ブロックチェーンとは
ブロックチェーンとは、分散型の台帳技術の一種であり、ネットワーク上で取引履歴を保管するためのデータ構造です。ブロックチェーンは、ネットワーク上の多数のコンピュータがデータの認証や承認を行い、取引履歴を逐次的にブロックという単位で追加していくことで、信頼性の高い分散型の台帳を構築します。具体的には、ブロックチェーン上の取引履歴は、ハッシュ関数と呼ばれる暗号化技術を用いて一意に識別され、前のブロックのハッシュ値を含んだ新しいブロックに追加されていきます。このため、ブロックチェーン上のデータは改ざんや不正操作が困難であり、分散型の信頼性の高い台帳を実現することができます。ブロックチェーンは、ビットコインなどの暗号資産の取引に利用されることが最初に知られていますが、その後、様々な分野に応用が広がり、特に、金融や物流、電子署名、投票システムなどにおいて、セキュリティの強化や効率化を図るために注目されています。
ブロックチェーンは、仮想通貨（特にビットコイン）のために開発されました。しかし、この技術の特徴が、仮想通貨だけでなく幅広く応用できる可能性が指摘され、「ブロックチェーン」と呼ばれるようになりました。ビットコインのなどの仮想通貨はブロックチェーンの技術を使ったユースケースの一つにすぎません。
ブロックチェーンの仕組み
取引履歴を皆で分散して管理し信頼性を担保（合意形成）することが、ブロックチェーンの狙いです。従来の中央集権的な仕組みでは、第三者機関が取引履歴を管理して信頼性を担保していました。例えば、銀行です。ＡさんからＢさんに送金する場合、銀行という中央集権的な第三者が取引を担保するわけです。ブロックチェーンの場合、その名前の通り取引履歴をブロックの中に格納し、それを鎖のようにつなげます。このブロックチェーンを参加者で分散して構築・検証することで、改ざん不可能な強固な信頼性を獲得しています。すなわち、ブロックチェーンとは、取引履歴というブロックを鎖状につなげた分散台帳であると言えます。
分散型台帳技術（DLT）とは
ブロックチェーンより幅広い概念として、DLT（Distributed Ledger Techno-logy：分散型台帳技術）があります。DLTは、分散システム上の多数の参加者が同一の帳簿・台帳を共有する方式で、多くの参加者が同じ情報を共有することで改ざんや外部からの攻撃を防いでいます。ブロックチェーンとは、このような台帳データが「ブロックがつながっている（チェーン）」構造になっているものを指します。
「ブロック」「チェーン」の意味
取引履歴は、まず、暫定的な保存場所に蓄積されます。その後、まとめてブロックというデータ構造に格納されます。そして、次の取引履歴がまた暫定的な保存場所に蓄積された後、まとめて次のブロックに格納されます。新たにできたブロックは、前のブロックと鎖（チェーン）により結合されます。ブロックには、必ず直前のブロック情報（ハッシュ値と呼ばれる）も記載されており、ブロックを辿っていくことが可能です。すなわち、ブロックチェーンは、ハッシュ値によってブロックがつながっていく仕組みであり、この仕組みを構築する作業を「Minting（マイニング）」と言います。ハッシュ値は、前のブロックのハッシュ値も含めた取引情報をもとに作成されるため、ある取引履歴を改ざんしようとすると、チェーンによってつながるすべてのブロックのハッシュ値を変えないと整合性が取れません。よって、改ざんには、莫大なパワーが必要であるため、ブロックチェーンとは「過去分も含めて実質的に改ざんが不可能な仕組み」と言えます。
コンセンサスアルゴリズムとは
ブロックチェーン構築の際の合意形成の仕組みをコンセンサスアルゴリズムと言います。コンセンサスアルゴリズムには、Proof of Work（PoW）、 Proof of Stake（PoS）、 Proof of Importance（PoI） 、 Proof of Consensus（PoC）、Delegated Proof of Stake（DPoS）などがあります。
ブロックチェーンの種類
ブロックチェーンには、現在3種類が存在します。ビットコインに採用されたブロックチェーン1.0。ビットコインにとどまらず、金融関連の取引を記録するためのブロックチェーン２.0、製造・医療・登記・資産管理など幅広く利用するためのブロックチェーン3.0です。
ブロックチェーンの特徴
ブロックチェーンの特徴は3つあります。
①データの改ざんが困難
②システムに障害に強い
③システム構築が安価
これらは、従来の中央集権型の管理システムとは大きく異なる特徴です。
| 従来のシステム | ブロックチェーン | |
|---|---|---|
| 管理体制 | 中央集権型 | 分散型 |
| 改竄耐性 | 弱い | 強い |
| 障害耐性 | 弱い | 強い |
| 構築費用 | 高い | 安い |
従来のシステムでは、内部犯行者に対して脆弱であり、定期的なデータベースの監査を受ける必要があります。コストもブロックチェーンと比較して10～100倍になると言われています。ブロックチェーンとは取引記録の完全性（整合性、透明性、改ざんできない不可逆性など）を仕組みだけで保証できる分散台帳です。ブロックチェーンにスマートコントラクトと言われる契約書を付随させれば、ペーパーレスを促進することもでき、業務的な負荷軽減とともに現代社会における様々な問題を解決することが可能です。
ブロックチェーンの定義
以上を踏まえ、日本ブロックチェーン協会はブロックチェーンを以下のように定義しています。
1)
ビザンチン障害を含む不特定多数のノードを用い、時間の経過とともにその時点の合意が覆る確率が0へ収束するプロトコル、またはその実装をブロックチェーンと呼ぶ。
A blockchain is defined as a protocol, or implementation of a protocol, used by an unspecified number of nodes containing Byzantine faults, and converges the probability of consensus reversion with the passage of time to zero.2)
日本ブロックチェーン協会
電子署名とハッシュポインタを使用し改竄検出が容易なデータ構造を持ち、且つ、当該データをネットワーク上に分散する多数のノードに保持させることで、高可用性及びデータ同一性等を実現する技術を広義のブロックチェーンと呼ぶ。
In a broader sense, a blockchain is a technology with a data structure which can easily detect manipulation using digital signatures and hash pointers, and where the data has high availability and integrity due to distribution across multiple nodes on a network.
ブロックチェーンの分岐
ブロックチェーンの分岐は、ブロックチェーン上の特定のブロックをめぐって、複数のネットワーク参加者が異なるブロックを採用することによって生じる現象です。この分岐は、通常はネットワーク上の合意によって解決されますが、合意が達成されない場合には、複数のブロックチェーンが並列に存在することになります。ブロックチェーンの分岐は、通常、ハッシュ値が異なる新しいブロックが同時に生成された場合に生じます。この場合、ネットワーク上の参加者は、どちらのブロックがより信頼できるかを判断する必要があります。このために、ネットワーク上の参加者は、そのブロックに対するハッシュ値の計算について合意し、その合意に基づいて最長のチェーンを選択することがあります。ブロックチェーンの分岐は「フォーク」と呼ばれ、フォークには、「ハードフォーク」と「ソフトフォーク」があります。