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中央集権的なデータベースが主流となった世界に、「分散型」という代替手段が登場しました。セキュリティ、透明性、信頼性が格段に向上した、この革新的な概念こそ、「ブロックチェーン技術」です。
ブロックチェーン技術とは、コンピュータネットワークのノード間で共有される分散型データベースや台帳ですが、広く知られている役割としては、取引の記録を安全かつ分散的に管理する暗号通貨システムでしょう。そして現在、あらゆる業界のデータを不変にするとして、ブロックチェーンの活用範囲はデジタル領域をはるかに超えています。
例えば、すべての項目が「誰でも」「いつでも」「どこでも」検証可能なデータベースを想像してみてください。不変のデータという成果物は、情報の保存、管理、アクセスの方法を再構築し、従来のデータベースシステムでは見られなかったレベルの信頼性と透明性を提供します。このような理由から、情報漏洩が横行する今日のデジタル社会において、ブロックチェーン技術は希望の光となっています。分散型の性質と暗号化セキュリティを備えたブロックチェーンは、データの操作といった不正行為や不正アクセス、検閲まで、従来のデータベースが直面している差し迫った課題に対処できる可能性を秘めているのです。
本ブログの目的は、データベースとしてのブロックチェーンの領域を深く掘り下げることです。現在の技術的状況におけるブロックチェーンの関連性を探り、その主たる特徴と機能を検証し、様々な業界におけるブロックチェーンの潜在的な応用についてまとめていきます。
このブログを読み終わる頃には、データベース技術の明るい未来を担うブロックチェーンの役割と、デジタル時代におけるデータの保存、管理、セキュリティの方法に対するブロックチェーンの役割について、包括的に理解できるようになるでしょう。
※ 本ブログは、インド開発拠点のNode.js開発者Faheem著書の翻訳記事です。
【1991〜2000年】
1991年、研究者のStuart Haber氏とW. Scott Stornetta氏がブロックチェーン技術を発表し、デジタル文書に安全にタイムスタンプを付与するための実用的なソリューションを目指して、ブロックチェーン技術を導入しました。1992年には、この基盤の上にMerkle Treesが構築され、複数のデータレコードを1つのブロックに集めることが可能になりました。また2000年には、Stefan Konst氏が暗号セキュアチェーンの理論を発表し、将来のブロックチェーン実装の基礎を築きました。
【2004〜2009年】
2004年、暗号活動家のHal Finney氏が「再利用可能なプルーフ・オブ・ワーク（Proof of Wor／以下PoW）」と呼ばれるデジタルキャッシュシステムを導入しました。このシステムは二重支出問題に対処し、ブロックチェーン技術への信頼を高めました。また、この時期に、ブロックチェーン技術の概念化と実用化が行われ、2008年にはサトシ・ナカモト氏がBitcoin（ビットコイン）白書を発表しました。Bitcoinマイニングが人気を博し、2009年には最初にBitcoinを購入した人が大きなリターンを得ました。
【2014〜2017年】
ブロックチェーン技術が通貨から切り離され、2014年にブロックチェーン2.0が誕生しました。金融機関や産業界は、デジタル通貨以外のブロックチェーンの活用を模索し始め、日本では2017年に、Bitcoinが法定通貨として認められるという重要な節目を迎えました。また、Block.one社がEOSブロックチェーンオペレーティングシステムを発表し、商業用の分散型アプリケーションを提供しました。
【2018〜2022年】
2018年にBitcoinは10周年を迎えましたが、その価値は大きく変化しています。主要なオンラインプラットフォームでは暗号通貨の広告が禁止され、暗号通貨の規制・監視が強まりました。2019年には、Ethereum（イーサリアム）ネットワークの取引が1日に100万件を超え、ブロックチェーン技術のスケーラビリティと将来性にスポットライトが当たりました。そして2020年、安定性を提供するステーブルコインが人気を集める一方、EthereumはBeacon Chain（ビーコンチェーン）のローンチによりEthereum2.0への移行を準備しました。2022年、EthereumはコンセンサスメカニズムをPoWからプルーフ・オブ・ステーク（Proof of Stake／以下PoS）に移行し、エネルギー消費を99.95%と大幅に削減しました。オリジナルのEthereumメインネットはPoSベースで動作するBeacon Chainと統合し、ブロックチェーンの持続可能性におけるマイルストーンとなります。
ブロックチェーン技術とは、従来の中央集権型システムによく見られる大きな課題に対処することができます。
従来の中央集権型のデータベースは、透明性と信頼性に欠けており、データ改ざんが簡単に行われたり、不正検知ができず操作されてしまう可能性がありました。これは特に、正確かつ不変の記録が不可欠な、金融、医療、サプライチェーン管理などの分野において、データの完全性に深刻な脅威をもたらします。さらに、中央集権型システムは単一障害点に弱いため、サイバー攻撃、情報漏洩、システムダウンの影響を受けやすく、経済的損失や風評被害に繋がりかねません。
例えば、Aの口座とBの口座間でお金を送金するとします。Aは実店舗の銀行もしくは銀行のWebサイトにアクセスし、窓口でAの口座からBの口座に指定の金額を送金することに依頼し、銀行側で内部サーバーに情報を登録します。ここで、この記録はAとBの両方の口座で更新される必要があります。シンプルな手順に感じるかもしれませんが、無視できない問題が「データハッキングの可能性」です。取引記録が簡単に操作や変更されてしまう可能性があります。
この問題を解決できるのが「ブロックチェーン技術」です。この技術により、透明性、セキュリティ、検証可能性を備えた「分散」かつ「不変」の台帳が実現できます。ブロックチェーンの各ブロックには、前ブロックの暗号化ハッシュが含まれ、PoWやPoSのようなコンセンサスメカニズムを通じて相互にリンクし、セキュリティで保護されたブロックチェーンを作成します。これにより、一度ブロックチェーンに記録されたデータは、ネットワーク参加者の合意なしには変更や削除ができない仕組みになっています。さらに、ブロックチェーン技術はピアツーピア（Peer to Peer／以下P2P）取引を可能にすることで、仲介者が不要になり、取引コストと処理時間削減が実現できます。
ブロックチェーン技術が対処する課題を理解することは、デジタル化の進む現代社会において、企業や個人に限らず、非常に重要です。ブロックチェーンは、企業にとって中央集権的なデータ保存や取引処理に伴うリスクを軽減するソリューションを提供し、データセキュリティの強化や、業務の効率化、クライアントやパートナーとの信頼関係を構築することができます。また、個人にとっても、金融包摂、デジタルID管理、デジタル資産の所有権に関する機会を提供します。さらに、データプライバシーとサイバーセキュリティに関する懸念が高まる中、ブロックチェーンは個人がデータとデジタルIDを管理できるようにし、進化するデジタル環境でプライバシーとセキュリティを確保します。
ブロックチェーン技術は、安全で透明性の高い分散型アプローチによって、データの保存や管理に革命を起こします。従来の中央集権型データベースとは異なり、基本的にコンピュータのネットワーク（ノード）間で共有される分散型台帳で構成されます。P2Pネットワークで動作するため、単一のエンティティがデータベース全体を管理することはありません。
また、基本概念の中心は「ブロック」と「チェーン」で、各ブロックに検証・確認された取引が時系列にまとめられています。これらのブロック同士はリンクし合い、各ブロックが前のブロックの暗号化ハッシュを含む不変チェーンを形成し、取引記録のセキュリティと整合性を保証します。安全で分散化されたシステムを構築するために、チェーンは以下のようなコンポーネントで構成されています。
・分散型台帳
ブロックチェーン技術の中核には、分散型台帳という概念があります。分散型台帳とは、ネットワーク内の複数のノードやコンピュータ間で共有される分散型データベースのことです。各ノードが台帳のコピーを保持し、コンセンサスメカニズムを通じてすべてのコピーが同期・更新されます。この分散型の性質により、単一障害点やデータベースを制御する中央機関が存在せず、透明性、不変性、ネットワーク参加者間の信頼を実現します。
・スマートコントラクト
スマートコントラクトは、ブロックチェーン上に保存・実行され、契約条件がコードに直接書き込まれ仲介者を介さずに自動実行されるため、改ざんを防止した締結が可能な契約です。また、契約条件を自動的に適用し、事前に定義された条件に基づいたアクションを起こして、取引を円滑に行うことも可能です。これらはブロックチェーン技術の重要な特徴であり、金融、サプライチェーン管理、ヘルスケアなど、様々な業界で目的に応じた分散型のアプリケーションを実現します。
・暗号ハッシュ
暗号ハッシュは、ブロックチェーン上のデータを保護するために使われる基本的な技術です。ハッシュ関数は入力データを受け取り、ハッシュ値（またはハッシュコード）と呼ばれる固定サイズの文字列を生成します。このハッシュ値は入力データに対して一意であり、入力に少しの変更があっても、全く異なるハッシュ値になるように生成されます。暗号ハッシュは、データのブロックごとに一意のデジタル指紋を作成することで、ブロックチェーンに保存されているデータの整合性と不変性を保証します。また、ハッシュは各ブロックが前のブロックのハッシュ値を含むため、ブロックをチェーンで連結するためにも使用されます。これにより、安全かつ改ざん防止されたブロックチェーンが形成され、ブロックに変更が加えられるとそのハッシュ値が変更されるため、チェーンが切断され、後続のブロックが無効となります。
・Solidity
Solidityは、Ethereumブロックチェーン上でスマートコントラクトを記述するために特別に設計された高水準プログラミング言語です。分散型アプリケーション（DApps）を開発し、Ethereum仮想マシン（EVM）上でスマートコントラクトを実行するための人気言語です。シンプルで、JavaScriptや他のC系言語と似ており、広く使用されています。
・JavaScript（Node.js）
JavaScriptは、Webアプリケーション開発によく使用される、汎用性の高いプログラミング言語です。ブロックチェーン開発の中でも、特にブロックチェーンネットワーク上で動作する分散型アプリケーションの構築に使用されています。また、JavaScriptの実行環境であるNode.jsは、ブロックチェーンネットワークとのやり取り、ブロックチェーンアプリケーションのWebベースインターフェイスの作成、ブロックチェーンプロジェクトのバックエンドインフラの開発によく使用されます。
・Python
Pythonは、シンプルで読みやすく、汎用性があることで知られる汎用プログラミング言語です。ブロックチェーンプロトコルの構築、スマートコントラクトの開発（Web3.pyなどのフレームワークを使用）、ブロックチェーンベースのアプリケーションの作成、ブロックチェーン関連のアルゴリズムの実装などによく使用されます。Pythonには豊富なライブラリとフレームワーク用意されているため、開発者の間で人気があります。
・Java
Javaは、プラットフォームへの非依存性、スケーラビリティ、堅牢性で知られるプログラミング言語です。エンタープライズグレードのブロックチェーンアプリケーションの構築、スマートコントラクトの開発（Ethereumのweb3jのようなフレームワークを使用）、大規模プロジェクト向けのブロックチェーンベースのソリューションの作成などによく使用されます。Javaの強力な型付けとオブジェクト指向機能は、複雑なブロックチェーンシステムの構築に適しています。
・C++
C++は、システムレベルのプログラミングや高性能アプリケーションの構築によく使用される、強力で効率的なプログラミング言語です。ブロックチェーン開発では、コアブロックチェーンプロトコルの実装、ブロックチェーンノードとクライアントの開発、ブロックチェーンシステムのパフォーマンスが重要な部分の最適化などによく使用されます。C++は、低レベルの制御と高性能コンピューティングを必要とするブロックチェーンプロジェクトで特に人気があります。
・Go（Golang）
Golangとも呼ばれるGoは、Googleが開発した静的型付けプログラミング言語です。シンプルさ、効率性、組み込みの並行処理サポートで知られています。Goはブロックチェーン開発において、ブロックチェーンノードの構築、ブロックチェーンベースのアプリケーションの開発、ブロックチェーンシステムのパフォーマンスが重要なコンポーネントの最適化など、ブロックチェーン開発で使用されることが増えています。使いやすさと同時実行の強力なサポートにより、拡張性があり効率的なブロックチェーン技術を構築するための人気の選択肢となっています。
・Remix IDE
Ethereumなどのプラットフォーム上でスマートコントラクトを記述、テスト、デバッグするためのオープンソースのIDEです。
・Truffle Suite
Truffle、Ganache、Drizzle を含む開発フレームワークで、Ethereum DAppの開発を簡素化します。
・Ethlint／Solium
Solidityスマートコントラクトのセキュリティ脆弱性とコーディングエラーを特定・修正するためのツールです。
・Parity
Ethereumノードやスマートコントラクト開発ツールなど、ブロックチェーンネットワークとの高速かつ安全なやり取りを実現するブロックチェーンインフラソフトウェアです。
ブロックチェーン技術とはデジタル台帳のようなものですが、中央機関が管理するのではなく、コンピュータネットワーク全体に分散されています。
例えば、複数の人々が共有のドキュメントで取引を記録しているとします。誰かがモノの売買履歴を追加すると、この取引は他の取引と束ねられ、「ブロック」に封印されます。各ブロックには、デジタル指紋のような働きをする「ハッシュ」と呼ばれる独自のコードと、これらの取引のリストが含まれています。ブロックがいっぱいになると、既存のブロックチェーンに追加され、すべての取引の時系列記録が形成されます。
特徴としては、このチェーンがネットワーク内のすべてのコンピュータに保存されるため、事実上、改ざんが不可能であるということです。誰かが一つのブロックの取引を変更しようとすると、その変更はネットワーク内の多数のコンピュータによって検証される必要がありますが、その可能性は極めて低いです。ブロックチェーンの非中央集権的で透明な性質は、安全で詐欺に強いものとなっています。すべての取引が有効で不変であることを保証するデジタル公証人を持つようなものです。
さらに、台帳が分散されているため、単一障害点がなく、信頼性が高くなっています。この技術は、サプライチェーンの追跡から身元の確認まで、金融取引以外にも応用が可能で、デジタル時代における情報の保存と転送の方法に革命をもたらしています。
ブロックチェーン技術を応用したサービスは、様々な業界で幅広く実用化されており、従来の問題に対する革新的なソリューションを提供しています。
・サプライチェーン管理
製造元から消費者までの製品流通の全ステップを記録することで、透明で追跡可能なサプライチェーンを実現します。例えば、Walmart社やMaersk社などの企業は、商品の原産地と移動を追跡するためにブロックチェーンを導入し、不正行為の削減、効率の向上、製品の信頼性を確保しています。
・医療記録管理
患者の医療記録を保護・分散化し、プライバシー、セキュリティ、相互運用性を確保します。Medicalchain社やNebula Genomics社などの企業は、ブロックチェーンを利用して、個人が自分の医療データを管理できる患者中心の医療プラットフォームを構築しています。
・投票システム
透明性がある改ざん防止された投票記録の提供により、投票システムは大きく変わります。VoatzやFollow My Voteなどのプロジェクトは、選挙の完全性とアクセシビリティを確保するために、ブロックチェーンベースの投票プラットフォームを模索しています。
・知的財産権
特許、著作権、商標などの知的財産権を安全かつ不変な登録を可能にします。IPChain Verisartなどのプラットフォームは、ブロックチェーンを使用してデジタル資産を認証・保護し、クリエイターの所有権を保証しています。
・音楽ストリーミングと NFT
世界有数の音楽ストリーミングプラットフォームの一つであるSpotifyは、ブロックチェーン技術とNFT（non-fungible tokens／非代替トークン）の統合を模索し、ユーザーエンゲージメントの強化とアーティストの地位向上を目指しています。具体的には、ブロックチェーンベースのNFTを活用することで、リスナーに限定プレイリストのアンロック、特別コンテンツへのアクセス、お気に入りのアーティストや楽曲と結びついた独自の体験を提供することを目指しています。
・保険
効率性、透明性、信頼性を高めることで保険業界も改革しています。Accenture社などの企業は、保険プロセスを合理化するブロックチェーン技術を開発しており、業界の主要な手続きをブロックチェーン対応のプロトコルに変換しています。さらに、ブロックチェーンは、Nationwide社のRiskBlockの取り組みで実証されているように、リアルタイムの保険証明情報の提供にも利用されています。この進歩により、法執行機関、被保険者、保険会社による保険適用範囲のシームレスな検証が容易になり、最終的に保険金請求処理が迅速化され、保険エコシステム内での信頼性が強化されます。
・透明性の向上
ブロックチェーン技術は、関係者全員がアクセス可能な、共有の不変の台帳を提供することで透明性を確保します。
・セキュリティの強化
ブロックチェーンの基礎となる暗号化原理により、データの安全性が確保され、権限のない者が取引記録を変更することはほぼ不可能になります。
・分散化
データをノードのネットワーク分散させることで、仲介者が不要となり、単一障害点のリスクを低減し、システムの耐障害性を強化します。
・効率性の向上
プロセスの自動化と手作業による照合作業の排除により業務が効率化され、従来の記録管理に関連する時間とコストが削減されます。
・信頼と説明責任
ブロックチェーンの透明性と耐改ざん性により、参加者間の信頼を醸成し、取引の説明責任と整合性の向上に繋がります。
・個人のエンパワーメント
自己主権的なアイデンティティとデジタル資産の所有権により、ブロックチェーンは個人のデータと資産に対する管理能力を高め、デジタル取引における個人のエンパワーメントを実現します。
【課題】
・スケーラビリティ
ブロックチェーン技術が直面している主な課題の一つは、スケーラビリティです。取引数が増えると、ブロックチェーンネットワークは増加する取引量の効率的な処理に苦慮することが多く、取引処理時間の遅延や、高額な手数料に繋がります。
・エネルギー消費
マイニングと呼ばれる、エネルギー集約型の取引検証プロセスは、ブロックチェーン技術の環境への影響について懸念を呼んでいます。BitcoinやEthereumなどの一般的なブロックチェーンで使用されているPoWコンセンサスメカニズムは、大きな計算能力を必要とするため、高いネルギー消費に繋がります。
・相互運用性
異なるブロックチェーンネットワーク間の相互運用性は依然として課題であり、異なるシステム間のシームレスな通信やデータ転送を妨げています。標準化と互換性のあるプロトコルが不足しているため、業界を超えたブロックチェーンソリューションの統合に向けた取り組みが複雑化しています。
・資金不足
多くのブロックチェーンプロジェクトは、特に開発の初期段階で資金調達の課題に直面しています。資金が限られていると、研究、開発、実装の取り組みが妨げられ、ブロックチェーン分野におけるイノベーションと採用が遅れる可能性があります。
【潜在的な解決策】
・スケーラビリティソリューション
シャーディング、レイヤー2プロトコル（例：Lightning Network）、ブロックチェーン相互運用性プロトコル（例：Polkadot、Cosmos）などの様々なスケーラビリティ技術は、並列トランザクション処理、オフチェーンスケーリング、クロスチェーン通信を可能にすることで、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させることを目指しています。
・エネルギー効率の高いコンセンサスメカニズム
Proof-of-Stake（PoS）、Delegated Proof-of-Stake（DPoS）、Proof-of-Authority（PoA）などの新しいコンセンサスメカニズムは、従来のPoWよりもエネルギー効率の高い代替手段を提供し、セキュリティと分散化を維持しながらブロックチェーンネットワークの環境フットプリントを削減します。
・標準化の取り組み
業界全体の標準化の取り組みと相互運用性プロトコルは、異なるブロックチェーンプラットフォーム間のシームレスなデータ交換と通信のための共通のフレームワークとプロトコルの確立を目指しています。Interledger Protocol（ILP）や Enterprise Ethereum Alliance（EEA）などの取り組みは、多様なブロックチェーンエコシステム間の連携と互換性を促進します。
・資金調達へのアクセス
助成金、ベンチャーキャピタルからの資金調達、クラウドファンディングプラットフォームなどの取り組みは、ブロックチェーンプロジェクトに財政的支援を提供し、リソースの制約を克服し、ブロックチェーン分野におけるイノベーションと開発を加速させることができます。さらに、既存の組織や政府助成金とのパートナーシップは、ブロックチェーンの研究や実装における資金提供や協力の機会を提供することができます。
・分散型金融 （DeFi）
DeFiは、ブロックチェーンを活用し仲介業者を排除することで、従来の金融システムに革命を起こそうとしています。貸し借りや、分散型交換を提供するプラットフォームが人気を集めており、ユーザーはより大きな経済的自由と資産の管理を手に入れることができます。
・非代替性トークン （NFT）
NFTは、特にアートやエンターテインメント業界で、ブロックチェーン分野における重要なトレンドとして注目集めています。ブロックチェーン上に保存されたユニークなデジタル資産は、クリエイターが作品をトークン化して販売することを可能にし、信憑性と実証性を提供すると同時に、デジタル所有権と収益化の新たな道を切り拓きます。
・相互運用性
ブロックチェーンの相互運用性は、異なるブロックチェーンネットワーク間のコミュニケーションとコラボレーションの強化を目指し、業界の主要な焦点となっています。相互運用性技術に取り組むプロジェクトは、縦割りされたブロックチェーンの障壁を克服し、多様なブロックチェーンエコシステム間で資産とデータをシームレスに転送できるようにすることを目指しています。
このようにブロックチェーンがもたらす新たな影響としては、相互運用性ソリューションによる大規模導入の促進、分散型金融プラットフォームによる金融包摂の促進、革新的な金融サービスに対応するための規制の整備などがあります。これらは様々な業界に革命をもたらし、金融へのアクセスを民主化し、消費者保護とコンプライアンスを確保しながらブロックチェーンのイノベーションを支える規制の枠組みを形成する可能性を秘めています。
結論として、ブロックチェーン技術は誕生以来大きく進化し、サプライチェーン管理から医療記録、投票システム、音楽ストリーミングなど、様々な業界に変革をもたらしながら、複雑な問題に革新的なソリューションを提供しています。
スケーラビリティや規制上のハードルなどの課題に直面しながらも、分散型金融（DeFi）、非代替トークン（NFT）、相互運用性などの新たなトレンドが、このテクノロジーを前進させています。
ブロックチェーン技術の将来は、ブロックチェーンは大量に導入が進められ、金融包摂を促進し、規制の枠組みを形成する計り知れない可能性を秘めています。継続的なイノベーションとコラボレーションにより、ブロックチェーンは世界中の産業を変革し、個人をエンパワーする準備が整っています。
