。しかし、今日に至るまで完璧な解決策には到達していません。スケーラビリティの問題に対する明確な答えを最終的に見つけるまでに、無数の解決策を試す必要があるかもしれません。
マクロレベルでは、スケーラビリティに関する基本的な問題が未解決のままです。ブロックチェーン自体のパフォーマンスを向上させる必要があるのか (オンチェーン スケーリング)、それともメインのブロックチェーンを肥大化させずに複数のトランザクションを同時に実行できるようにするべきなのか (オンチェーン スケーリング) ） 拡大）？
どちらの研究方向にも明らかな利点があります。オンチェーン スケーリング ソリューションは、トランザクション サイズを削減し、データをブロックに保存する方法を最適化することもできます。一方、オフチェーン ソリューションでは、メイン ブロックチェーン上のトランザクションをバッチで処理し、後からブロックチェーンに追加する必要がある場合があります。さらに、サイドチェーンと支払いチャネルも、詳細な研究に値するオフチェーン ソリューションです。
このトピックの詳細については、「ブロックチェーンのスケーラビリティ: サイドチェーンと支払いチャネル」を参照してください。
なぜブロックチェーンを拡張する必要があるのでしょうか?
ブロックチェーン システムが集中型システムと競合するには、少なくとも同等の優れたパフォーマンスが必要です。実際の状況では、開発者やユーザーがブロックチェーン プラットフォームやアプリケーションに傾く動機となるためには、前者の方がより優れたパフォーマンスを備えている必要があります。
これは、ブロックチェーンが開発者とユーザーに、より高速で、より手頃な価格で、操作が簡単であるなど、集中型システムよりも優れたエクスペリエンスを提供する必要があることを意味します。しかし、これらの前提を確保しつつ、上で述べたブロックチェーンの基本特性を維持することは実際には容易ではありません。
ブロックチェーンフォークとは何ですか?
すべてのソフトウェアはアップグレードする必要があり、ブロックチェーン ソフトウェアも例外ではありません。アップグレードを通じてのみ、問題を解決したり、新しいルールを追加したり、古いルールを削除したりできます。ほとんどのブロックチェーン ソフトウェアはオープン ソースであるため、理論的にはすべてのユーザーがネットワークを管理するソフトウェアに更新を追加する権限を持っています。
ブロックチェーンは分散型ネットワークであることを思い出してください。ソフトウェアが更新されると、世界中に点在する何千ものノードが通信して新しいバージョンを実装する必要があります。しかし、参加者がアップデートの実装に同意できない場合はどうなるでしょうか?組織がないため、詳細な意思決定プロセスを提供できません。これにより、最終的にはソフト フォークとハード フォークが生成されます。
ソフトフォーク
すべてのユーザーがアップグレードに同意できれば、誰もが満足します。ただし、この場合、ソフトウェアは下位互換性のある変更で更新されます。つまり、更新されたノードは引き続き更新されていないノードと対話できます。しかし実際には、ほぼすべてのノードが時間の経過とともにアップグレードされることが予想されます。これはソフトフォークです。
ハードフォーク
ハードフォークは比較的複雑です。新しいルールが実装されると、古いルールと互換性がなくなります。したがって、新しいルールを実行しているノードが古いルールを実行しているノードと対話しようとすると、通信は不可能になります。この状況では、ブロックチェーンが 2 つに分割され、元のソフトウェアは古いチェーンで実行され続けますが、新しいチェーンは新しいルールを実装します。
ハード フォークの後は、基本的に 2 つの異なるネットワークが 2 つのプロトコルを並行して実行することになります。フォークの時点では、ブロックチェーンのネイティブ ユニットの残りは古いネットワークからクローンされたトークンであったことは注目に値します。したがって、フォーク後も、新しいチェーンには古いチェーンのバランスが残ります。
詳細は「ハードフォークとソフトフォーク」を参照してください。
第 3 章 - ブロックチェーンは何に使用されますか?
目次
ブロックチェーンをサプライチェーンに適用
ブロックチェーンとゲーム業界
ヘルスケアで使用されるブロックチェーン
ブロックチェーン送金
ブロックチェーンとデジタルアイデンティティ
ブロックチェーンとモノのインターネット (IoT)
ガバナンスにおけるブロックチェーンの適用
慈善活動で使用されるブロックチェーン
投機に使用されるブロックチェーン
クラウドファンディングとブロックチェーン
ブロックチェーンと分散ファイルシステム
ブロックチェーン技術は幅広いユースケースに適用できます。これらのタイプのいくつかを見てみましょう。
ブロックチェーンをサプライチェーンに適用
効率的なサプライ チェーンは多くのビジネスの成功の中核基盤であり、供給者から消費者までの商品の取り扱いに関係します。特定の業界の多くの利害関係者を調整することは常に困難でした。しかし、ブロックチェーン技術により、多くの業界がまったく新しいレベルの透明性を達成できる可能性があります。不変のデータベースを備えた相互運用可能なサプライ チェーン エコシステムの確立は、多くの業界の堅牢で安全かつ信頼性の高い運用の基礎です。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例: サプライ チェーン」を参照してください。
ブロックチェーンとゲーム業界
ゲーム業界は世界最大のエンターテインメント業界の 1 つとなっており、ブロックチェーン テクノロジーから大きな恩恵を受けることができます。一般的に言えば、プレイヤーは常にゲーム開発者のなすがままです。ほとんどのオンライン ゲームでは、プレイヤーは開発者のサーバー スペースを使用し、刻々と変化するルールに従うことを強いられます。この場合、ブロックチェーンはオンライン ゲームの所有権、管理、メンテナンスを分散化するのに役立ちます。
しかし、おそらくこれらの中で最も重要なのは、ゲーム アイテムは所有権を離れては存在できないということです。これにより、真の所有権と流通市場の機会が失われることになります。ブロックチェーンベースのアプローチを採用することで、ゲーム内アイテムが現実世界で価値のある暗号収集品として発行されれば、ゲームは長期的にはより持続可能になります。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例: ゲーム」を参照してください。
ヘルスケアで使用されるブロックチェーン
医療システムは医療記録を信頼性の高い方法で保存する必要がありますが、システムが集中サーバーに依存しているため、機密情報が盗難されやすくなっています。ただし、ブロックチェーン技術の透明性と安全性により、ブロックチェーン技術は医療記録を保存するための理想的なプラットフォームになります。
暗号化を使用してブロックチェーン内の患者の病歴を保護すると、患者のプライバシーを効果的に保護できると同時に、主要な医療機関が患者の医療情報を共有できるようになります。現在の医療システムは比較的分散化されており、参加者全員が安全なグローバル データベースにアクセスできれば、参加者間の情報の流れははるかに速くなります。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例: ヘルスケア」を参照してください。
ブロックチェーン送金
国際送金を行う場合、従来の銀行プロセスは複雑になることがよくあります。これは主に、緊急取引に従来のビジネスプロセスを使用すると、複雑な仲介ネットワーク、手数料の支払いと決済の待機の必要性がコスト高と信頼性の低下につながるためです。
暗号通貨とブロックチェーンは仲介者のエコシステムを排除し、世界中で送金を手頃な価格で効率的に行えるようにします。ブロックチェーンは間違いなく特定の望ましい特性のパフォーマンスを犠牲にしますが、このテクノロジーを活用して手頃な価格の即時トランザクションを可能にするプロジェクトがすでに数多くあります。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例: 送金」を参照してください。
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ブロックチェーンとデジタルアイデンティティ
誰もがインターネット上の ID 情報を安全に管理できることを望んでおり、迅速なソリューションが緊急に必要とされています。現在、膨大な量の個人データが集中サーバーに保存され、本人の知識や同意なしに機械学習アルゴリズムを使用して分析されています。
ブロックチェーン技術により、ユーザーは自分のデータの所有権を持ち、必要な場合にのみ第三者に情報を選択的に開示できるようになります。このタイプの暗号化により、プライバシーを犠牲にすることなく、よりスムーズなオンライン体験が可能になります。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例: デジタル ID」を参照してください。
ブロックチェーンとモノのインターネット (IoT)
現在、膨大な数の物理デバイスがインターネットに接続されており、その数は増える一方です。ブロックチェーン技術がデバイス間の通信と連携を大幅に強化すると推測する人もいます。自動化されたマシンツーマシン (M2M) マイクロペイメントは、新しい経済環境を生み出す可能性がありますが、安全で高スループットのデータベース ソリューションに依存しています。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例: モノのインターネット (IoL)」を参照してください。
ガバナンスにおけるブロックチェーンの適用
分散ネットワークは、コンピューター コードの形式で独自のガバナンス形式を定義し、強制することができます。したがって、ブロックチェーンが地方レベル、国家レベル、さらには国際レベルでのさまざまなガバナンスプロセスを分散化し、回避する機会を持つ可能性があることは驚くべきことではありません。
さらに重要なことは、オープンソース開発環境が現在直面している最大の問題の 1 つである資金を割り当てるための信頼できるメカニズムの欠如を解決できる可能性があることです。ブロックチェーンのガバナンスにより、すべての参加者が意思決定に参加でき、どの特定のポリシーが実装されているかの透明性のある概要を提供できるようになります。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例: ガバナンス」を参照してください。
慈善活動で使用されるブロックチェーン
慈善団体は、資金の受け取り方法に制限があるため、活動が妨げられることがよくあります。さらにもどかしいのは、寄付金の最終目的地を正確に追跡することが難しい場合があるという事実であり、そのことが多くの人々がこれらの団体を支援することを思いとどまっていることは間違いありません。
「クリプトフィランソロピー」の焦点は、ブロックチェーン技術を使用してこれらの制限を回避することです。このモデルは、テクノロジーの固有の特性に依存して、透明性の向上、世界的な関与、経費の削減を保証します。この新興分野は、慈善活動の影響を最大化する方法を模索しています。ブロックチェーン慈善財団はまさにそのような組織です。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例: 慈善活動」を参照してください。
投機に使用されるブロックチェーン
ブロックチェーン技術が投機コミュニティで非常に人気があることは疑いの余地がありません。取引プラットフォーム間の摩擦のない送金、非保管取引ソリューション、成長するデリバティブエコシステムにより、あらゆるタイプの投機家にとって理想的な競争の場となっています。
その固有の特性により、この新興資産クラスへの投資に伴うリスクを喜んで引き受ける人々は、ブロックチェーンを優れたツールとみなすでしょう。テクノロジーとその周辺の規制措置が成熟すれば、世界の投機市場はブロックチェーン上のトークン化モデルを採用する可能性が非常に高いと信じている人もいます。
詳細については、「ブロックチェーンのユースケース: 予測市場」を参照してください。
クラウドファンディングとブロックチェーン
オンライン クラウドファンディング プラットフォームは数十年にわたって開発され、ピアツーピア経済の強固な基盤を築いてきました。これらのサイトの成功は、クラウドファンディング製品の開発に真の関心があることを示しています。ただし、これらのプラットフォームは資金の保管者として、手数料のかなりの部分を手数料として徴収する可能性があります。さらに、さまざまな関係者間の合意を促進するために、独自のルールセットを開発する予定です。
ブロックチェーン技術、より具体的にはスマートコントラクトは、コンピューターコードが契約条件を定義する、より安全で自動化されたクラウドファンディングモデルを可能にします。
ブロックチェーン技術を使用したクラウドファンディングの他の用途には、イニシャル コイン オファリング (ICO) やイニシャル エクスチェンジ オファリング (IEO) などがあります。同様のトークンセールのプロセスでは、投資家はネットワークが将来的に成功することを期待して資金を調達し、投資に見合った収益が得られます。
ブロックチェーンと分散ファイルシステム
従来の集中型ストレージ方法と比較して、インターネット分散ファイル ストレージには多くの利点があります。クラウドに保存されている大量のデータは集中管理されたサーバーやサービス プロバイダーに依存しているため、攻撃やデータ損失に対して脆弱になることがよくあります。場合によっては、集中サーバーが検閲の対象となるため、ユーザーはアクセス不能に直面することがあります。
ユーザーの観点から見ると、ブロックチェーン ファイル ストレージ ソリューションは他のクラウド ストレージ ソリューションと同じ原理で動作し、ファイルをアップロード、保存、アクセスできます。ただし、舞台裏で何が起こっているかは大きく異なります。
ファイルをブロックチェーン リポジトリにアップロードすると、ファイルは複数のノードに分散されて複製されます。場合によっては、各ノードがファイルの内容の一部を保存します。データの一部はあまり役に立ちませんが、いつでもこれらのノードに個別の部分を提供するように要求できるため、それらを全体の部分に分割して完全なファイルを取得できます。
ストレージは、ストレージ スペースと帯域幅をネットワークに提供する参加者から提供されます。通常、参加者はこれらのリソースを提供すると金銭的な報酬を受け取りますが、ルールに従わなかったり、文書の保管と提供を怠ったりした場合は金銭的罰金の対象となります。
このタイプのネットワークはビットコインに似ていると考えることができます。ただし、この場合、ネットワークの主な目的は、金銭的価値の移転をサポートすることではなく、検閲耐性のある分散型ファイル ストレージを可能にすることです。
InterPlanetary File System (IPFS) などの他のオープン ソース プロトコルは、この新しい永続的な分散ネットワークへの道を切り開きました。実際、IPFS は単なるプロトコルであり、正確に言えば、ブロックチェーンではありません。ただし、ブロックチェーン技術のいくつかの原則を適用して、セキュリティと効率を向上させます。