ブロックチェーンとは？ブロック・ノード・コンセンサスの仕組みを解説

ブロックとチェーン

ブロックチェーンとは、ブロックと呼ばれるまとまりに分けられた記録の一覧です。各ブロックには、一連の取引、タイムスタンプ（記録時刻）、そしてハッシュと呼ばれる特別なコードが入っています。

ハッシュはデータの指紋のようなものです。どんな情報でもハッシュ関数に通すと、決まった長さの短いコードが得られます。入力を1文字でも変えると、指紋はまったく別のものになります。各ブロックには直前のブロックのハッシュが含まれており、これがブロック同士をつないでチェーンにしています。

このつながりこそが巧妙な点です。誰かが古い取引を書き換えると、そのブロックの指紋が変わり、次のブロックとのつながりが壊れ、さらにその次へと最新のブロックまで影響が及びます。改ざんはすぐに明らかになります。

ノード：同じ記録の多数のコピー

ブロックチェーンは一か所に保存されているわけではありません。ノードと呼ばれる多数のコンピューターにコピーされており、その多くはさまざまな国の独立した個人や組織によって運営されています。各ノードは記録のコピーを自分で持ち、新しい取引やブロックがネットワークのルールに合っているかを確認します。

コピーが非常に多いため、停止させたり、こっそり書き換えたりできる単一のサーバーは存在しません。あるノードがオフラインになったり不正をしようとしたりしても、他のノードはそれを無視するだけです。ビットコインやイーサリアムのような公開ブロックチェーンでは、適切な機器があれば通常は誰でもノードを運営できます。

コンセンサス：ネットワークはどう合意するのか

何千台ものコンピューターが関わるため、ネットワークには、次にどのブロックを追加するか、どの記録が本物かを公平に決める方法が必要です。この仕組みをコンセンサス（合意形成）と呼びます。代表的な方法は次の2つです。

• プルーフ・オブ・ワーク。 マイナーが計算能力を使ってパズルを解く競争をします。勝者が次のブロックを追加し、報酬を得ます。ビットコインはこの方式を使っています。長い実績がありますが、大量の電力を消費します。
• プルーフ・オブ・ステーク。 バリデーターがネットワークのコインの一部を預け入れとしてロックします。プロトコルがバリデーターを選んでブロックを提案・承認させ、不正をすると預け入れの一部を失うことがあります。イーサリアムは2022年からこの方式を使っています。消費エネルギーははるかに少ないものの、すでに多くのコインを持つ人が有利になりやすいという批判もあります。

どちらの方式も目指すところは同じです。不正のコストを高くし、ルールを守る人に報酬を与えることです。

過去の記録を変えにくい理由

大規模なプルーフ・オブ・ワークのチェーンで過去の取引を書き換えるには、攻撃者はそのブロックとそれ以降のすべてのブロックの作業を、誠実なマイナー全員を合わせたよりも速くやり直さなければなりません。実際には、ネットワークの計算能力の大半を握る必要があり、大きなネットワークではとてつもない費用がかかります。このシナリオは51%攻撃と呼ばれます。

プルーフ・オブ・ステークのチェーンでは、攻撃者はステークされたコイン全体の大きな割合を握る必要があり、ルール上、不正をしたバリデーターは預け入れの一部を失う可能性があります。どちらの仕組みでも、取引は古くなるほど取り消しが難しくなります。だからこそ、承認を待つという話が出てくるのです。

マイナーやバリデーターが少ない小さなブロックチェーンは狙われやすく、実際にこの種の攻撃が成功した例もいくつかあります。規模と分散性は重要です。

限界とトレードオフ

• 速度とコスト。 すべてのノードがすべての取引を確認するため、公開ブロックチェーンは通常の決済用データベースより遅く、1件あたりのコストも高くなりがちです。
• トリレンマ。 設計者はよく、セキュリティ・分散性・スケーラビリティ（拡張性）のバランスについて語ります。どれか一つを高めると、たいてい別のどれかを少し犠牲にすることになります。
• 入力が間違っていれば結果も間違う。 ブロックチェーンは記録が変更されていないことは示せますが、記録された時点でその内容が正しかったことまでは証明できません。
• ミスは永久に残る。 改ざんを防ぐ性質は、訂正も防いでしまいます。間違ったアドレスへの支払いは、基本的にそのままです。
• すべてに必要なわけではない。 多くの業務では、信頼できる企業が運営する通常のデータベースのほうがシンプルで安価です。

あるプロジェクトがブロックチェーンが必要だと主張するときは、こう問いかけてみるとよいでしょう。そうしなければ誰を信頼する必要があるのか、そしてその信頼をなくすことは、追加のコストや複雑さに見合うのか、と。