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1章 - ブロックチェーン101
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ブロックチェーンとは？
ブロックチェーンは特殊なタイプのデータベースです。また、 分散型台帳技術 (DLT) という言葉を聞いたことがあるかもしれませんが、多くの場合、ブロックチェーンとDLTは同じ技術を指しています。
ブロックチェーンにはいくつかのユニークな特徴があります。データの追加方法にはルールがあり、データがいったん保存されると、変更または削除することは事実上不可能です。
データはブロックと呼ばれる構造体に時間をかけて追加されます。各ブロックは最後のブロックの上に構築され、前のブロックにリンクする情報が含まれています。最新のブロックを確認することで、それが最後のブロックの作成後に追加されたものであることを確認することができます。つまり、この “連鎖” を遡ることによって、最初のブロックであるジェネシス・ブロックに到達することになります。
例えるなら、2列の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、保持したいデータを入力します。
最初のセルのデータは2文字の識別子に変換され、次の入力の一部として使用されます。この例では、2行目 (defKP) の次のセルに2文字の識別子KP を入力する必要があります。つまり、最初の入力データ (abcAA) を変更した場合、他のすべてのセルに異なる文字の組み合わせが表示されます。
各エントリが最後にリンクされているデータベース。
4行目を見ると、最新の識別子は THです。過去に戻ってデータの変更または削除ができないというルールを覚えていますか？それは、誰でも簡単に変更や削除が行われたことを伝えることができ、あなたが試みた変更はスルーされます。
例えば、最初のセルのデータを変更した場合、異なる識別子が取得されます。これは、2番目のブロックデータが異なり、2行目の識別子が異なることを意味します。THは本質的に、それ以前のすべてのデータから構成される情報の産物です。
ブロックはどのように接続されていますか？
上図で2文字の識別子を使用して説明したことは、ブロックチェーンがハッシュ関数をどのように使用するかを単純化したアナロジーです。ハッシュ化はブロックをつなぎ合わせるための接着剤の役割を果たします。あらゆるサイズのデータを数学的な関数に通し、常に同じ長さの出力 (ハッシュ) を生成することで構成されています。
ブロックチェーンで使用されているハッシュは、全く同じ出力を与える2つのデータを見つける確率が天文学的に低いという点で興味深いものです。上記の識別子と同様に、入力データにわずかな変更を加えるだけで全く異なる出力が得られます。
ビットコインで広く使用されている関数、SHA256を用いて説明しましょう。このように、大文字と小文字を変更しても、出力が完全にスクランブル化されます。
SHA256の衝突(つまり、2つの異なる入力が同じ出力を与える)がないという事実は、ブロックチェーンの文脈において非常に貴重です。それは、各ブロックがそのハッシュを含むことで前のブロックを指すことができ、古いブロックを編集しようとする試みはすぐに明らかになることを意味します。
各ブロックには前者の指紋が含まれています。
ブロックチェーンと分散化
ここまでブロックチェーンの基本的な構造について説明しました。しかし、ブロックチェーン技術に関する話を聞くと、彼らはデータベースそのものの話ではなく、ブロックチェーンを中心に構築されたエコシステムの話をしている可能性が高いです。
単体のデータ構造としては、ブロックチェーンはニッチなアプリケーションでのみ役立ちます。興味深いのは、知らない人同士が協調するためのツールとして使用するときです。他の技術やゲーム理論と組み合わせることで、ブロックチェーンは誰にも制御されない分散型台帳として機能することができます。
これが意味するのは、システムのルールの範囲外でデータを編集する権限は誰にもないということです (ルールの詳細については後述します）。 その意味では、台帳は同時に誰もが所有していると主張することができ、参加者はいつでも台帳の見え方について合意することができます。
ビザンチン将軍問題
上記のようなシステムの障害となる本当の課題は、ビザンチン将軍問題と呼ばれるものです。1980年代に考案されたこの問題は、孤立した参加者がコミュニケーションをとって行動を調整しなければならないというジレンマを描いたものです。具体的なジレンマは、一握りの軍の将官が都市を包囲し、都市を攻撃するかどうかを決定するというものです。将軍は、メッセンジャーを介してのみ通信することができます。
それぞれが攻撃するか退却するか決めなければいけません。すべての将軍が共通の決定に同意する場合、攻撃するか退却するかは問題になりません。もし彼らが攻撃すると決めた場合、同時に進軍することで攻撃は成功します。では、どのようにして成功させるのでしょうか？
確かに、彼らはメッセンジャーを介して通信することができます。しかし、メッセンジャーの“夜明けに攻撃”というメッセージが傍受され、そのメッセージが“今夜攻撃”と置き換えられ、将軍の一人に悪意がある場合、意図的に欺き確実に彼らを敗北に追い込む可能性があります。
すべての武将が攻撃に成功する (左)。他の武将が攻撃している間に一部の武将が退却した場合、敗北する (右)。
参加者が悪意を持っていたり、メッセージが傍受された場合であっても、合意に達することができるような戦略が必要です。データベースを維持できないことは、援軍なしで都市を攻撃するような生死に関わる状況ではないが、同じ原則が成り立ちます。ブロックチェーンを監視し、“正しい”情報をユーザーに提供するためには、ユーザー同士のコミュニケーションが必要になります。
1人 (または数人) のユーザーの潜在的な障害を克服するために、ブロックチェーンのメカニズムは、そのような障害に耐性を持つように慎重に設計されなければなりません。これを実現できるシステムは、ビザンチンフォールトトレラントと呼ばれています。まもなくお見せするように、コンセンサスアルゴリズムは堅牢なルールを強制するために使用されます。
なぜブロックチェーンは分散化が必要なのか？
もちろん、自分でブロックチェーンを操作することもできます。しかし、優れた代替品と比較して、不便なデータベースになってしまいます。ブロックチェーンの本当の可能性は、分散化された環境、つまりすべてのユーザーが平等に使用することができる環境です。そうすることで、ブロックチェーンが削除されたり、悪意を持った乗っ取りはありません。 それは誰でも見ることができる唯一の真の情報源となります。
ピアツーピア（P2P）ネットワークとは？
ピアツーピア (P2P) ネットワークは、ユーザーのレイヤー (前の例では将軍たち) です。管理者が存在しないため、中央のサーバーにコントタクトをする代わりに、他のユーザーと情報交換を行う場合、ユーザーは直接ピアに情報を送信します。
下の図を考えてみましょう。左側では、AはメッセージをFに送信するためにサーバを経由する必要がありますが、右側では仲介者なしで接続されています。
中央集権型ネットワーク (左)と分散型ネットワーク (右)。
通常、サーバーはユーザーが必要とするすべての情報を保持しています。あなたがバイナンスアカデミーにアクセスする際に、あなたはサーバーにすべてのコンテンツを提供するように依頼しています。ウェブサイトがオフラインになると、あなたはコンテンツを表示することができなくなります。しかし、すべてのコンテンツをダウンロードした場合、バイナンスアカデミーに問い合わせをすることなく、あなたのコンピュータ上でコンテンツをロードすることができます。
本質的には、すべてのピアがブロックチェーンで行っていること、つまりデータベース全体がコンピュータに保存されていることです。誰かがネットワークから離脱した場合であっても、残りのユーザーはブロックチェーンにアクセスし、情報を共有することができます。新しいブロックがチェーンに追加されると、データはネットワーク全体に伝播され、すべてのユーザーが各自で台帳のコピーを更新することができます。
このタイプのネットワークの詳細については、「ピアツーピアネットワークの説明」を必ずご覧ください。
ブロックチェーンノードとは？
ノードとは、ネットワークに接続されているマシンのことで、ブロックチェーンのコピーを保存したり、他のマシンと情報を共有したりするものです。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。一般的には、ブロックチェーンソフトウェアをダウンロードして実行するだけで、あとは自動的に処理されます。
上記では、純粋な意味でのノードが何であるかを説明しましたが、定義は、任意の方法でネットワークと相互作用する他のユーザーも含めることができます。仮想通貨では、例えば、あなたの携帯電話上の単純なウォレットアプリケーションは、「ライトノード」として知られているものです。
パブリックブロックチェーン vs プライベートブロックチェーン
ご存知かもしれませんが、ビットコインはブロックチェーン業界が成長するための基礎を築きました。ビットコインが合法的な金融資産であることが証明されて以来、イノベーターたちはその基盤となる技術の他の分野での可能性について考えてきました。その結果、金融以外の無数のユースケースでブロックチェーンの探求が行われるようになりました。
ビットコインはパブリックブロックチェーンと呼ばれるものです。これは誰もがブロックチェーン上での取引を確認することができることを意味しており、参加するために必要なのはインターネット接続と必要なソフトウェアだけです。参加するための他の要件はなく、「パーミッションレス」と呼ぶ場合があります。
対照的に、プライベートブロックチェーンと呼ばれる他のタイプのブロックチェーンも存在します。このシステムでは、ブロックチェーンの確認やコミュニケーションについてのルールが設定されています。このように、私たちはプライベートブロックチェーンを「パーミッションド」と呼んでいます。プライベートブロックチェーンは、一見冗長に見えるかもしれませんが、主にエンタープライズ環境でいくつかの重要なアプリケーションがあります。
このトピックの詳細については、「パブリック、プライベート、コンソーシアムのブロックチェーン - 違いは何か」を参照してください。
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取引の仕組み
もしアリスがボブに銀行振込で支払いたい場合、彼女は銀行とコンタクトを取ります。便宜上、両者が同じ銀行を使用していると仮定します。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ための資金を持っていることを確認します (例えば、-50ドルをアリスに、+50ドルをボブに)。
これは、ブロックチェーン上で行われている処理と大きな違いはありません。結局のところ、それはデータベースです。重要な違いは、情報のチェックをして残高の更新を行う当事者が存在しないということです。すべてのノードは情報のチェックを実行する必要があります。
アリスがボブに5ビットコインを送金したい場合、彼女はネットワークにメッセージをブロードキャストします。すぐにブロックチェーンに追加されるわけではなく、ノードが取引情報を確認することになります。取引を確認するためには他のアクションを完了する必要があります。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？
その取引がブロックチェーン上に追加された場合、すべてのノードは取引が行われたことを確認することができます。彼らはそれを反映させるためにブロックチェーンのコピーを更新します。今、アリスはキャロルに同じ5つのユニットを送信することはできません (つまり、二重消費)。ネットワークは既に以前の取引でユニットを消費したことを知っているからです。
ユーザー名とパスワードの概念はありません。公開鍵暗号方式は、資金の所有権を証明するために使用されます。最初に資金を受け取るために、ボブは 秘密鍵を生成する必要があります。これは非常に長い乱数であり、何百年も自由に使用したとしても、推測は事実上不可能です。しかし、ボブが秘密鍵を第三者に共有した場合、第三者はボブの資金の所有権を証明することができます。つまり、秘密鍵を第三者に共有しないことは重要です。
ボブは秘密鍵から公開鍵を導き出すことができます。また、ボブは公開鍵を第三者に渡すことができます。なぜなら、秘密鍵を取得するために公開鍵をリバースエンジニアリングすることは不可能に近いからです。ほとんどの場合、公開アドレスを取得するために、公開鍵に対して別の操作(ハッシュ処理など)を行います。
アリスに資金の送金先を教えるために公開アドレスを伝えます。アリスは、この公開アドレスに資金を支払うという取引を構築します。そして、自分の秘密鍵を使用してデジタル署名を生成し、資金がアリスのものであることをネットワークに証明します。アリスは署名したメッセージを受け取り、公開鍵と比較することができ、アリスがボブに資金を送る権利を持っていることを、誰でも確信を持って証明することができます。
ビットコインの取引方法
ビットコインの取引方法を説明するために、2つの異なるシナリオを想像してみましょう。1つ目はバイナンスからビットコインを出金する方法で、2つ目はトラストウォレットからエレクトラムウォレットに送金する方法です。
バイナンスからビットコインを出金する方法
1. バイナンスアカウントにログインします。まだビットコインをお持ちでない方は、ビットコインの購入方法についてのガイドをご覧ください。
2. 「ウォレット」にカーソルを置き、「スポットウォレット」を選択します。
3. 左側のサイドバーにある「出金」をクリックします。
4. この場合、出金したい仮想通貨 – BTC を選択します。
5.ビットコインを出金したいアドレスをコピーして、受取人のBTCアドレスに貼り付けます。
6.出金金額を指定します。
7. 送信をクリックしてください。
8. まもなく確認メールが届きます。アドレスが正しいかどうかを慎重に確認してください。正しい場合、メールに記載されている取引内容を確認してください。
9. 取引がブロックチェーン上で実行されるのを待ちます。「入金 & 出金履歴」タブの下、またはブロックエクスプローラーを使用して監視することができます。
トラストウォレットからエレクトラムへビットコインを送金する方法
この例では、トラストウォレットからエレクトラムにビットコインを送ります。
1. トラストウォレットアプリを開きます。
2. ビットコインのアカウントをタップします。
3. 送信をタップします。
4. エレクトラムウォレットを開く。
5. エレクトラムの「受信」タブをクリックし、アドレスをコピーします。
または、トラストウォレットに戻ってアイコンをタップして、エレクトラムのアドレスを示すQRコードをスキャンすることもできます。
6. トラストウォレットの受信者アドレスにビットコインのアドレスを貼り付けます。
7. 金額を指定します。
8. すべてが正しいと思われる場合、取引を確認してください。
9. これで完了です。あなたの取引がブロックチェーン上で確認されるのを待ちます。あなたのアドレスをブロックエクスプローラーにコピーすることで、その状態を監視することができます。
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ブロックチェーン技術を発明したのは誰か？
ブロックチェーン技術は2009年に公式化され、ビットコインが最初で最も人気のあるブロックチェーンとしてリリースされました。しかし、開発者のサトシ・ナカモトは、それ以前の技術や提案からインスピレーションを得ています。
ブロックチェーンはハッシュ関数や暗号技術を多用しており、ビットコインがリリースされる数十年前から存在していました。興味深いことに、ブロックチェーンの構造は1990年代初頭までさかのぼることができますが、それは単に文書のタイムスタンプに使用されていただけで、後から変更することはできませんでした。
このテーマの詳細については、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
適切に設計されたブロックチェーンは、金融から農業に至るまで、多くの業界の利害関係者を悩ませる問題を解決します。分散型ネットワークは、従来のクライアント・サーバモデルよりも多くの利点がありますが、トレードオフもいくつか存在しています。
長所
ビットコインのホワイトペーパーで記載されている利点の1つは、仲介者を介さずに支払いを送信できることです。その後、ブロックチェーンは利点をさらに進化させ、ユーザーがあらゆる種類の情報を送信できるようにしました。取引相手を排除することで、ユーザーのリスクを軽減することができ、仲介者がいないため手数料が安くなります。
先に述べたように、パブリックブロックチェーン・ネットワークは、責任者が存在しないため、参入障壁はありません。将来のユーザーがインターネットに接続することで、ネットワーク上の他のピアと交流することができます。
多くの人が、ブロックチェーンの最も重要な品質は、検閲耐性が高いことだと主張するでしょう。中央集権型サービスを麻痺させるには、悪意のある行為者がサーバを標的にする必要があります。しかし、ピアツーピアネットワークでは、すべてのノードが独自のサーバーとして機能します。
ビットコインのようなシステムには、世界中に1万台以上の可視ノードが散在しており、十分な資源を持つ攻撃者であってもネットワークを侵害することは事実上不可能です。広範なネットワークからは確認することができない、非表示のノードも多数存在することに注意が必要です。
これらは一般的な利点です。「ブロックチェーンは何のために使用されているのか」で確認したように、ブロックチェーンが対応できる具体的な使用例はたくさんあります。
短所
ブロックチェーンはすべての問題を解決する万能なものではありません。前のセクションで述べた長所を活かすために最適化されているため、他の領域に欠けています。ブロックチェーンを大規模に採用する上で最も明らかな障害は、ブロックチェーンの拡張性が低いということです。
これはどのような分散型ネットワークにも当てはまります。すべての参加者が同期している必要があるので、ノードが対応できないため、新しい情報の追加速度が速すぎる可能性があります。そのため、開発者はシステムの分散化を維持するために、ブロックチェーンの更新速度を意図的に制限する傾向があります。
ネットワークのユーザーにとっては、あまりにも多くの人が取引を行おうとする場合、待機時間が長くなる可能性があります。ブロックには多くのデータを保存することができず、即座にチェーンに追加されるわけではありません。ブロックに収まりきらないほど多くの取引がある場合、追加された取引は次のブロックを待たなければなりません。
分散型ブロックチェーンシステムのもう1つの欠点は、簡単にアップグレードできないことです。もしあなた自身のソフトウェアを構築している場合、必要に応じて新しい機能を追加することができます。他のユーザーと一緒に作業したり、修正の許可を求めたりする必要はありません。
潜在的に何百万人ものユーザがいる環境では、変更を行うことはかなり困難です。ノードソフトウェアのいくつかのパラメータを変更することはできますが、最終的にはネットワークから切り離されてしまいます。変更したソフトウェアが他のノードと互換性がない場合、他のノードはそれを認識し、ノードとの対話を拒否します。
ブロックの大きさに関するルールを (1MBから2MBへ) 変更したいとします。あなたが接続しているノードにこのブロックを送信してみることができますが、ノードには “1MB以上のブロックを受け付けない ” というルールがあります。ノードがそれ以上の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含まれません。
変更を推進する唯一の方法は、エコシステムの大多数に変更を受け入れるようにすることです。主要なブロックチェーンでは、 変更が調整されるまでに、フォーラムでの集中的な議論に数ヶ月から 数年かかることもあります。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？
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ブロックチェーンにブロックを追加する方法
これまでに多くのことを説明してきました。私たちは、ノードが相互接続されており、彼らはブロックチェーンのコピーを保存していることがわかりました。彼らは、取引と新しいブロックについての情報を相互に通信します。ノードとは何かについてはすでに説明しましたが、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？
何をすべきかをユーザーに伝える単一のソースはありません。すべてのノードは同等の力を持っているので、誰がブロックチェーンにブロックを追加できるかを公平に決定するメカニズムが必要です。ユーザーの不正行為にはお金がかかりますが、正直に行動した分だけ報われるようなシステムが必要です。どんな合理的なユーザーも、経済的に有益な方法で行動したいと思うでしょう。
ネットワークはパーミッションレスであるため、ブロックの作成は誰でもアクセス可能である必要があります。多くの場合、プロトコルはユーザーに何らかの“スキンをゲーム”に入れることを要求し、ユーザーは自分のお金を危険にさらす必要があります。そうすることで、ブロック作成に参加できるようになり、有効なブロックを生成した場合、報酬が支払われます。
しかし、もし彼らが不正行為をしようとした場合、他のネットワーク参加者は不正行為を知ることができます。彼らが出したステークはすべて失われてしまいます。これらのメカニズムをコンセンサスアルゴリズムと呼んでいますが、これはネットワーク参加者が次にどのブロックを追加すべきかについてコンセンサスに達することを可能にするためです。
マイニング (プルーフ・オブ・ワーク)
マイニングは、圧倒的に最も一般的に使用されているコンセンサスアルゴリズムです。マイニングでは、プルーフ・オブ・ワーク (PoW) アルゴリズムが使用されます。これは、ユーザーがコンピュータの処理能力を使用してプロトコルによって設定されたパズルを解こうとすることを意味します。
このパズルでは、ブロックに含まれる取引やその他の情報をハッシュ化する必要があります。しかし、ハッシュが有効とみなされるためには、一定の数値以下にならなければなりません。与えられた出力が何であるかを予測する方法がないので、マイナーは有効な解決策を見つけるまで、わずかに修正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、データのハッシュ化を繰り返すことには計算コストがかかります。プルーフ・オブ・ワークブロックチェーンでは、ユーザーが投入する“ステーク”は、コンピュータのマイニングに投資したお金と、それを動かすために使用した電力です。ユーザーはブロック報酬を得ることを期待して、これを行うのです。
ハッシュを元に戻すことは事実上不可能だが、チェックは簡単にできると言ったことを覚えていますか？マイナーが新しいブロックをネットワークの残りの部分に送信した場合、他のすべてのノードはそれをハッシュ関数の入力として使用します。そのブロックが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一度だけ実行する必要があります。もしそうでなければ、マイナーは報酬を受け取ることができず、無駄に電気を浪費することになります。
最初のPoWブロックチェーンはビットコインでした。その誕生以来、他の多くのブロックチェーンがPoWの仕組みを採用してきました。
プルーフ・オブ・ワークの長所
これまでに試行錯誤されたプルーフ・オブ・ワークは、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確保しています。
許可不要で誰でもマイニング競争に参加したり、単に検証ノードを実行したりすることができます。
分散型のマイナー同士が競ってブロックを生成することで、ハッシュパワーが単一のパーティによって決して制御されないことを意味します。
プルーフ・オブ・ワークの短所
無駄なマイニングは莫大な電力を消費します。
より多くのマイナーがネットワークに参加するようになり、プロトコルはマイニングパズルの難易度を高めています。競争力を維持するためには、ユーザーはより良い設備に投資しなければなりません。これは、多くのマイナーを犠牲にするかもしれません。
51%の攻撃は、マイニングが分散化を促進しますが、1人のマイナーがハッシュパワーの大部分を獲得する可能性があります。その場合、理論的にはトランザクションを取り消すことができ、ブロックチェーンのセキュリティを損なう可能性がある。
ステーキング (プルーフ・オブ・ステーク)
プルーフ・オブ・ワークでは、あなたが正直に行動するように奨励するものは、コンピュータや電気をマイニングするために支払われたお金です。あなたが正しくブロックをマイニングしない場合は、投資のリターンは得られません。
プルーフ・オブ・ステーク( PoS ) では、外部コストは発生しません。マイナーの代わりに、ブロックを提案 (または“偽造”) するバリデーターが存在します。彼らは通常のコンピューターを使用して新しいブロックを生成することができますが、その特権のために資金の大部分を危険にさらす必要があります。各プロトコルのルールに従って、事前に定義された量のブロックチェーン固有の仮想通貨でステーキングが行われます。
実装のバリエーションは様々ですが、バリデータがユニットをステークすると、プロトコルによってランダムに選択され、次のブロックが通知されます。正しく通知された場合に報酬を受け取ることができます。あるいは、次のブロックに同意したバリデータが複数存在し、それぞれが提示したステークに比例して報酬が分配されます。
“純粋”なPoSブロックチェーンは、DPoS (Delegated Proof of Stake)ブロックチェーンほど一般的ではありません。DPoSブロックチェーンでは、ネットワーク全体のブロックを検証するために、ユーザーがノード (証人) で投票する必要があります。
スマートコントラクトブロックチェーンの代表格であるEthereumは、ETH2.0への移行でステーク証明への移行を間近に控えています。
プルーフ・オブ・ステークの長所
環境に優しいPoSのカーボンフットプリントは、PoWマイニングの数分の1です。ステーキングにより、資源集約的なハッシュ作業が不要になります。
より高速な取引は、プロトコルによって設定された任意のパズルに追加の計算能力を費やす必要がないため、PoSの一部の支持者は、それが取引のスループットを増加させることができると主張しています。
マイニングをするのではなく、ステークの報酬や利子が支払われ、ネットワークを確保するための報酬はトークン所有者に直接支払われます。PoSでは、ユーザーが資金をステークするだけで、エアドロップや利子という形で受動的な収入を得ることができます。
プルーフ・オブ・ステークの短所
比較的テストされていないPoSプロトコルは、まだ大規模にテストされていません。その実装や暗号経済学には未発見の脆弱性があるかもしれません。
Plutocracyは、大きなステークを持つバリデータがより多くの報酬を得る傾向があるように、PoSは、“豊かな取得豊かな生態系”を奨励しているという懸念があります。
PoWでは何も賭けられない問題があり、ユーザーは最も成功する可能性が高いと思われるチェーンを“1つの”チェーンに賭けることしかできません。ハードフォーク時には、同じハッシュパワーで複数のチェーンに賭けることはできません。しかし、PoSのバリデータはコストをかけずに複数のチェインに賭けることができるので、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
作業証明とステイク証明が最も一般的なコンセンサスアルゴリズムですが、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ハイブリッドなものもあれば、全く異なる方法を採用しているものもあります。
ここでは詳しく説明しませんが、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？
ブロックチェーンは設計上、非常に堅牢なデータベースです。その固有の特性から、記録された後にブロックチェーンのデータを削除したり変更したりすることは非常に困難です。となると、ビットコインや他の大規模ネットワークでは、ほとんど不可能です。そのため、ブロックチェーン上で取引を行う際には、永遠に固定されていると考えた方が良いでしょう。
とはいえ、ブロックチェーンには様々な実装が存在し、それらの間の最も基本的な違いは、ネットワーク内でのコンセンサスの取り方にあります。つまり、一部の実装では、比較的少数の参加者がネットワーク内で十分な力を得て、効果的に取引を元に戻すことができるということです。これは、小規模なネットワーク上で実行されている (マイニング競争がほとんどないためハッシュ率が低い) アルトコインにとっては特に関係しています。
ブロックチェーンのスケーラビリティとは？
ブロックチェーンのスケーラビリティは、一般的にブロックチェーンシステムの需要の増加に対応する能力を指す包括的な用語として使用されています。ブロックチェーンには望ましい特性(分散化、検閲耐性、不変性など)がありますが、それにはコストがかかります。
分散型システムとは対照的に、集中型データベースはかなり高い速度とスループットで動作することができます。世界中に散らばっている何千ものノードが、その内容が変更されるたびにネットワークと同期する必要がないので、これは理にかなっています。しかし、ブロックチェーンの場合はそうではありません。その結果、スケーラビリティはブロックチェーンの開発者の間で何年も前から議論の的になっています。
ブロックチェーンのパフォーマンスの欠点を軽減するために、いくつかの異なるソリューションが提案されたり、実装されたりしています。しかし、現時点では明確な最良のアプローチはありません。スケーラビリティの問題にもっとわかりやすい答えが出るまで、多くの異なるソリューションを試す必要がありそうです。
より広いレベルでは、スケーラビリティに関する根本的な問題があります。ブロックチェーン自体のパフォーマンスを向上させるべきなのか (オンチェーン・スケーリング)、それともメイン・ブロックチェーン (オフチェーン・スケーリング)を肥大化させずにトランザクションを実行できるようにすべきなのか。
両者には明確なメリットがあるかもしれません。オンチェーンのスケーリング・ソリューションでは、トランザクションのサイズを縮小したり、データをブロックに保存される方法を最適化したりすることができます。一方、オフチェーン・ソリューションでは、メインのブロックチェーンからトランザクションをバッチ処理し、後から追加するだけです。最も注目すべきオフチェーン・ソリューションのいくつかは、サイドチェーンやペイメントチャネルと呼ばれています。
あなたがこのトピックについてもっと深く掘り下げたい場合、「ブロックチェーンのスケーラビリティ - サイドチェーンとペイメントチャネル」をお読みください。
なぜブロックチェーンにはスケールが必要なのか？
ブロックチェーン・システムが中央集権化されたシステムと競争しようとするなら、少なくとも同等のパフォーマンスが必要です。しかし現実的には、開発者やユーザーにブロックチェーン・ベースのプラットフォームやアプリケーションへの切り替えを促すためには、さらに優れた性能が必要になるでしょう。
つまり、中央集権型システムと比較した場合、ブロックチェーンを使用するには、開発者とユーザーの両方にとって、より速く、より安く、より簡単にする必要があるということです。以前に議論したブロックチェーンの特徴を維持しながら達成するのは簡単なことではありません。
ブロックチェーンフォークとは？
他のソフトウェアと同様に、ブロックチェーンは問題を修正したり、新しいルールを追加したり、古いルールを削除したりするためのアップグレードが必要です。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、理論的にはネットワークを管理するソフトウェアに新しいアップデートを追加することは誰でも提案することができます。
ブロックチェーンは分散型ネットワークであることを忘れないでください。ソフトウェアがアップグレードされると、世界中に散らばってい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、参加者がどのようなアップグレードを実装するかに合意できない場合はどうなるのでしょうか？現状、決定するために確立された意思決定の流れを持つ組織がありません。このため、ソフトフォークやハードフォークが発生します。
ソフトフォーク
アップグレードがどのように見えるかについて一般的な合意があれば、比較的簡単な問題です。このようなシナリオでは、ソフトウェアは下位互換性のある変更で更新され、更新されたノードはまだそうでないノードと相互作用することができることを意味します。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。これをソフトフォークと呼びます。
ハードフォーク
ハードフォークはもっと複雑です。一度実装されると、新しいルールは古いルールと互換性がありません。つまり、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相互作用しようとすると、通信できなくなります。その結果、ブロックチェーンは2つに分裂し、1つは古いソフトウェアが実装されており、もう1つは新しいルールが実装されています。
ハードフォークの後には、基本的に2つの異なるネットワークが2つの異なるプロトコルを並行して実行していることになります。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高は古いネットワークからクローンされていることに注意してください。つまり、古いチェーンに残高がある場合、新しいチェーンにも残高が現れます。
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3章 ブロックチェーンは何に使われるのか？
内容
ブロックチェーン技術は幅広いユースケースに利用できます。そのうちのいくつかを見ていきましょう。
サプライチェーンのためのブロックチェーン
効率的なサプライチェーンは、多くの成功した事業の中核であり、供給者から消費者への商品の取り扱いに関心を持っています。特定の業界における複数の利害関係者の調整は、従来から困難であることが証明されています。しかし、ブロックチェーン技術は、多くの産業において新たなレベルの透明性を可能にする可能性があります。不変のデータベースを中心とした相互運用可能なサプライチェーン・エコシステムは、多くの産業がより強固で信頼性の高いものになるために必要なものです。
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産業の一つとなっており、ブロックチェーン技術の恩恵を大いに受けることができます。一般的に、ゲーマーはゲーム開発者に翻弄される傾向があります。ほとんどのオンラインゲームでは、ゲーマーは開発者のサーバースペースに頼らざるを得ず、常に変化するルールに従わざるを得ません。このような状況において、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つ可能性があります。
しかし、最大の問題は、ゲームアイテムがタイトルの外には存在できず、実際の所有権や二次市場の可能性を排除してしまうことです。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、ゲームは長期的に、より持続可能なものになる可能性があり、暗号化された収集品として発行されたゲーム内アイテムは現実世界での価値を獲得することができます。
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。
ヘルスケアのためのブロックチェーン
医療記録を信頼性の高い方法で保存することは、どのような医療システムにとっても不可欠であり、集中管理されたサーバーに依存していると、機密情報が脆弱な立場に置かれてしまいます。ブロックチェーン技術の透明性とセキュリティは、医療記録を保存するための理想的なプラットフォームとなっています。
ブロックチェーン上の記録を暗号化して保護することで、患者はプライバシーを維持しながら、医療情報をあらゆる医療機関と共有できるようになります。現在細分化されている医療システムのすべての参加者が、安全なグローバル・データベースを利用できるようになれば、参加者間の情報の流れは、はるかに高速になります。
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
国際送金は従来の銀行業務では面倒なものでした。仲介業者の複雑なネットワークが主な原因で、手数料と決済時間は、従来の銀行を利用しても、緊急の取引には高価で信頼性がありません。
仮想通貨とブロックチェーンは、このようなエコシステムの仲介者を排除し、世界中で安価で迅速な送金を可能にします。ブロックチェーンは、望ましい特性の一部のためにパフォーマンスを犠牲にしていることは間違いありませんが、さまざまなプロジェクトがこの技術を利用して、安価でほぼ即時の取引を可能にしています。
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
インターネット上のアイデンティティを安全に管理するためには、迅速なソリューションが切実に必要とされています。膨大な量の個人データが集中管理されたサーバーに保存され、私たちの知識や同意なしに機械学習アルゴリズムによって分析されています。
ブロックチェーン技術は、ユーザーが自分のデータの所有権を取得し、必要な時だけ第三者に情報を公開することを可能にします。このタイプの暗号化マジックは、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を可能にします。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例:デジタルアイデンティティ」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)
驚異的な量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。これらのデバイス間の通信や協力は、ブロックチェーン技術によって大幅に強化されるのではないかという憶測もあります。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、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た新しい経済を生み出す可能性があります。
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 (IoT)」を参照してください。
ガバナンスのためのブロックチェーン
分散型ネットワークは、コンピュータコードの形で独自の規制を定義し、施行することができます。ブロックチェーンが地域、国家、あるいは国際的なレベルでの様々なガバナンスプロセスを分離する可能性があるのは当然のことです。
さらに、オープンソースの開発環境が現在直面している最大の問題の一つである、資金分配のための信頼できるメカニズムの欠如を解決することができます。ブロックチェーンガバナンスは、すべての参加者が意思決定に参加できることを保証し、どのポリシーが実行されているかの透明性の高い概要を提供します。
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。
チャリティーのためのブロックチェーン
チャリティー団体は、資金を受け入れる方法の制限に阻まれることがよくあります。さらに苛立たしいことに、寄付された資金の最終的な行き先を正確に追跡することは困難であり、これらの組織を支援することから多くの人を躊躇させることは間違いありません。
クリプトチャリティー活動は、これらの制限を回避するためにブロックチェーン技術を使用することに関心を持っています。透明性の向上、グローバルな参加、経費の削減を実現するために、技術に固有の特性を利用することで、この新興分野ではチャリティー活動のインパクトを最大化しようとしています。そのような組織の一つがブロックチェーンチャリティー財団です。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例: チャリティー」を参照してください。
投機のためのブロックチェーン
ブロックチェーン技術の最も一般的な用途の一つは、間違いなく投機です。取引所間の摩擦のない転送、非カストディ取引ソリューション、そして成長を続けるデリバティブ商品のエコシステムは、あらゆるタイプの投機家にとって理想的な場となっています。
ブロックチェーンは、その固有の特性から、このような萌芽的な資産クラスに参加するリスクを厭わない人にとっては、優れた手段となります。テクノロジーとそれを取り巻く規制が成熟すれば、世界の投機市場はすべてブロックチェーン上でトークン化されるかもしれないと考える人もいます。
詳細については、「ブロックチェーンの使用例: 投機市場」を参照してください。
ブロックチェーンを使用したクラウドファンディング
オンラインクラウドファンディングのプラットフォームは、ほぼ10年ほど前からピアツーピア経済の基礎を築いてきました。これらのサイトの成功は、クラウドファンディングされた製品開発のための本当の関心がそこにあることを示しています。しかし、これらのプラットフォームは、資金のカストディアンとして機能するように、彼らは手数料として、かなりの部分を取ることがあります。さらに、彼らはそれぞれ異なる参加者間の合意を容易にするための独自のルールセットを持っています。
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、コントラクトの条件がコンピュータコードで定義されている、より安全で自動化されたクラウドファンディングを可能にする可能性があります。
ブロックチェーンを使ったクラウドファンディングのもう一つの応用例として、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)があります。これらのようなトークンセールでは、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、投資に対するリターンを得ることができます。
ブロックチェーンと分散ファイルシステム
インターネット上でファイルストレージを分散することは、従来の中央集権型の代替手段と比較して多くの利点があります。クラウドに保存されているデータの多くは、集中管理されたサーバーやサービスプロバイダに依存しており、攻撃やデータ損失に対してより脆弱な傾向があります。場合によっては、集中管理されたサーバーからの検閲が原因で、ユーザーはアクセシビリティの問題に直面することもあります。
ユーザーの視点から見ると、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、ファイルのアップロード、保存、アクセスができる他のクラウドストレージソリューションと同じように動作します。しかし、バックグラウンドで起こっていることは全く異なります。
ブロックチェーンストレージにファイルをアップロードすると、複数のノードに分散して複製されます。いくつかのケースでは、各ノードはファイルの異なる部分を保存します。ノードは部分的なデータを扱うことはできませんが、後でノードに各部分の提供を要求することができるので、それらを組み合わせて完全なファイルを取り戻すことができます
ストレージスペースは、ネットワークにストレージと帯域幅を提供する参加者から得られます。一般的に、これらの参加者は、リソースを提供するために経済的にインセンティブを与えられ、ルールに従わなかったり、ファイルの保存や提供に失敗した場合には経済的に罰せられます。
この種のネットワークは、ビットコインに似ていると考えることができます。場合によっては、ネットワークの主な目的は、金銭的価値の転送をサポートするために、検閲耐性のある、分散化されたファイルストレージを有効にすることです。
InterPlanetary File System (IPFS)などの他のオープンソースプロトコルは、新しい永続的な分散型のウェブへの道を切り開いています。IPFSはプロトコルであり、ピアツーピアネットワークですが、正確にはブロックチェーンではありません。しかし、セキュリティと効率性を高めるために、ブロックチェーン技術のいくつかの原則を適用しています。