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ブロックチェーンと分散型台帳技術・Chapter3:パブリックブロックチェーンと分散型台帳技術(DLT)はどのように動くのか|システム構築やトータルソリューションをお探しなら、日立ソリューションズをご利用ください。

信頼のプラットフォームとしてビジネスを変えるブロックチェーンと分散型台帳技術

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Chapter3パブリックブロックチェーンと分散型台帳技術(DLT)はどのように動くのか

パブリックブロックチェーンと分散型台帳技術(DLT)は、どのように動いているのでしょうか。今回は、その動作の仕組みを説明します(※1)

最初に作られたパブリックブロックチェーンであるビットコインの設計の枠組みは、「P2Pネットワークで送金できる電子的なお金」でした。従来型の送金の仕組みでは、AさんからBさんに送金するために、銀行のように信用されている第三者機関が管理するシステムを使うことによって不正を防いでいました。ビットコインは、銀行のような信用されている第三者機関を前提とせず、不正を防ぎ送金する仕組みを作り上げました。ビットコインでは、P2Pネットワークだけで自己完結的に信用できる台帳を構築したのです。

ビットコインのトランザクション(Tx)がP2Pネットワークを伝搬するイメージ図(杉井靖典『いちばんやさしいブロックチェーンの教本』より)

ビットコインのトランザクション(Tx)がP2Pネットワークを伝搬するイメージ図
(杉井靖典『いちばんやさしいブロックチェーンの教本』より)

そのために使われている技術は、(1)暗号学的ハッシュ関数、(2)電子署名、(3)複数のコンピュータが一つの動作を選ぶための合意形成(コンセンサス)の仕組みです。特に、ビットコインの合意形成では、一部の悪意がある参加者が含まれていても全体として正しい動作をするために作業証明(Proof of Work、PoW)と呼ぶ仕組みと、ナカモト・コンセンサスと呼ばれる合意形成のルールを組み合わせている点が特徴です(※2)

ビットコイン以外のパブリックブロックチェーンも、多くの場合は要素技術として暗号学的ハッシュ関数、電子署名、合意形成の仕組みを備えています。パブリックブロックチェーンの種類ごとに目的や機能が大きく違いますが、基本的な枠組みはビットコインが作り上げたものをほぼ引き継いでいると考えていいでしょう。

ここまでのポイント
  • ・ビットコインは、銀行のような信用されている第三者機関を前提とせず、不正を防いで送金する仕組みを作り上げました。
  • ・ビットコインの合意形成では、作業証明(Proof of Work、PoW)とナカモト・コンセンサスを組み合わせています。
  • ・パブリックブロックチェーンも基本的には、こうしたビットコインが作り上げた枠組みを継承しています。

分散型台帳技術は、比較的少数のコンピュータにより動作する

分散型台帳技術製品の仕組みには、大きく2点の特徴があります。

(1)特定の許可されたコンピュータだけが参加可能である。
(2)作業証明を用いず、より電力消費が少なく高性能な合意形成の仕組みを用いる。

ビットコインの合意形成では、約1万台のコンピュータが参加しており、さらに作業証明専用の専用半導体チップを使って計算能力を拡大することで、全体では世界最速スーパーコンピュータ数十万台に匹敵する計算能力を得ています。そのため電力消費も大きくなりますが、それと引き換えに、耐改ざん能力を得ているのです。

一方、分散型台帳技術製品では、主に数台~数十台のコンピュータによる合意形成を行います。そこで利用しているのは「合意形成アルゴリズム」と呼ばれている技術です(※3)。ビットコインの作業証明とナカモト・コンセンサスの組み合わせに比べて電力消費が小さく、またChapter2で説明したように処理性能が高いという特徴があります。その半面、ビットコインのような大規模なP2Pネットワークにはこの仕組みは使えません。

ここまでのポイント
  • ・ビットコインの合意形成では、約1万台のコンピュータが参加しており、作業証明に大きな電力を使っています。
  • ・分散型台帳技術製品では、主に数台~数十台のコンピュータによる合意形成を行うため、電力消費が小さく、処理性能が高いという特徴があります。

分散型台帳技術の製品例

代表的な分散型台帳技術の製品名としては、Hyperledger Fabric、R3 Cordaなどがあります。Hyperledger FabricはIBM、アクセンチュア、NTTデータ、富士通、NEC、日立製作所など情報システム構築に携わる大手企業が推進しています。そのため多くの取り組みが進み、公表された事例も増えています。R3 Cordaも多くの金融機関が取り組みを進めています。例えば日本取引所グループ(JPX)はKYC(本人確認)プラットフォームを構築する実証実験の中で、Hyperledger FabricとR3 Cordaの両方を活用しています。

日本企業が作った分散型台帳技術もあります。ビットフライヤーが開発したMiyabi、テックビューロホールディングスが推進するmijin、Orbが開発したOrb1およびOrb DLT、一般社団法人ビヨンドブロックチェーンらが開発を進めるBBc-1などがあります(※4)

ここまでのポイント
  • ・代表的な分散型台帳技術の製品名として、Hyperledger Fabric、R3 Cordaなどがあり、情報システム構築に携わる大手企業が推進しており、事例も増えています。
  • ※1
    今回の記事では、ビットコインの動作原理のごく表面的な部分にだけ触れています。技術的な詳細を知りたい方はアンドレアス・M・アントノプロス『ビットコインとブロックチェーン』(NTT出版、2016年)を参照してください。予備知識が乏しい状態から読み始められる書籍としては、杉井靖典『いちばんやさしいブロックチェーンの教本』(インプレス、2017年)があります。
  • ※2
    ビットコインでは、取引データを台帳に記録する際に、一部の悪意がある参加者がいたとしてもネットワーク全体で正しい動作をする(合意を形成する)ために、作業証明を使います。この作業証明のために、ビットコインのP2Pネットワークは世界最速スーパーコンピュータを数十万台並べたものと同等の計算能力を備えています。ビットコインのための専用半導体チップを搭載した計算機械(マイニング機器と呼びます)を大量生産して利用することで、ネットワーク全体としてそのような巨大な計算能力を達成したのです。このマイニング機器はスーパーコンピュータのような汎用的な計算能力は備えていませんが、ビットコインの作業証明についてだけは図抜けた性能を発揮します。ビットコインのネットワーク全体の計算能力に対抗できるコンピュータがなければビットコインにダメージを与えることができません。
  • ※3
    合意形成アルゴリズムは、分散型台帳技術(DLT)製品の重要な要素です。例えば、代表的な分散型台帳技術製品といえるHyperledger Fabricでは、バージョン0.6ではPBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)、バージョン1.0以降では「Endorsement」(裏書き)、「Ordering」(注文)、「Validation」(検証)の3つのフェーズからなる「Ordering Service」と呼ぶ仕組みを用いています。分散型台帳技術で採用される合意形成アルゴリズムは製品により異なりますが、共通点はあります。それはビットコインの合意形成(作業証明とナカモト・コンセンサス)とは異なり、参加者(ノード)数が特定できることを前提として、比較的少数の承認者(ノード)を使って合意を取ることにより、高速かつ確率的ではない(ファイナリティがある)処理を可能とすることです。
  • ※4
    Hyperledger Fabric、mijin、Miyabiなどの製品については、「(プライベート型)ブロックチェーン技術」として説明している場合があります。今回の記事ではパブリックブロックチェーンとの違いを明示的に示すために、分散型台帳技術という用語で統一しています。
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公開日:2019年3月29日

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