ビットコインを支える技術の概要を知る

ビットコインにはさまざまな技術が使われおり、それらを組み合わせることでネットワークのセキュリティを保っています。まずはそれらの概要を説明します。

ビットコインではさまざまな技術が使われている

ビットコインはパソコンやスマートフォンにウォレットアプリをインストールするだけで使えます。会員登録も必要なく管理者がいないのに、どのように動いているのでしょうか?

実はビットコインの裏側には巨大な決済ネットワークを維持するシステムが、世界中に散らばって存在しているのです。ビットコインを誰かに送金したいとき、ウォレットがネットワークから最新のデータを受信し、あなたが使えるビットコインの数量を確認します。

送金するときは、ウォレットはあなたの代わりに公開鍵暗号方式を用いた電子署名を行い、送金のE当件を、ネットワークに対して証明します。この取引の正当性をマイナーが公開された台帳を参照しながら、ネットワークに伝播された取引を検証します。

そして、マイナーは検証を行うことで台帳の新たな1ページとなる「ブロック」を生成し、最新の取引をブロックに収め、取引台帳としての「ブロックチェーン」に追記していくのです。これがビットコインの取引で行われています。

ブロックチェーンとは、ビットコインを支える重要な技術

ブロックチェーンとは、ビットコインのしくみを支える根幹となる技術です。現在ある多くの情報システムでは、中央にサーバーを置く、いわば中央集権的な管理を行うしくみを採用しています。

たとえば、金融機関の取引データなどもこのしくみで管理されています。これに対し、ブロックチェーンは、P2P(ピア・ツー・ピア)ネットワークを用いて管理する「分散台帳」を採用しています。ビットコインの取引は、過去から現在まですべてを記録して公開されています。

データをチェーンのようにつなげて誰もが公開・閲覧できる状態にしておき、お互いに監視させるしくみを取っているのです。多数のビットコインのネットワークの参加者(ノード)でこの取引記録を共有しているため、一部のデータが損なわれたとしても、ほかのノードで再生できるためデータ消失の心配がありません。

つまり、このブロックチェーンのおかげで管理者不在のまま一度も停止することなくシステムが動き続けているのです。最近ではこのブロックチェーンという技術に着目して、さまざまな研究開発が進められています。

ビットコイン以外の仮想通貨(アルトコイン)の開発や金融、そしてエンターテインメントやシェアリングビジネスなどのあらゆる分野に応用する動きが加速しています。さらに、各国の政府や中央銀行もこのブロックチェーン技術に着目し始めており、独自のデジタル通貨を開発しようとする動きもあります。

ビットコインからブロックチェーンをスピンオフする流れ

ビットコインとブロックチェーンの関係は、どのような関係なのでしょうか?まず、ビットコインとは、前述のようにインターネット上で取引が可能な「仮想通貨」の1つです。

言い換えると、ビットコインは暗号技術を使ったデジタル通貨です。本来の使用用途は「お金」であり、インターネット上で経済的価値の交換を行うためのものです。一方ブロックチェーンとは、ビットコインとともに発明された技術です。

ブロックチェーンの名の通り、一般的にはある一定期間の取引をブロックとして、そのブロックの内容が後ろのブロックにより封印されていき、データの信頼性を構築していくものです。

また、多数のノード(そのシステムのネットワーク参加群)がこの取引履歴を同期することで信頼性を担保しています。ブロックチェーンは、もともとはビットコインの技術でしたが、それ自体の有用性に着目され、応用の研究が広がりました。

いわばビットコインからブロックチェーンがスピンオフするイメージです。ほかのブロックチェーンでビットコインのような仮想通貨を作ろうとする試みもあり、代表的なものがイーサリアムです。イーサリアムでは、イーサという仮想通貨が発行されています。

また、仮想通貨だけでなくフィンテックと呼ばれる金融とITを融合した分野で応用しようと、多様な企業や政府により研究開発が行われています。ブロックチェーンはとくにフラットで強固なシステムを構築できるという点にメリットを見出されています。

ブロックチェーンはビットコインから生まれた技術
近年、雑誌などでも話題になるブロックチェーン。ブロックチェーンはビットコインから生まれた技術です。「中央管理者不在で決済を行う」というビットコインシステムを成立させる為に生み出されました。ブロックチェーンは「分散型取引台帳」とも訳されますが、この言葉ではイメージがつきにくいと思います。ブロックチェーンを理解するために、まず簡単に「自動の取引処理システム」だと思ってください。近年企業などが開発を進める「ブロックチェーン」の定義とはやや異なりますが、それを学ぶためにも、最も基礎的な「ビットコインのブロックチェーン」について理解を深めてください。

従来の取引との違い
ブロックチェーンを理解する上で、まずは「ブロックチェーンのイメージ」を掴んでおきましょう。ビットコインには中央となる管理者がいません。それを可能にする為にブロックチェーン技術は存在します。取引システム内の「帳簿の管理」という部分に注目して、「中央管理型取引」(従来の銀行間取引)と「中央管理不在型取引」(ビットコイン取引)を比較してみましょう。

ビットコインを支えるブロックチェーン

ビットコインのネットワークセキュリティは、ブロックチェーンとP2Pネットワークによって支えられています。ブロックチェーンのブロックにはビットコインの取引の履歴がすべて記載されており、前のブロックの一部を含むことで1つ1つのブロックが鎖のようにつながっています。

悪意あるユーザーが過去の取引の改ざんを企てた場合、改ざんをしたい取引が含まれているブロックだけでなく、その取引の後に追加されたブロックすべてに対して改ざんを行う必要があります。

つまりブロックチェーンは過去にさかのぼるほど、取引の改ざんが困難になる仕組みとなっています。また、これらブロックチェーンはP2Pネットワークですべてのユーザーが共有しています。

もしブロックチェーンの改ざんに成功したとしても、ほかの大多数のユーザーが正しいブロックチェーンを持っている以上、それがすぐに改ざんしたものと分かってしまいます。これらのことから、ビットコインの改ざんは事実上不可能であるといわれています。

中央管理型取引(銀行取引)
●例:日本円100円を、A君がB君の口座へ振り込んだケース
お金の流れは「A君←銀行←B君」となります。銀行がA君からB君へ100円渡った事を帳簿に書き込む(記帳する)ことで成立します。A君とB君が取引をする際に、銀行が「記帳」という形で取引帳簿を管理します。取引帳簿に虚偽の事実が書き込まれる事や、改ざんされたりしないように、銀行が責任を持って帳簿を管理します。これが中央管理(例では銀行に管理)されている取引です。

中央管理不在型取引(ビットコイン取引)
●例:0.01BTCをA君がB君に送金
ビットコインの流れは「A君→ブロックチェーン→B君」となります。ブロックチェーンにA君からB君へ0.01BTC(BTCはビットコインの単位)のビットコインが渡った事が書き込まれます。A君とB君の間には、ブロックチェーンのみが存在します。ブロックチェーンは取引帳簿の役割をするもので、銀行のような中央管理機関は存在しません。ブロックチェーン(厳密に言えばブロックチェーンを含むその他のビットコインシステム)の改ざん防止機能が、帳簿を外部から守ってくれます。これがビットコインの「中央管理者不在型取引(ビットコイン取引)」です。

信頼性を担保するプルーフオブワークと暗号技術

ビットコインでは、「プルーフオブワーク」と呼ばれる取引の認証作業によって二重支払いを防止しています。ビットコインの取引はすべてブロックチェーン上に記録され、二重に支払われたものかどうかを確かめることができます。

取引がブロックに記録される際、不特定多数のマイナーがプルーフオブワークに参加します。プルーフオブワークに成功したマイナーが現れると、その結果をプルーフオブワークに参加していたほかのマイナー全員が検証し、誤っていた場合は改めて検証作業がスタートします。

ここで重要なのは、プルーフオブワークが不特定多数のマイナーによって行われていることです。特定のマイナーだけがプルーフオブワークを行った場合、不正が行われる可能性が高まるからです。

また、ビットコインでは暗号化技術や電子署名の仕組みを利用して偽造を防止しています。暗号化技術によって情報を数学的に暗号化し、第三者には意味がないが、取引の正当性は検証できる数列にします。

また公開鍵と秘密鍵という2つの鍵を使うことで、当事者間のみでの取引が完結するようにしています。

1ビットコインのシステムは分業制

ビットコインのシステムでは、P2Pネットワークと、その中核にあるブロックチェーンを通じてすべての取引が行われます。ブロックチェーンを維持し更新していくマイナー、ビットコインの技術開発を行う開発者、活発な交換の場を提供する取引所ビットコインを使用し利用価値を高めるユーザー、それぞれが分業してビットコインのシステムを形成しています。

2ブロックには最大容量が決められている

ビットコインのブロックには1MBの容量制限があります。なぜ制限があるのでしょうか?例えばブロック容量が1GBだった場合、ブロック情報を転送する回線の速度が100Mbpsだとすると、受け取って他人に転送するまで160秒ほどかかります。これではコンピューター間の同期が取れずに、コンピューターごとに見ている情報が異なってしまいます。ビットコインは情報の整合性が合わないと送金ができないので、コンピューターごとに同期が取れるブロックの容量が決まっているのです。

3仮想通貨は暗号技術なくして成り立たない

ビットコインのような仮想通貨にとって、暗号技術はそれ自体の価値の根源です。ビットコインの暗号技術は、取引の改ざんやコインの偽造を困難にすることでビットコインの価値を保持しています。ビットコインは取引の整合性をネットワーク参加者が監視し合うシステムのため、参加者が増えれば増えるほど、監視者も増え、不正はさらに困難になります。

送金の裏でさまざまな技術が動いている
ビットコインの信頼性を担保する技術がブロックチェーンであり、ブロックチェーンは暗号化技術によって高度なセキュリティを保っています。ブロックチェーンに記載された取引を改ざんするには、それ以前の取引をすべての秘密鍵で電子署名し直し、ブロックを採掘し直す必要があります。しかも、10分後には新しい取引の記録がブロックチェーンに追加されます。さまざまな技術が組み合わさることでビットコインの安全性が保たれているのです。

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