ブロックチェーンとは？仕組みやメリット・デメリットを解説

ブロックチェーンとは？基本概念と仕組み

ブロックチェーンとは、データをブロックと呼ばれる単位で管理し、鎖のように一連のブロックを連結して保管する技術のことです。このデータ構造により、取引の透明性、信頼性、改ざん防止などのセキュリティが高まります。続いて、ブロックチェーン技術を理解するために必要な関連用語と、技術的な仕組みについて解説します。

ブロックチェーンの技術的な仕組み

ブロックチェーンは、ブロックと呼ばれる単位で情報を管理し、ブロックを鎖のように連結して保管します。ブロックで管理している情報は、トランザクションと呼ばれる取引データと、ヘッダと呼ばれるブロック自体の情報です。

関連記事：ブロックチェーンの将来性は？活用例や市場規模も紹介

ブロックチェーン誕生の背景

ブロックチェーンは2008年にコンセプトが発表されて、2009年に実用化されました。ブロックチェーンはビットコインのコアな技術として誕生したものなので、2009年の実用化とはビットコインの取引が始まったということです。

またブロックチェーンの生みの親はサトシ・ナカモト氏とされています。サトシ・ナカモト氏は政府に介入されず公正な取引記録ができるビットコインを生み出すためにブロックチェーン技術を研究しました。

ブロックチェーンでできること

ブロックチェーンでできることは、取引の公明な記録を残し、不正な書き換えなどをできなくすることです。ブロックチェーンはデータが中央集権的に集められるわけではなく、分散管理されます。そのため、第三者が改ざんをもくろんでもどこにアクセスしてデータを盗んだり書き換えたりすれば良いのかわかりません。ブロックチェーンがより浸透していけば、あらゆるデータのセキュリティを確保できるということです。

ブロックチェーンの市場状況と将来性

2016年に経済産業省が公表したデータによると、ブロックチェーン技術が市場に影響を与える規模は67兆円と予想されています。その後明確なデータはないものの、仮想通貨をはじめブロックチェーンが市場に大きな影響を与えたことは間違いないでしょう。将来的には、同水準の規模である不動産業や医療福祉を大幅に上回る可能性もあります。

ブロックチェーンとデータベースの違い

データベースは複数のサーバーにデータを分散して保存している場合がありますが、管理自体は中央集権的です。管理者はどのサーバーにどのデータが保存されているのかなどを把握でき、その気になればデータを盗んだり改ざんしたりすることができます。一方で、ブロックチェーンはサービスを提供している人であっても記録されたデータに手を加えることはできません。

ブロックチェーンのメリットとデメリット

ブロックチェーン技術にはセキュリティ面などのメリットがある一方、デメリットもあります。ブロックチェーンはメリットの方に着目されることが多いですが、デメリットについても把握しておくことで中立の視点でブロックチェーンについて理解できるでしょう。

ブロックチェーンのメリット

ブロックチェーン技術は、データの信頼性やセキュリティ強化の面などのメリットがあります。ブロックチェーンは仮想通貨とセットになっている技術として有名なことから接せるように、ブロックチェーンは仮想通貨のセキュリティ面で大きく貢献しています。

透明性とデータ改ざんが困難であること

ブロックチェーンは、透明かつ不可逆的な取引履歴を持つため、データが改ざんされにくい点が特徴です。これにより、信頼される情報の提供が可能となります。

分散性と信頼性

ブロックチェーンは分散型台帳技術の1つであり、複数のコンピュータがネットワークを通じて情報を共有・管理します。この仕組みにより、システム全体の信頼性が向上し、単一障害点のリスクが軽減されます。また、複数のコンピュータがネットワークを通じて相互に検証することで信頼が生まれます。

耐障害性

ブロックチェーンは情報を分散して管理するため、ネットワーク内の一部システムがダウンしてもシステム全体が稼働し続ける耐障害性を持ちます。

ブロックチェーンのデメリット

ブロックチェーンはデータの信頼性がある一方、処理速度など、デメリットもいくつかあります。どのような方法であってもセキュリティを強化するためには利便性が下がるのが一般的ですが、ブロックチェーンも例外ではないということです。

処理速度

ブロックチェーンは、データを分散して保存されるため、データの処理速度が遅くなる傾向があります。また、大量のトランザクションを高速に処理することは困難です。

データの永続性やプライバシーの課題

ブロックチェーンに誤って不正なデータが登録された場合、修正が難しいため、慎重な設計と運用が求められます。また、すべてのトランザクションが公開されるため、プライバシーが損なわれることがあり、個人の取引履歴やアイデンティティの保護に関する問題があります。

法律・規制上の課題

ブロックチェーンに関する法的な枠組みや規制の整備が進んでいないため、法的な不確実性や規制の変化に対するリスクがあります。

取引データが膨大で将来的に対応しきれなくなる恐れがある

現状は、ブロックチェーン技術の活用は限定的です。しかしあらゆる取引データをブロックチェーン技術によって保持するようになると、量が膨大になり、サーバーやネットワークをひっ迫する可能性があるでしょう。つまりあらゆるデータをブロックチェーンで保持することは、現状のネットワーク環境では難しく、改良されないと将来的に対応しきれなくなる恐れがあるということです。

ブロックチェーンの種類

ブロックチェーンを実現する技術には4つの種類があります。種類の区分方法としては、誰がどこまでの範囲でデータにアクセスできるのかなどです。それぞれの特徴について解説します。

パブリック・ブロックチェーン

パブリック・ブロックチェーンは、一般の人々や組織、企業など誰もがトランザクションを参照でき、新しいブロックを追加できるブロックチェーンです。

プライベート・ブロックチェーン

プライベート・ブロックチェーンは、特定の組織やグループが管理・運営し、参加者を制限して利用するブロックチェーンです。権限が厳密に管理されるため、透明性は低くなるものの、拡張性やプライバシーの向上が見込めます。

コンソーシアム・ブロックチェーン

コンソーシアム・ブロックチェーンは、複数の組織や企業が共同で管理するブロックチェーンです。アクセス制御と透明性のバランスを取れます。

ハイブリッド・ブロックチェーン

ハイブリッド・ブロックチェーンは、パブリック・ブロックチェーンとプライベート・ブロックチェーンの両方の要素を持つブロックチェーンです。公開される部分と、アクセス制限された部分を組み合わせられます。

ブロックチェーンの種類毎のメリット・デメリット

上記で紹介した4種類のブロックチェーンのメリットとデメリットを下記にまとめました。それぞれ特徴が異なるため、目的に応じて適切な種類のブロックチェーンを選定しましょう。

ブロックチェーンの種類	メリット	デメリット
パブリック・ブロックチェーン	分散化、透明性、セキュリティが高い	スケーラビリティ、プライバシーの課題がある
プライベート・ブロックチェーン	プライバシーが保護され、スケーラビリティの改善が見込める	分散性が制限される
コンソーシアム・ブロックチェーン	パブリック方式より制御が効き、プライバシーを保つことができる	分散性が制限される
ハイブリッド・ブロックチェーン	パブリックとプライベート方式の良いところを柔軟に取り入れることが可能	管理が複雑で運用コストが増える

ブロックチェーンの利用分野や応用例

ここでは、ブロックチェーンが利用されている分野と応用例について、金融分野、サプライチェーン、ヘルスケアを取り上げて解説します。実際にブロックチェーンが使われている事例を把握することで、技術的なイメージがしやすくなるでしょう。

金融分野

金融分野でのブロックチェーン活用は、リアルタイムな低コスト送金、自動化された取引、資産の透明な管理、そして公正なクレジット履歴の管理に寄与しています。

決済と送金

ブロックチェーンを利用した仮想通貨による決済システムを構築することで、国境を超えたリアルタイムでの低コスト送金の仕組みを構築できます。

スマートコントラクトを用いた自動取引

契約や取引の自動化を実現して取引の透明性を高め、取引コストを削減できます。

資産管理

資産のトークン化と、それに関連する契約の透明かつ安全な管理を可能とします。不動産や株式などの資産の管理・取引を効率的に行えます。

クレジット履歴

クレジット支払い履歴の透明性を向上させ、信用情報の管理をより公正かつ正確に行う手段として活用されています。

サプライチェーン

ブロックチェーンをサプライチェーンに活用することで、取引の信頼性向上、製品の正確な追跡、効率的な自動取引が実現し、サプライヤーとの強固な関係を築けます。

製品の出荷や取引履歴の管理

取引やトランザクションを透明かつリアルタイムに確認できるため、信頼性が高まり、製品の出荷や取引の履歴が改ざんされにくくなります。

各工程の追跡のしやすさの向上

製品の生産から流通、販売までの全過程を記録でき、製品の原産地やルート、品質などを正確に追跡できます。

契約と支払いの自動化

スマートコントラクトを活用して、契約や支払いを自動化できます。契約条件が満たされると自動的に支払いが行われるなど、効率的で正確なプロセスが可能となります。

サプライヤーマネジメントの改善

商品を供給するサプライヤーとの契約や取引履歴を安全に管理できるため、サプライヤーとの信頼関係を深められます。

ヘルスケア

ヘルスケア分野においてブロックチェーンは、患者の安全と医療の品質向上に寄与します。

電子カルテの安全管理

患者の医療履歴や検査結果などのデータをブロックに格納し、分散型台帳に保存することで、患者自身や関連者がデータにアクセスする際のセキュリティを高め、データの改ざんを防げます。また、診療プロセスや処方箋の流れが透明化され、誤った情報や処方箋の不正使用防止につながります。

医薬品の追跡のしやすさの向上

医薬品の生産から流通、販売までのプロセスを管理しやすくなります。これにより、偽薬の流通を防ぎ、患者の安全を確保できます。

臨床試験の透明化とデータ共有

臨床試験のデータを透明化し、異なる研究機関や製薬企業間でデータの共有を容易にすることで、新薬の開発や治療法の改善に寄与します。

ブロックチェーンの最新トレンドの紹介

ブロックチェーンの最新トレンドについてWeb3、サステナビリティ、人工知能、健康領域といったキーワードを取り上げて紹介します。これらのキーワードはブロックチェーンと関連性があるのですが、どのように紐づいているのかを把握しておくことでブロックチェーンについての理解も深まるでしょう。基本的に技術は単体ではなく組み合わせて活用されるので、関連する技術は網羅的に把握しておくと良いです。

Web3

Web3とは、分散型のインターネットであり、ブロックチェーン技術を基盤としたアプリケーションやサービスのことです。NFTや分散型金融などが該当します。

ブロックチェーンの環境への影響とサステナビリティ

ブロックチェーンのエネルギー消費と環境への影響が議論されており、エネルギー効率の改善や環境への配慮が課題となっています。

ブロックチェーンと人工知能の融合

ブロックチェーンと人工知能（AI）を組み合わせることで、より効果的なデータ管理やAIモデルの信頼性向上が期待できます。

ブロックチェーンと健康領域

ブロックチェーン技術を用いて医療データを安全性の高い形で管理・共有することで、健康診断の進化にどのように貢献するかが注目されています。

デジタル通貨と中央銀行デジタル通貨（CBDC）

各国が中央銀行デジタル通貨の開発や実証実験に取り組んでおり、将来の金融システムに与える影響が話題となっています。

ブロックチェーン技術を学ぶ方法

ブロックチェーン技術を学ぶためには、関連書籍を活用したり、関連資格を取得したりする方法が効果的です。ここでは、おすすめの書籍と関連資格を紹介します。インターネット上の情報でもブロックチェーンについては学べますが、書籍や資格は情報が体系化されているので漏れなく学びやすいです。

関連書籍を用いる

基本から応用まで幅広く知識を得るには書籍の活用が有効でしょう。上記の通り書籍は体系的、網羅的に情報が整理されているからです。書籍を読んでおけば、その後インターネットやニュースで情報を見た際にも理解しやすいでしょう。

ブロックチェーンの仕組みを理解できる書籍

ブロックチェーンの仕組みを理解するのに活用できる書籍を2冊紹介します。

『図解即戦力 ブロックチェーンのしくみと開発がこれ1冊でしっかりわかる教科書』
ブロックチェーンの基礎知識、仕組み、周辺技術、技術課題、最新動向などのトピックが網羅されている図解入門書です。ブロックチェーンをこれから学びたい方におすすめです。

『ブロックチェーン 仕組みと理論』
主にITエンジニア向けに書かれた書籍であり、基礎編、理論編、実践編の3部構成となっています。基礎編では、ブロックチェーン技術の概要、応用例、業界動向が解説されています。

手を動かしながらブロックチェーンを学べる書籍

次に、手を動かしながらブロックチェーンを理解できる書籍を2冊紹介します。

『一歩目からの ブロックチェーンとWeb3サービス入門』
Web3のサービスに触れながら、ブロックチェーンとWeb3の基本を理解できる入門書です。ITエンジニア初心者やビジネスパーソン向けの内容となっています。

『Pythonで動かして学ぶ！あたらしいブロックチェーンの教科書』
ブロックチェーン技術の基礎知識を解説している書籍です。Pythonでプログラミングを行いながら、ブロックチェーン技術を理解できます。

関連資格を取得する

ブロックチェーン技術の関連資格として代表的なのが暗号通貨技能検定です。暗号通貨の概念や仮想通貨の普及状況、ブロックチェーン技術の概要、利用方法などの知識が求められます。資格の勉強を通じて、仮想通貨とブロックチェーン技術を体系的に習得できます。

関連記事：ブロックチェーンに関する資格を解説！取得するメリットとは

ブロックチェーンの関連用語

ブロックチェーン技術を理解するために必要な関連用語と、技術的な仕組みについて解説します。ブロックチェーンを理解するためには関連用語の理解も必要です。ここでは、基本的な用語を紹介します。

P2Pネットワーク

P2PネットワークのP2Pとは、Peer to Peerの略で複数のコンピューターが一対一で通信する方式のことです。P2Pでつながったコンピューターが複数集まったネットワークをP2Pネットワークと呼びます。P2Pネットワークは個別につながったコンピューターが複数存在する状態なので、一部のコンピューターがダウンしてもネットワークは稼働します。この分散管理の仕組みはブロックチェーンによって作られています。

電子署名

電子署名はブロックチェーンの核となる技術の1つです。ブロックチェーンは電子署名の技術を利用することで、データの改ざんを防いでいます。電子署名では公開鍵と秘密鍵がペアになっていて、これらを組み合わせてデータの信憑性を保つ仕組みです。署名者は秘密鍵を使ってデータに署名し受信者に送り、受信者は公開鍵を使って署名を確認します。

コンセンサスアルゴリズム

コンセンサスアルゴリズムは、コンセンサスとアルゴリズムを組み合わせた用語です。つまり合意形成のための計算方法ということです。ブロックチェーンでは複数のコンピューターに分散してデータを保持します。そしてデータの食い違いや不正を働く者が存在しても検証システムを正常に動作させるために、コンセンサスアルゴリズムが有効です。たとえばビットコインで使用されているマイニングの仕組みもコンセンサスアルゴリズムの仕組みの一種です。

ブロック

データを格納する基本的な単位で、複数のトランザクションが一つのブロックにまとめられます。ブロックは鎖状に連結されます。

チェーン

ブロックが時系列で連結されたものです。新しいブロックが作成されると、前のブロックに対するハッシュを持つことで連結されます。

ハッシュ

データを一定長の文字列に変換するアルゴリズムを指します。同じデータからは必ず同じハッシュが生成されますが、少しでも異なるデータからはまったく異なるハッシュが生成されます。ブロックは、前のブロックのハッシュを持つため、そのハッシュの値を用いて前のブロックを参照できます。

マイニング

新しいブロックを作成する処理のことです。マイニングは、新しいトランザクションをブロックにまとめ、ブロックチェーンに追加する重要な処理であり、分散型ネットワークのセキュリティと透明性を保つうえで重要な役割を果たしています。

分散台帳技術

データベースや台帳を複数の場所や参加者で共有・同期する技術です。ブロックチェーンは分散台帳技術の1つです。

トランザクション

ユーザーやシステムが行う操作の単位です。送金、データの登録、契約の実行などが含まれます。

ノード

ブロックチェーンのネットワークに接続されたコンピュータやデバイスのことです。ノードはブロックを検証し、新しいブロックを作成する役割を担います。

スマートコントラクト

コードで表現された契約や取引のルールです。自動的に実行され、契約の条件が満たされたときに発動します。

ブロックチェーンに関連するエンジニアの転職のポイント

ブロックチェーンに関連するエンジニアへの転職方法を、ブロックチェーン技術を用いた業務経験別で解説します。いずれの場合も、ブロックチェーン技術がどのように各業界へ影響を与えているか、今後どのような成長が期待されるかなど、市場動向を理解しておくことで、転職活動をスムーズに進められるでしょう。

ブロックチェーン技術を用いた業務経験がある場合

ブロックチェーンは比較的新しい技術であるため、ブロックチェーン技術に関する深い知識や経験は非常に重要です。SolidityやHyperledger Fabricなど、特定のブロックチェーン技術の専門知識を持っている、またはそれに関する経験を積んでいることが求められます。

ブロックチェーン技術を用いた業務経験がある場合は、具体的な開発や導入経験、プロジェクトに成功・失敗した経験などが高く評価されるでしょう。また、ブロックチェーンの最新トレンドや技術、課題を理解していることもアピールポイントとなります。

業務経験はないがブロックチェーン技術に関するスキルがある場合

ブロックチェーン技術に関連する業務経験がなくても、関連スキルを持っている場合は、その内容をアピールしましょう。たとえば、暗号技術や分散処理の知識、決済システムや金融業界特有の業界知識があると有利に働く可能性があります。周辺技術や業界知識を持っていれば、ブロックチェーン技術に関連する業務知識のキャッチアップを早められます。

ブロックチェーンに関するよくある質問

ブロックチェーンに関するよくある質問と回答を紹介します。ブロックチェーンは数年前頃から話題になることが増えていて、現状はある程度一般化してきた技術といえるでしょう。そのため、IT業界に在籍している人や、今後IT業界を目指している方はトレンド技術としてブロックチェーンについて以下のような内容は把握しておいた方が良いでしょう。

Q1. ブロックチェーンとは簡単に言うと何ですか？

ブロックチェーンとは簡単にいうとネットワーク上で個々の端末を個別につなぎ、データを分散管理する技術です。もう少し厳密にいえばデータの取引記録を暗号化して分散することで、データを盗んだり改ざんしたりできないようにしていきます。

Q2. ブロックチェーンのメリットは何ですか？

ブロックチェーンはデータを中央集権ではなく分散管理するので、不正や改ざんできない点が大きなメリットです。第三者はもちろん、たとえばブロックチェーンサービスを提供している人であってもデータの不正利用や改ざんは困難です。

Q3. ブロックチェーンを使うデメリットは何ですか？

ブロックチェーンの大きなデメリットは、一度記録された情報を削除できないことです。情報が分散してしまうので、保持されている箇所をすべて特定して削除することはほぼ不可能ということです。またデータ容量が大きくなることやその結果処理に時間がかかることもデメリットになります。

まとめ

ブロックチェーンとは、データの取引記録を分散保持し、不正利用や改ざんができないようにする仕組みです。もともと仮想通貨取引で使用されたことで注目度が上がりましたが、現状は仮想通貨以外にも重要な電子取引に使用されています。今後はより幅広くブロックチェーンが使用される可能性が高いです。

ただしブロックチェーンには一度記録された情報を削除できないことや、データ容量が大きくなるというデメリットがあります。そのため、ブロックチェーン技術は今後データ容量を圧縮する技術やデータ通信を高速化する技術との組み合わせが研究されていく可能性が高いでしょう。

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