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技術動向レポート

ブロックチェーン技術による分散型社会への期待と技術課題(1/3)

情報通信研究部 チーフコンサルタント 水谷 麻紀子

ブロックチェーン技術が提示する分散型社会へのパラダイムシフトへの期待が、多くの人の関心を呼んでいる。仮想通貨の基盤技術であるブロックチェーンの概念について解説するとともに、ユースケースおよび現状の技術課題について述べる。

1.ブロックチェーン/分散台帳技術

昨今、仮想通貨の存在感は増しており、ブロックチェーンという言葉を聞いたことがある方は多いだろう。元々は、仮想通貨ビットコイン(1)を支える、信頼性を担保するための基盤技術として登場したが、多様な応用の可能性を秘めているため、ここ数年で様々な分野での実証がなされており、発展の兆しを見せている。

現在、多くの情報システムは、クライアント-サーバ方式と呼ばれる中央集権型のサービス形態をとっている。高価で信頼性が高い少数のサーバ装置と廉価な多数のクライアントコンピュータから構成され、クライアントはサーバとだけ通信する。これに対し、ブロックチェーン/分散台帳技術はP2P(Peer to Peer)方式(2)と呼ばれる分散型のサービス形態であり、比較的廉価な多数のコンピュータで構成され、そのコンピュータ間で対等な通信を行う。

クライアント数(=ユーザ数)が増加した場合、中央集権型ではサーバとそのネットワーク回線への負荷が増大するが、分散型ではコンピュータ数を増加させることで1台1台の負荷を分散させることが出来るため、分散型の方がコンピュータおよびネットワーク回線のコストを抑えられる。

分散型のシステムはブロックチェーン/分散台帳技術が登場する前から使われていたが、通信相手による情報の改ざんを検知することが難しいという欠点があった。ブロックチェーン/分散台帳技術では、同じ台帳をブロックチェーンネットワーク上の全コンピュータで共有し、また、台帳操作履歴の集まりであるブロックのハッシュ値(3)を次のブロックに持たせることで改ざんへの対策を行い、耐障害性と耐改ざん性を担保している。

分散台帳技術(DLT)は、ブロックチェーン技術より広い技術領域を表す概念で、P2Pネットワークと暗号技術を組み合わせて同じ台帳を共有する仕組みを指すが、本稿では特に区別せずにブロックチェーンと記載する。

図表1 左:中央集権型(クライアント-サーバ方式) 右:分散型(P2P方式)
図表1

(1)ブロックチェーン技術の仕組み

ブロックチェーン技術が実現するものは、同じ台帳を共有する複数のノード(4)で構成されたネットワーク上の、履歴付き分散台帳システムである。

ノードは、トランザクション(5)を周りのノードへ送信する。トランザクションを受信したノードはいくつかのトランザクションをまとめて新しいブロックを生成する。この時、複数ノードの持つ情報の多数決によって過去のブロックが正当であることを確認した上で、過去のブロックのハッシュ値を新しいブロック内に含める。この過去のブロックの正当性の確認処理は、合意形成またはコンセンサスと呼ばれる。いくつかのトランザクションから生成された新たなブロックを鎖のように連ねていくことからブロックチェーン技術と呼ばれる。

過去のブロックのハッシュ値を新しいブロック内に含めるため、例えばn番目のブロックを改ざんする場合には、(n+1)番目のブロックも改ざんする必要があり、この繰り返しで最後のブロックまで改ざんする必要がある。また、改ざんした内容を合意形成で見破られないためには過半数ノードに対する改ざんが必要となるため、チェーンが長くなるほど改ざんが難しくなる。

図表2 ブロックチェーンの仕組み
図表2

(2)ブロックチェーン技術の特長

ブロックチェーンシステムは、一般的なP2P方式のシステムと改ざん耐性を除き概ね同様の特長をもつ。中央集権型のシステムでは、中央サーバのダウンや通信障害がシステム全体のダウンに直結するため、中央のサーバやネットワーク機器には高い信頼性が求められ、高価なものとなる。対して、ブロックチェーンシステムでは複数のノードで同じ情報を共有するため、システムの中の数台が故障した場合においても、他の大概のノードが稼働していればシステム全体がダウンするような障害は生じない。そのため、ブロックチェーンシステムでは個々のノードに高い信頼性が求められず、中央集権型のシステムで運用する場合と比較して装置やネットワーク回線のコストを抑えられる。さらに、前節で述べたように、履歴の改ざんが困難なデータ構成であり、かつ、ブロック生成時の複数ノードによるコンセンサス(合意形成)による正当性確認により、悪意有るノードが参加していてもそれが少数であれば改ざんを排除できる。

また、既に運用されているブロックチェーンシステムに、後から別のアプリケーションを追加して同じプラットフォーム上で分散型サービスを提供することが容易であり、類似のアプリケーションを複数用意する場合にはアプリケーション開発のコストが抑えられるという特長を持つ。

興味深いことに、仮想通貨等のユースケースでは、ブロックチェーンシステムの維持に必要となる検証処理へのインセンティブとしてブロックの生成に報酬を与え、ノードの運用とブロック生成に係るコストを価値(仮想通貨)に変換している。これにより、特定主体がサービスの維持運用を行わなくとも、非中央集権的にシステムを運用することが可能となっている。例えば、ビットコインであれば、ブロックの生成に成功すると2018年9月現在、12.5BTC(ビットコインの単位)が新規に発行され、ブロックの生成を行った人に付与される。仮想通貨の新規発行のためにブロック生成を行うことを金脈の採掘になぞらえてマイニング(採掘)と呼ぶ。マイニングが盛んに行われることにより、仮想通貨のブロックチェーンシステムは自律的に維持運用されているのである。

(3)ブロックチェーンの類型

ブロックチェーンは、そのノードの存在する範囲により3つに分類することができる。範囲を限定しない不特定多数のノードで構成されるパブリック(オープン)型、企業等のある一主体の範囲内に限定されるプライベート(クローズド)型、また、複数の主体から構成されるコンソーシアム型である。

仮想通貨の多くはパブリック型であり、不特定多数のユーザを想定している。

企業利用の場合は企業内のノードで構成されるプライベート型とすることが多く、システムの維持に必要となるインセンティブは不要で、厳格な正当性検証のための処理に時間がかかるコンセンサスを軽量化し、処理性能を改善できる。ただし、プライベート型ではノードの分散度が低く、分散型の特長が充分に発揮されないため、ブロックチェーンシステムの恩恵をより受けられるのは、複数の主体が参加するコンソーシアム型ではないだろうか。多くの情報システムは一主体内に閉じているが、コンソーシアム型のブロックチェーンにより複数主体間での台帳共有の仕組みも構築可能である。

図表3 ブロックチェーンの類型
図表3

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