ブロックチェーンとは
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ブロックチェーンはデータを保存する新しい方法です。ブロックチェーンは、情報とその制御を 1 か所 (データベース) に集中管理するのではなく、記録を変更する権限をどの時点にも持たないネットワーク上に保存します。これは分散化と呼ばれます。
ブロックチェーンはデータをブロック単位で記録し、暗号化を使用してそれらのブロックを連鎖させることでこのデータを安全に保存します。つまり、ブロックチェーンです。
サトシ・ナカモト - 以前に会ったビットコインの背後にある個人またはグループの別名 - は、2008 年のホワイトペーパー(青写真) でブロックチェーンのアイデアを概念化しました。トランザクションの分散台帳を作成できる機能は、新しいピアツーピアのデジタル キャッシュであるビットコインの存続と二重支払い問題の解決の基礎でした。
言い換えれば、二度使うことができず、金融機関を通さない純粋なデジタルマネーをどのように作成するかということです。それは分散ネットワークを介して人から人へと流れるだけです。
ブロックチェーンは、コンセンサス メカニズムとして知られる、有効なトランザクション データのみが各新しいブロックに追加されることを保証する方法と組み合わせて、サトシのソリューションの中心的な要素でした。
実際、サトシは、信頼と主体性という、長い間存在していたもっと大きな問題を実際に解決していました。
信頼と代理店の問題
暗号通貨の基本に関するこのセクションの最初の記事で、お金は最初は取引を促進するために使用されたことを発見しました。お互いを知らない、または信頼していない二者間での商品の交換を促進します。
文明と商業が拡大するにつれて、この信頼問題を大規模に解決する唯一の解決策は、最終的な裁定者の手に権力を集中させることであると受け入れられてきました。
君主、将軍、政府、または多国籍機関は、何が公正であるか (法律)、誰がどの資産を所有し、それらの資産の価値がいくらであるか (中央銀行) について最終的な決定権を持ち、制御します。
この配置は最適というよりも実用的でした。私たちは、中央当局を信頼することが、物事を行う上であまり効率的ではないことを何度も見てきました。2008 年の金融危機のときのことです。これは一般にプリンシパルとエージェントの問題として知られています。
では、ブロックチェーンはこの長年の問題をどのように解決できるのでしょうか?
政府と権威に関するこのすべての話は、少し突飛な話に聞こえ始めているかもしれません。そこで、数歩下がって、ブロックチェーンが権威なしでどのように信頼を達成するかという中心的な問題に焦点を当てましょう。
まず、ブロックチェーンの独自の特性、つまりデータがどのように構造化されているかを分析し、次にそのデータの有効性について合意 (コンセンサス) に達するプロセスについて説明します。コンセンサスメカニズムは、まさにブロックチェーンの秘密のソースであり、これによって管理当局の排除が可能になります。
最後に、ブロックチェーンの限界を評価し、このテクノロジーがこの誇大宣伝に値するかどうかを評価します。これは、暗号通貨の導入と暗号通貨のフロンティアに関するこのセクションの最後の 2 つの記事にうまくつながります。
ブロックチェーンのユニークな特性
ブロックチェーン内の各ブロック (ジェネシス ブロックまたは最初のブロックを除く - これについては後で詳しく説明します) には 3 つのものが含まれています。
これら 3 つの内容を分解してみましょう。
簡略化した例をいくつか示します。
私たちのデータ: Y=1、
暗号化ハッシュ関数を適用します（ごちゃ混ぜにするため）
これにより、ハッシュ Y1 が生成されます。
元のデータを Y=2 に変更し、ハッシュ関数を適用すると、ハッシュされた出力も変化し、Y2 が得られます。
重要なのは、Y2 がハッシュの正しい出力であることを確認するのは簡単ですが、入力が何であったかを解明するのはほぼ不可能です。
ハッシュとは、Web サイトがパスワードを保存し、入力時にパスワードが有効であることを確認する方法ですが、パスワードが何であるかを知ることはできません。
暗号化ハッシュはそれが表すデータをエンコードするため、これは説明のために簡略化されています。したがって、データとハッシュ間の唯一のリンクは、ハッシュを生成する数学関数であり、コンテンツではありません。
別の例を示します
入力データ Y=1
ハッシュ関数を適用する
ハッシュされた出力 = 犬、
入力データを Y=2 に変更します。
ハッシュ関数を適用する
ハッシュされた出力 = ツリー。
犬と木の間には識別可能な関係はなく、単にデータセット Y=1 と Y=2 から生成された同じハッシュ関数の積です。
実際には、暗号ハッシュは文字と数字の長い文字列であり、データを表す以外の単語や意味には対応しませんが、長さは均一です。デジタル暗号化が信頼問題の解決に役立つのは、権限や暴力の脅威を必要とせずにデータを保護するための信頼できる方法です。
チェーンを切れないようにする
ブロックチェーン技術の革新性は、設計上、ブロックチェーンが遡及的変更に耐性があり、中央集権的な権限がなくてもデータを安全に保存できることです。
このプロセスは暗号化ハッシュ関数から始まります。各ブロックには、それ自体のデータに対するハッシュ関数と、最後のブロックのデータに対するハッシュ関数があります。
前のブロックのデータを新しいブロックにエンコードすることにより、ハッシュによってチェーンが作成され、ますます破損しにくくなります。特定のブロックのデータを改ざんまたは変更するには、チェーンを有効に保つために後続のブロックもすべて変更する必要があります。
特定のブロックのデータを変更すると、対応するハッシュが変更され（上記の犬の例を思い出してください）、後続のすべてのブロックに記録されたハッシュとは異なるため、チェーンは無効になります。
ただし、今日のコンピューターの速度により、このハッシュ関数はブロックチェーンの改ざんを防ぐのに十分ではありません。
コンピューターは 1 秒あたり何十万ものハッシュ関数を計算でき、チェーン内のすべてのブロックの新しいハッシュを効果的に計算して、チェーンを再度有効にすることができます。したがって、Sastoshi は、デジタル キャッシュに対する以前の試みから借用して、ブルート フォース攻撃に影響されないコンセンサス メカニズムを作成する必要がありました。
作業証明を入力してください
Proof-of-Work は、暗号化ハッシュ関数と組み合わせて、ビットコイン ブロックチェーンの安全性を保証するブロックチェーン テクノロジーの後半です。
基本的に、proof-of-work は、ブロックが生成される前に作業/労力を要求することで、新しいブロックの作成を遅らせるメカニズムです。 Proof of Work では、チェーンに追加される新しいブロックごとに数学パズルを解くか計算する必要があります。
パズル自体は任意ですが、電気エネルギーを燃やすという十分な「作業」を実行するという要件は、人々がブロックチェーンを台無しにしようとするのを思いとどまらせる方法です。それを行うことで正当化される以上の労力を費やしたり、労力を費やしたりする必要があります。
このプルーフ・オブ・ワーク・プロセスは、ブロック時間と呼ばれる平均期間でブロックが作成されるように規制されています。ビットコインの場合、新しいブロックの作成に約 10 分かかりますが、これはビットコインの制限に関する記事で説明したように、スケーリングの妨げとなります。
問題を解決した人には、問題の発生を促す報酬が与えられます。ビットコインの場合ですでに見たように、報酬は現在 6.25 ビットコインに設定されており、少なくとも 2024 年まで続きます (半減期と呼ばれます)。
このメカニズムは、マイナーが必要なレベルの作業に貢献することで、新しいブロックを追加する経済的インセンティブがあることを意味します。また、コンピュータが大量の新しいハッシュを生成し、ブロック内の不正なデータを含むチェーンを検証するだけでも停止します。
ビットコインはコンセンサスメカニズムとして Proof-of-Work を使用しますが、他にも多くのメカニズムがあり、最も一般的なのは Proof-of-Stake (PoS) と Delegated-Proof-of-Stake (DPoS) です。
これらのメカニズムは少し複雑で、本質的に計算能力とエネルギー消費に帰着する作業を必要とせずに、ブロックチェーンを確実に安全にする、より効率的な方法を目指しています。これらは事実上、スケーラビリティ、セキュリティ、分散化を実現するというブロックチェーンのトリレンマを解決しようとする試みです。
PoS は基本的に、参加する資金を投入することでゲームに参加することになりますが、DPoS も同じですが、自分のステークがブロックチェーンのコンセンサスに対して与える権限を他の参加者に委任できる点が異なります。
コンセンサスはどのように達成されるのでしょうか?
したがって、データのブロックをチェーンでリンクする暗号化ハッシュ関数があります。当社には、チェーンに新しいブロックを追加するよう促すプルーフ・オブ・ワーク・メカニズムがあり、ブロックごとに計算による証明を要求することで、悪意のある行為を確実に防ぐことができます。
ブロックチェーンのセキュリティを確保する最後の方法は、分散することです。
ブロックチェーンは、上記のサトシの引用で言及されている、いわゆるピアツーピア (P2P) ネットワーク上で実行されます。
P2P ネットワークは、政府などの単一の組織によって集中管理されて運営されるのではなく、すべて同じルール (プロトコル) セットに従うコンピューターの分散ネットワークで構成されます。このようにして、それらのコンピューター全員がブロックチェーンに接続されます。完全なレコード (またはチェーン) にアクセスできますが、予測可能な方法で動作します。
新しいブロックがチェーンに追加されるたびに、誰もがこのブロックのデータが正確であることを検証する機会があります。ブロックチェーンに接続して実行するコンピューターはすべてノードと呼ばれます。
ブロックがチェーンに追加されるには、全ノードの少なくとも 51% (過半数) がそれが正確であることに同意する必要があります。言い換えれば、プルーフ・オブ・ワークが解決され、ハッシュ関数がすべて一致するということです。これはコンセンサスの達成と呼ばれます。つまり、私たちの信頼に対する魔法の解決策において、共通の真実の合意を生み出すことです。すべて中央の権威がありません。
ブロックチェーンを正常に破壊するには、次のことを行う必要があります。
これはノード数が増えるにつれて困難が増すため、実行がほぼ不可能であるだけでなく、経済的にも意味がありません。したがって、ブロックチェーンはデータを保存するための安全かつ分散型の方法であり、ブロックチェーンが成長するにつれてその品質が向上します。
ブロックチェーンの使用例
ブロックチェーンがどのように機能するかを理解したので、いくつかの異なるブロックチェーン技術のアプリケーションを見てみましょう。
最も有名なアプリケーション、そしてこのテクノロジーが最初に発明された目的は、中央制御のない新しい形式のお金であり、現在では暗号通貨として知られており、最初で最も有名な例はビットコインです。
すべてのビットコイン取引データをブロックチェーンに保存することで、サトシ・ナカモトは世界初のデジタル分散型バージョンのサウンドマネーを作成しました。これについては以前の記事で詳しく説明しましたので、復習が必要な場合はチェックしてください。
それ以来、ブロックチェーンは通貨以外の多くの分野に適用されてきました。もう一つの有名な例はイーサリアムです。
2013年、プログラマーのヴィタリック・ブテリン氏は、ホワイトペーパーの中で、ブロックチェーン技術を利用してスマートコントラクトと呼ばれるものを作成できると提案した。
2015 年、これらのコントラクトを構築するために、プログラミング言語 (Solidity) とネイティブ通貨 (Ether) を備えたイーサリアム ブロックチェーンが開始されました。
これについて考えると、ビットコインはプログラム可能で分散型のお金を私たちに提供し、イーサリアムはプログラム可能で分散型の契約を私たちに提供してくれるということです。
そこから多くのアプリケーションが構築され、新たな産業が生まれています。現在、これらの中で最も注目に値するのは、分散型金融または DeFi です。これは、証券会社、取引所、銀行の代わりにスマート コントラクト (したがってブロックチェーン) が仲介者として使用される実験的な金融形態です。イーサリアムの詳細については、第 7 条「イーサリアム - 世界のコンピューター」を参照してください。
最も弱いリンク
「健全なお金」に関する議論ですでに見たように、ビットコインのブロックチェーンはセキュリティと分散化のためにスケーラビリティを犠牲にしています。
対照的に、Visa などの集中型で安全なシステムは 1 秒あたり数万件のトランザクションを処理できますが、二重支払いと信頼の問題に悩まされます。作業証明機能は権限なしで信頼を可能にしますが、このスループットを達成することはできません。
現在、ビットコインは 1 秒あたり約 5 件のトランザクションを処理していますが、イーサリアムは約 15 件であり、処理が遅く非実用的です。
イーサリアム コミュニティは、現在イーサリアム 2.0 でこの問題を解決するために懸命に取り組んでいます。このオープンソース開発の主な目的は、シャーディングとして知られる技術を使用して、トランザクション能力を 1 秒あたり 15 から数万に改善することです。
これについての詳細は、より高度な記事で説明します。現時点では、ブロックチェーン技術は初期段階にあり、確かにこの技術には多くの期待がある一方で、コミュニティがまだ大規模に開発および適用している途中であることを覚えておくことが重要です。
多くのプロジェクトは自らをブロックチェーンであると説明していますが、ここで説明されている特性を実証できていないのは、それらはそのままでは実現できないためであり、プリンシパルとエージェントの問題は常に、誰かがコントロールを行使できる場合には、コントロールを行使できる可能性が高く、必ずしもそうとは限らないことを意味します。ユーザーの利益のために。
ブロックチェーンは、ドットコム時代に見られたように、信頼性を推測するために時折使用される流行語になり、「オンライン ビジネス」であることへの無意味な言及も行われています。
ブロックチェーンと未来
これで、ブロックチェーンテクノロジーが実際にどのように機能するのか、そしてなぜブロックチェーンテクノロジーがそれほど革新的なアイデアなのかについての基本的な理解が得られたはずです。ブロックチェーンは、中央機関を必要とせずに、デジタル時代に信頼を生み出す根本的な新しい方法です。
ブロックチェーンがいつか与える可能性のある影響を理解するには、テクノロジーの誕生を振り返ることが役立つかもしれません。
先ほどのジェネシスブロックという言葉を覚えていますか?これは、ブロックチェーン上の最初のブロックに与えられる名前です。最初のブロックチェーンであるビットコインのジェネシスブロックには、次のメッセージが含まれていました。
「タイムズ紙 2009/01/03 首相、銀行への二度目の救済の瀬戸際に。」
2008年7月の悪名高い金融危機を引き起こした金融機関のさらなる救済を報じたその日の新聞の見出しへの言及。
ブロックチェーン技術の誇大宣伝についてどう思うかはともかく、ブロックチェーン技術がお金を動かすものに焦点を当て、世界の仕組みをより良い方向に変えるという野望を持って開発されたことは疑いの余地がありません。
ブロックチェーンが何をするのか、どのように行うのかについてもう少し詳しく知っていただけたでしょうか。ブロックチェーンが、信頼とその悪用が文明を破壊してきた他の多くの面での変化の触媒となる可能性があることがおわかりいただけたと思います。