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1章 - ブロックチェーン101
コンテンツ
- ブロックチェーンとは？
- ブロックのつながり方
- ブロックチェーンと分散化
- ビザンチン将軍問題
- ブロックチェーンに分散性が必要な理由
- ピアツーピア（P2P）ネットワークとは？
- ブロックチェーンノードとは？
- 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
- 取引の仕組み
- ビットコインの取引方法
- ブロックチェーンテクノロジーの発明者は？
- ブロックチェーンテクノロジーの長所と短所
ブロックチェーンとは？
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。
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。
各エントリが最後にリンクされているデータベース。
ブロックはどのように接続されていますか？
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。
| 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 |
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。
ビザンチン将軍問題
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。
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？
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。
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。
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
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取引の仕組み
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。
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
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
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。
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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
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。
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。
第2章 ブロックチェーンはどのように機能するのか？
コンテンツ
- ブロックチェーンにブロックを追加する方法
- マイニング (プルーフ・オブ・ワーク)
- ステーキング (プルーフ・オブ・ステーク)
- 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？
- なぜブロックチェーンにはスケールが必要なのか？
- ブロックチェーンフォークとは？
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。
マイニング (プルーフ・オブ・ワーク)
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。
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)
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。
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
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？
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。
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？
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。
第3章 ブロックチェーンは何に使われるのか？
内容
- サプライチェーンのためのブロックチェーン
- ブロックチェーンとゲーム業界
- ヘルスケアのためのブロックチェーン
- 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)
- ガバナンスのためのブロックチェーン
- チャリティーのためのブロックチェーン
- 投機のためのブロックチェーン
- ブロックチェーンを使用したクラウドファンディング
- ブロックチェーンと分散ファイルシステム
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。
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。
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。
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。
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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
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。
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。
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。
ブロックチェーンを使用したクラウドファンディング
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。