ビットコインや仮想通貨のブームもあり、ブロックチェーンという言葉は社会に広く浸透してきました。
しかし「ブロックチェーンはなぜ生まれ、どんな仕組みで、いかに社会を変える可能性を秘めているか」といった基本事項を詳しく把握することは簡単ではありません。
この記事の目的は、「ブロックチェーンとは何か、何に使えるのか」といった概要/全体像を一つのページで把握できるように記述することです。
各々の詳細は改めて個別記事を書く予定です。
ブロックチェーンの誕生
「ブロックチェーンとは何か？」を知るために、「Bitcoin(BTC)はなぜ、どのように生まれたのか」から解説していきます。
ブロックチェーンとは、Bitcoin(BTC)のシステムを支えるために初めて生み出されたものだからです。
Satoshi論文
ブロックチェーンの歴史は、Satoshi Nakamotoという匿名人物が2008年に “Bitcoin: A Peer-to-Peer-Electronic Cash System” という8ページの論文を、プログラミング等の専門性の高いメーリングリストに投稿したのが始まりです。
タイトルを日本語に訳すと、
『Bitcoin: P2Pの電子キャッシュシステム』
となり、国家や金融機関などの第三者に依存すること無く、個人間で決済を完結させる電子システムを構築するために生まれたのがビットコインです。
一通のメールから始まった構想を、Satoshi含む開発者たちが実際のコードを動かすことで徐々に社会に普及し、今の姿があります。
ビットコインの目的
ネット通販など、私たちが普段に行う電子決済は金融機関(銀行, カード会社etc)への信用に依存しており、それなしに価値交換を行うことができません。しかしそれ故に、
- 商業主は決済取り消しのリスクを背負う(ex.カード不正利用等)
- 取引コストの増大
- ユーザーは第三者へ個人情報を明け渡す
といった、不便であり経済規模の縮小を招くデメリットを持っていました。
そこでSatoshiは論文にて、
「電子決済は独占的な権力を持つ金融機関に依存して実現しているが、ここに第三者を排除した、直接二者間で電子決済ができるシステムを提案する」
という旨の主張を行い、その仕組みと考えうる欠陥への対策を書き連ねることにしたわけです。
“この論文では、何者の信用にも依存することなく、電子取引が可能なシステムを提案しました”
Satoshi Nakamoto 12. Conclusion より
安全で堅牢な決済システムを、第三者に依存せずに実現することがSatoshi論文の最も重要な部分であり、彼は直接二者間で取引可能なビットコイン・ネットワークを構想したということです。
ブロックチェーンの仕組みと特徴
Satoshiが提案したブロックチェーンの仕組みは結局、「第三者を排除しているにも関わらず、セキュアで確実な決済を保証できるビットコイン・システム」を達成するための手段として発明されたものです。
彼その実現のため、 “Timestamp Server” や “proof-of-work” などの概念を論文で紹介しており、これらの組み合わせが後に “ブロックチェーン” と呼ばれることとなります。
暗号通貨やブロックチェーンの始まりであるSatoshi論文では、実は「ブロックチェーン」という単語は出てきません。
以下から、ブロックチェーンの主な特徴を書き出します。
以下を読む前に意識すべきポイントとして、ブロックチェーンは全て、「第三者(管理者)に依存することなく、
- セキュリティ
- 決済の確実性
- サービスの継続性
を実現するにはどうすればよいだろう？」という問いかけからスタートしていると考えてください。より理解が深まります。
管理者のいない「P2P分散型ネットワーク」であること
ブロックチェーンはいかなる第三者への依存を一掃するため、取引データをサーバーなどの一つの場所に保存せず、世界中に分散するコンピューターに保存します。ビットコインの取引データの保存を担う各コンピューターを “ノード” と呼びます。
ビットコイン・ネットワーク(つまりブロックチェーン)を支えるのがノードです。
世界中に散らばるノードは、「誰が誰にいつ、いくらのビットコインを送った」などの全ての情報を記録して分散保存しているため、このシステムは分散型台帳技術(Distributed Ledger Technology, DLT)と呼ばれます。
従って、誰かがビットコイン・ネットワークを攻撃して台無しにしようとしても、世界中に散らばるノード全てを破壊する必要があります。数十や数百を破壊したところで、他のノードは変わらず動き続けるからです。
国家は国民にビットコイン使用を禁止することはできますが、超国家で世界中のノードを停止しない限り、ビットコイン・ネットワークを停止させることは非常に困難です。
記録台帳を全員で分散管理することで恒久的な安定稼働を確保しており、これにより第三者に依存せずとも堅牢なシステムを実現できるのです。
「分散型データベースのようなもの」で間違いありませんが、
- 誰でも匿名&無許可でデータベースになれる
- サーバーなど特権を持つ管理者的存在がいない
- ノード自体が台帳を保存し、対等に検証しあう
などの点で決定的に異なります。例えば許可制の参加であるなど、上記の特徴に欠けていれば管理者に依存することになるからです。
管理者なしにセキュリティを担保するProof-of-Work
「ビットコインの取引台帳を世界中のノードで記録/管理する」と書きましたが、実際は誰がどのようにして取引の台帳を書き込み、記録しているのでしょうか？さらに、どうやって管理者なしに「これが正しい記録だ」と保証できるのでしょうか？
ビットコイン・ブロックチェーンでは、取引台帳の記録に “Proof-of-work (PoW)” というコンセプトが活用されています。
ブロックチェーンは、「AさんからBさんへ1BTCを送金」のような世界中の一つ一つの取引(トランザクション, tx)をブロックごとに詰め込み、新たなブロックを追加してチェーンのように繋ぎます。
ブロックに取引履歴を書き込み、追加していく役割を持つ主体を「マイナー(採掘者)」と呼びます。マイナーがビットコインの取引履歴を記録しているのです。
(例えばAさんがBさんにBTCを送金することを、「トランザクションを送出する」などと言います。しかし、それだけではまだ送金完了ではありません。そのトランザクションをマイナーが拾い、ブロックに書き込めばやっと完了です。)
ノードはビットコインの取引履歴を記録/保存して検証しますが、ノードの中には記録だけでなく、自らブロックを作って新たな取引を書き込んでいく者もいます。
ノードの中でも、ブロックを作る者を「マイナー(採掘者)」と呼びます。(採掘をせず記録/検証のみ行っているノードも多く存在します)
ここで大切なのは “インセンティブ” です。ブロックチェーンを記録し、書き込むことには非常に大きな電力と計算資源が必要で、ボランティアでは困難です。そこでビットコインでは、「新たにブロックを作った人に、報酬としてビットコインが支払われる」というアプローチを取っています。
「新たに記録した(ブロックを作った)報酬としてビットコインを支払う仕組み」をプログラムしておくことで、世界中のノード(マイナー)の参加を促し、記録者が絶えないようにしています。このインセンティブ構造が、ブロックチェーンの最も重要な要素です。
ビットコインを “掘る” “採掘する” “マイニング” と呼ぶのはそのためです。
ビットコインの誕生から順調に、2018/10月時点では約55万のブロックが連なっています。マイナーはコツコツと、現在まで取引記録のブロックチェーンを繋げてきたわけです。
当然、各主体で記録が異なれば大きな混乱を招くため、お金(ビットコイン)の流れを記録する台帳(ブロック)は世界中で統一されなければなりません。
しかしノード(マイナー)は世界各地に散らばっています。従って、各マイナーにより「正当な記録」の認識が一致せず、異なるブロックが繋がる場合があります。これでは後で決済が覆ったり、ユーザーの二重支払いや決済取り消しに繋がり、ビットコインシステムの信頼性を毀損します。
ノードもどちらを記録していけばよいのか判断できません。従って、「本当に正確な記録かどうか」を管理者なしに確かめる仕組みがどうしても必要です。
Proof-of-Workは、この問題を解決します。
“Proof-of-workは、「いかにして”これが多数派の意見である”と決定するのか？」という問題をも解決します。”
Satoshi Nakamoto 4. Proof-of-Work より
上記のSatoshiの言葉にあるように、取引の記録がノードで食い違った(違うブロックが繋がり、チェーンが分岐した)場合、何らかの方法で「このチェーンの記録が正しい」と決定しなければなりません。
そこでProof-of-Workは「最も長く繋がったチェーンを正当なものとする」という判断基準を適用します。要するに「最も計算リソースが注入された台帳記録を正しいものとする」という方法です。
Bitcoin の Proof of Work (PoW) の詳細については、以下をお読みください。
この決定方法で「正しいビットコイン台帳」を繋ぐことにより、不正をして台帳を書き換えようとする攻撃者は、世界中のノード群の中でも最も電気代とマシンパワーを消費せざるを得なくなり、「それならば誠実に台帳を記録し、ビットコインを採掘した方が儲かる」という状況に陥ります。
ビットコインのProof-of-Workはこのような「正直者の方が儲かる」仕組みを持つことで、
- 正確な台帳記録を継続する
- 攻撃者の侵入を予防,困難にする
という決済システムに不可欠な要素を、管理者なしに実現しているのです。
個人の資産を守る「暗号」通貨
ビットコインなどは「仮想通貨, Digital currency」と呼ばれますが、より正確には「暗号通貨, Crypto currency」と呼びます。なぜならブロックチェーン上の通貨の本質は暗号認証だからです
何度も言うように、ビットコインのブロックチェーンは「第三者(管理者)に依存せずに価値交換を行う」ための技術です。従って、自らの資金(ビットコイン)移動は自らが責任を持って実行できる必要があります。
それを可能にするのが「公開鍵暗号方式」です。
ビットコイン所有者はそれぞれ「公開鍵, public key」と「秘密鍵, private key」を管理しており、その2つを署名に使うことでビットコインの移動を許可しています。秘密鍵という強固な暗号を管理することで、資金コントロールを完全に各人が握ることができます。
秘密鍵を厳格に管理している限り、自分のビットコインなど暗号通貨が盗まれることは現実的にありえません。
ネットワーク全体のセキュリティはProof-of-Workなどコンセンサスアルゴリズムで、個人の資産セキュリティは暗号認証により強力に保護されていると考えてください。後に詳細の記事を書く予定です。
国家にも依存しない
「管理者や第三者に依存しない、P2Pネットワーク」を実現する手段としてブロックチェーンは存在しますが、もう一つマクロの視点として、「国家にすら依存しない」という重要な面が存在します。
円やドルなどの法定通貨は通常、国家が独占的な権限を持って発行し枚数を恣意的に調整することが可能ですが、ビットコインの発行は予め組み込まれたプログラムが自動的に発行し、上限も約2100万枚に固定されています。
誰を捕まえてもプログラムは動き続けるため、「発行者のいない通貨」と見做されます。
一度、事前に決められた通貨の数が全て流通すれば、インセンティブは完全に取引手数料からのみに移行し、インフレからは完全に解放されます。
Satoshi Nakamoto 6. Incentive
ビットコインの黎明期の普及の原動力の一つに、政治や経済への国家の介入を嫌う “リバタリアン” たちの活動が挙げられます。「政府が勝手に紙幣を刷ったり、通貨価値を毀損したりできない」というビットコインが彼らの心を掴んだからです。
彼らの戦いを含むビットコイン(ブロックチェーン)の歴史は以下の本にうまく纏められています。ブロックチェーンを深く知るために、ぜひ読んでみてください。
ビットコイン・ブロックチェーンは誰にも所有されませんし、誰のものでもない公共物です。何者かの独断が介在する余地はなく、オープンソースであり誰でもネットワークに参加できます。
ビットコインに留まらないブロックチェーンの可能性、イーサリアム
通貨システムという、最も公共性高く、安全性と確実性、公平性が求められるシステムを、第三者に依存せずに実現するための技術がビットコイン・ブロックチェーンでした。
それ自体は非常に素晴らしいイノベーションでありましたが、その意義が伝わるに従い、「ブロックチェーン技術を、他のアプリケーションに活用できないだろうか？」という問いが出現します。ブロックチェーンが更に面白くなってくるのはここからです。
その問いから、実際に2015年に「イーサリアム(Ethereum)」という新たなブロックチェーンが誕生します。
ブロックチェーンは「通貨システム」であるビットコインのために誕生しましたが、現在ではその長所を「通貨システム」というアプリケーションだけでなく、他のアプリケーションにも適用しようという動きが活発になっています。その筆頭がイーサリアム(Ethereum)・ブロックチェーンです。
イーサリアム(Ethereum)の詳細は以下をご覧ください。上述でブロックチェーンの基礎や狙いが大まかに理解できれば、イーサリアムの理解も簡単です。
ビットコインは、ブロックチェーン上のアプリケーションの一つに過ぎない
イーサリアムのような新たなブロックチェーンが次々と生まれると、あらゆるアプリケーションをブロックチェーン上に構築できるようになります。すると自然と、「ビットコインは、ブロックチェーンの数あるユースケースのうちの一つに過ぎない」という見解が固まります。
イーサリアム・ブロックチェーンこそ、ビットコイン・ブロックチェーンでは難しかったアプリケーションを構築できるブロックチェーンです。
分散型アプリケーション(Decentralized Application, DApps)とは？
イーサリアムが台頭すると、分散型アプリケーション(DApp)という言葉が流行します。アプリケーションではありますが、ブロックチェーンという分散型テクノロジー上で展開される場合は、特別に「分散型」アプリケーションと呼びます。
“Ethereumは分散型アプリケーション(DApp)を構築しようと考える人々のために、特別に設計されたブロックチェーンです。プログラミング言語を組み込むことで、ブロックチェーンを一般化します。ブロックチェーン上で構築されているため、透明性があり、データや資産が暗号で保護されたアプリケーションを構築できます”
Vitalik Buterin explains Ethereum
アプリケーションを通常のサーバーでなく、あえてブロックチェーン上で構築することにより、以下のようなブロックチェーンの特性を活用できます。
- 管理者の排除
- 透明性
- セキュリティ
- トークンの活用
管理者の排除 (Trustless)
ブロックチェーンの特徴を活用するため、当然管理者なしにアプリケーションの稼働を実現できます。
ビットコイン・ブロックチェーンの場合では、
- 金融機関など大企業
- 国家
という2つの管理者を排除した通貨システムを実現しました。
ギリシャやアルゼンチンなど、国家の財政状況を考えて自国通貨に不安がある国民は、資産をビットコインや他の暗号通貨に逃がすことが選択肢の一つになっています。ブロックチェーンは特定の主体の状況に依存することがないからです。
それはまた、通貨やアプリケーションに対して国家や大企業が不当な干渉ができない、という検閲耐性(Censorship resistance)に繋がります。取引は誰でも可能で、なおかつブロックに書き込まれれば改ざんはもはや不可能です。誰もあなたの取引を邪魔したり、不公平に扱うことはできません。
これは、政情が不安定な途上国民からすると非常に重要な機能です。
それがアプリケーション全体に広がるイーサリアムでは、
- サービス提供者
- 仲介者
を排除できるアプリケーションを構築できることを意味します。提供者の事情にすら依存しないため、個人情報を誰かに提供する必要すらありません。
では具体的に、「サービス提供者に依存しないサービス」とはどんなサービスでしょうか？
そのような究極的な状況まで進んだ場合、核となるのは企業ではなく、誰でも検証可能なプロトコルであると考えることができます。
“個人の時代にはこの「主体」が特定の機関ではなく、「プロトコル」になるのではと考えています。” LayerXを設立しましたより
この場合は、もはや誰かを信用する必要なく、自らコードを検証することで安心してサービスの活用ができます。
ブロックチェーンの「第三者の排除」の特性により、サービス仲介者の必要性を減少させ、社会全体の効率化に繋げることも大きな長所です。
透明性(Transparency)
ビットコイン・ブロックチェーンの説明で触れたように、ビットコインの取引履歴は世界中のノードが記録しており、さらに世界中の誰でも、匿名で自由にノードとしてビットコイン・ネットワークに参加可能でした。これはイーサリアムでも変わりません。
つまり、「いつ、どのアドレス(口座)からどのアドレスに、何BTC(ETH)の送金があったのか」といった取引履歴は世界中に公開されており、決済の確実性は強く確保されています。世界中のノードが目撃者になるからです。
先程紹介したChainFlyerからも、ビットコイン誕生から現在までの取引全てが閲覧可能です。
特に金融システムの腐敗は、国家や企業が情報を隠し、不透明な体制を継続していたことが大きな原因です。しかし、資産の運用をブロックチェーン上で行う限りはお金の流れを隠すことは不可能であり、完全に透明性のあるシステムを構築できます。
金融アプリケーションの構築には、こういったブロックチェーンの特性を活かした金融DAppが有効です。
例えばETHLendというプロジェクトは、イーサリアム上のP2Pレンディング・アプリケーション(金融DApp)です。ブロックチェーンの特性上、債務者と債権者は誰で、担保はいくらか…などが全ての人々に公開されており、仲介役の金融機関は存在しません。
債権者が債務者の残高や取引情報を完全に把握できるシステムは、従来型の金融では不可能でした。
“ブロックチェーンがもたらす透明性は、銀行システムなしに完全に機能する融資システムを運用するために極めて重要です。
公開台帳がトラストレスな融資を可能にするからです。”
ETHLend White Paper Transparency
セキュリティ(Security)
Proof-of-WorkやProof-of-Stakeなどの、「記録の正確性を、どのように判断するか」という方法をコンセンサス・アルゴリズムと言います。
記録の正確性とはつまり、「新たなブロックを掘ったマイナーは、誠実な送金記録をつけた」という確証を得ることです。
Proof-of-Workはその確証を、
「攻撃者がそれを覆すには世界中のノードの過半数の計算リソースを投入する必要があり、そんな莫大な投資は不可能であり、仮に可能であったとしても、それならば誠実に暗号通貨(ビットコインならBTC, イーサリアムならETH)を掘る方が利益になる」
という状況を作ることで担保しています。これがブロックチェーンのセキュリティの核心です。
ブロックは永遠に繋がっていきますし、新たなブロックは前のブロックのハッシュを参照しており、それが鎖のつなぎ目となっています。従って、攻撃により以前のブロックを覆したい場合、他のノードと競いつつそれ以降のブロック全てを作り直す労力が求められることになります。それは現実的に不可能です。
「ブロックチェーンに一度書き込まれたデータは、もはや改ざんや消去が不可能だ」と言われるのはそのためです。
ノードが世界中に散らばっていることも前述の通りで、従って攻撃者は一部のブロックチェーン・ノード群を破壊できてもネットワーク全体を破壊できません。他の世界中のノードが正常にデータを保持しているからです。
この特性を考えると、攻撃から守り、確実に保全したい公共性のある資金やデータを扱うアプリケーションをあえてブロックチェーン上に構築することには大きな合理性があります。個人の資産やデータが暗号で保護されているのも前述の通りです。
トークンの活用(Tokenization)
ビットコインを始めとした、ブロックチェーン上の資産のことを“トークン”と呼びます。暗号通貨や仮想通貨と呼ばれるものは、広義にはこの “トークン” にあたります。
ビットコイン・ブロックチェーンにはbitcoin(BTC)がありますし、イーサリアム・ブロックチェーンにはEther(ETH)や多様なトークンがあります。これらは、管理者に依存しないネットワークの参加者(ノード)を誘い込むために不可欠なインセンティブとなります。
DApps(分散型アプリケーション)はブロックチェーン上のサービスであるため、ユーザーが決済する際には円やドル等の法定通貨でなく、トークンを使うこととなります。ブロックチェーン上でトークンとして資産を扱うことにより、透明性や高いセキュリティの恩恵を受けることができます。
トークンは決済に受け取るだけでなく、サービスに貢献したユーザーにポイントのような形で付与する場合もあります。このインセンティブ設計を上手く使えばサービス拡大に非常に有益であり、様々な活用事例が考えられています。
例えば、Steemitというブロックチェーン上のブログSNS(DApp)では、人気記事を投稿すると換金可能なトークンを手に入れることができます。広告等に頼らない直接的なインセンティブ設計ができる点も、ブロックチェーンの強みです。
ちなみに「他のプラットフォームでもSteemitのトークンが価値を持つ」という点で、従来のポイントとは異なります。例えば楽天ポイントは楽天内でしか価値を持ちませんが、トークンならば楽天でもAmazonでも、業界を横断して活用できる資産となります。
国家や企業に依存しないということは、どの国家や企業にも対応できるということです。
ブロックチェーン使い、DAppsを構築する意義
このように、実際に存在するようなアプリケーションを仮にブロックチェーン上で構築すれば、
- サービス提供者を信用する必要がなく
- 運営性の透明性を確保し
- セキュリティが高く
- トークンを活用できる
といったサービスに昇華できる可能性があります。
ブロックチェーンの課題と将来性
ブロックチェーンの大まかな仕組みと、それがどのように社会を変えるのかを議論してきましたが、実際に社会に浸透するにはまだまだ課題が山積しています。
スケーラビリティ問題
現在直面している主要な問題は “スケーラビリティ問題” です。最も成熟したブロックチェーンであるビットコインですら、少し送金依頼が増えるとすぐにパンクし、マイナーの処理が追いつかなくなってしまいます。結果、激しい遅延や手数料の高騰を呼び起こしてしまいます。
その課題はイーサリアムではさらに大きくなりますし、他のブロックチェーンに至っては混雑を起こす以前の問題です。
そこで、ビットコインではライトニング・ネットワーク、イーサリアムではPlasmaなど、様々なソリューションが考えられており、将来的にはスムーズな処理が期待されています。
DAppsの分散性
今回はDAppsの利便性や可能性を強調してきましたが、現在実際に動いているDAppsはその理想を実現しているとはいい難い状況です。
それは主に分散性 “Decentralization” の欠落であり、それに伴うトラストレスの喪失です。多くのDAppsはブロックチェーン上に構築されているものの不十分な体制で運営されており、サービス構築者の独占的な権利を留保している場合が多くあります。
DAppsは「管理者不在」の理想とは裏腹に「サービス構築者の存在を避けられない」という側面が浮き彫りになっているのが現状です。管理者が存在するため、「DAppであるのに国家による規制が入ってしまう」ことも珍しくありません。
今後、「DAppsの真の分散化は可能なのか」といった議論は進んでいくはずです。
ブロックチェーンの分類とその将来性
ブロックチェーンは、実は1種類ではありません。この記事で説明したことは全て、基本的なブロックチェーンの形である “パブリック・ブロックチェーン” についてのものです。
パブリック・ブロックチェーンの筆頭であるビットコインやイーサリアムの台頭の後、「自分たちが許可したノードだけでブロックチェーンを運用する」という分散性を捨てたブロックチェーンも注目を集めてきました。
それが、コンソーシアム型ブロックチェーンです。コンソーシアム型では、許可を得た企業のみが参加するブロックチェーンを構築します。
「許可が不要で、誰でも参加できる」ことがブロックチェーンの本質であるため、このタイプのブロックチェーンには賛否がつきまといますが、実際の企業のユースケースではコンソーシアム型ブロックチェーンが活躍するのかもしれません。
その場合、分散性や検閲耐性を失いますが、他のブロックチェーンの長所を活用することになります。別記事を書く予定です。
結論
Bitcoin誕生から考えると、ブロックチェーンは簡単に言えば、
「資産やデータの移転, 管理を、国家や金融機関に依存せず、自分たちの手で確実に運用する」
ために発明、開発されている技術であり、それの筆頭が通貨システムであるビットコインだということです。
日本に住んでいる場合はあまりこの恩恵を感じることができませんが、国家や経済が不安定な途上国では、
- 資産の没収やデータの検閲から逃れる
- 銀行口座を持てない国の人々に資産管理の手段を与える
など、生活に直結する技術開発でもあります。
国家や企業の枠と制限を越えた取引を実現し、資産やサービス権限を個人の手に引き戻すことこそ、今後ブロックチェーンに期待されていることです。
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