ブロックチェーンとは、取引記録を暗号化して分散型の台帳に保存する技術です。
台帳とは、お金や物品のやりとりを記録する帳簿のことで、銀行や会社などが管理しています。
しかし、台帳を一箇所で管理すると、データが改ざんされたり、システムが停止したりするリスクがあります。
そこで、ブロックチェーンでは、台帳をインターネットにつながったコンピューター（ノード）に分散して保存します。
各ノードは同じ台帳のコピーを持ち、常に最新の状態に更新します。
また、取引記録はブロックと呼ばれる単位でまとめられ、鎖（チェーン）のようにつなげられます。
各ブロックには前のブロックの暗号化ハッシュ（要約値）が含まれるため、データを遡って改ざんすることは非常に困難です。
このようにして、ブロックチェーンはデータの信頼性や安全性を高める技術なのです。
この技術は2008年にサトシ・ナカモトという名前を使った人物（またはグループ）が発明しました。
彼らはビットコインという仮想通貨を作るためにブロックチェーンを利用しました。
ビットコインでは中央機関や仲介者が不要であり、誰でも自由に取引できる通貨です。
その後もイーサリアムやリップルなど様々な仮想通貨が登場しましたが、ほとんどがブロックチェーン技術を基盤としています。
しかし、ブロックチェーンは仮想通貨だけでなく他の分野でも応用されています。
例えばスマートコントラクトや分散型金融などです。
これらは契約や金融サービスを自動化したり効率化したりするものであり、ブロックチェーンの透明性や不変性などの特徴を活かしています。
この記事では、ブロックチェーンの仕組みや特徴だけでなく応用例も紹介していきます。
ブロックチェーンの仕組み
ブロックチェーンのデータ保存技術
ブロックチェーンは、取引データを「ブロック」と呼ばれる形式にまとめ、それを時系列に鎖（チェーン）が連なるように保存する技術です。
ブロックには取引データの他、1つ前のブロックに記録されたデータをもとに算出された「ハッシュ値」が記録されます。
ハッシュ値とは「ハッシュ関数」という専用の計算式によって導かれる乱数（文字列）です。
一口にハッシュ関数といっても複数の種類がありますが、代表的な「SHA-256」の場合、計算によって導かれるハッシュ値は64文字の乱数となります。
仮に攻撃者がブロックのデータを改ざんした場合、それ以降のブロックに記録されたハッシュ値の整合性がとれなくなるのです。
そのためブロックチェーンでは、取引データの改ざんが困難（ほぼ不可能）です。
ブロックチェーンの特徴
改ざん防止
ブロックチェーンでは、取引データを「ブロック」と呼ばれる形式にまとめ、それを時系列に鎖（チェーン）が連なるように保存します。各ブロックには前のブロックのデータをもとに算出された「ハッシュ値」という乱数が記録されており、これによってデータの整合性が保たれます。仮に攻撃者がブロックのデータを改ざんしようとした場合、それ以降のブロックのハッシュ値も全て書き換える必要がありますが、それは極めて困難（ほぼ不可能）です。
システム障害耐性
ブロックチェーンでは、取引データを複数のコンピューター（ノード）が分散して保存・管理します。これはP2P（ピアツーピア）ネットワークと呼ばれる仕組みで、中央集権型のシステムと異なり、単一の管理者やサーバーが存在しません。そのため、一部のノードが停止してもシステム全体は継続して稼働できます。
システム運用コスト低減
ブロックチェーンでは、取引データを分散管理することで高スペックなサーバーは必要ありません。また、取引データの検証や記録はマイニングと呼ばれる作業で行われますが、これは参加者自らが報酬目的で行うため管理者側から支払う必要はありません。
以上がブロックチェーンの主な特徴です。他にもスマートコントラクトやNFTなど様々な応用例や可能性があります 。
ブロックチェーンに必要な技術
P2P通信
ブロックチェーンでは、取引データを複数のコンピューター（ノード）が分散して保存・管理します。これはP2P（ピアツーピア）ネットワークと呼ばれる仕組みで、中央集権型のシステムと異なり、単一の管理者やサーバーが存在しません。そのため、一部のノードが停止してもシステム全体は継続して稼働できます。
暗号技術
ブロックチェーンでは、公開鍵暗号技術により電子署名を用いて相手との安全な取引を実現したり、台帳情報の共有による取引の透明性とプライバシー保護を両立したりしています。また、各ブロックには前のブロックのデータをもとに算出された「ハッシュ値」という乱数が記録されており、これによってデータの整合性が保たれます。
コンセンサスアルゴリズム
ブロックチェーンでは、台帳情報をネットワーク上の全員で共有するため、全体の合意形成を行います。そうした合意を行う方法が「コンセンサスアルゴリズム」です。コンセンサスアルゴリズムには、ビットコイン等に用いられるProof of Work（PoW）やHyperledger Fabric等に用いられるEndorse+Ordering Serviceなど複数の方法があります。
以上がブロックチェーンに必要な主な技術です。
ブロックチェーンの応用例
代表的な仮想通貨
ビットコインやイーサリアムなどの代表的な仮想通貨を例に挙げると、以下のようになります。
ビットコイン（BTC）
2009年にサトシ・ナカモトという正体不明の人物（またはグループ）によって発明された、世界初の暗号資産（仮想通貨）です。価値の交換や保存に向いており、決済手段としても用いられます。発行上限は2100万BTCで、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）というコンセンサスアルゴリズムを採用しています。
イーサリアム（ETH）
2015年にヴィタリック・ブテリンという若き天才プログラマーによって開発された、暗号資産だけでなく分散型アプリケーションプラットフォームでもあるものです。スマートコントラクトという仕組みを使って、様々な取引や契約を自動化できます。発行上限は定められていません。
以上がビットコインやイーサリアムなどの代表的な仮想通貨の例です。他にも多数の仮想通貨が存在します。
新しいサービス
新しいサービスを例に挙げると、以下のようになります。
スマートコントラクト（smart contract）
あらかじめ決められた条件を満たした場合にのみ契約を自動的に執行する仕組みです。ブロックチェーン上でプログラムされ、中央集権的な管理者や仲介者が不要になります。
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分散型金融（Decentralized finance）
DeFiとも呼ばれ、金融機関のように中央の管理者を必要とせず自律的に運営される金融サービスです。パブリック型ブロックチェーン上でスマートコントラクトを活用して構築・運用されます。
以上がスマートコントラクトや分散型金融などの新しいサービスの例です。他にも多数のサービスが存在します。
その他の分野（IoT、医療、公共サービスなど）での可能性
ブロックチェーンやIoTなどの新しい技術は、医療、公共サービスなどの分野で様々な可能性を秘めています。例えば、
医療
ブロックチェーンは、医療データの管理や流通において、セキュリティや信頼性を高めることができます。例えば、患者の診療情報や遺伝子情報を暗号化してブロックチェーン上に保存し、必要な場合に限定的にアクセスできるようにすることで、個人情報の保護やデータの活用が可能になります。また、医薬品の流通や臨床試験の管理にもブロックチェーンを活用することで、偽造品や不正行為を防ぐことができます。
公共サービス
IoTは、公共インフラやサービスにおいて、効率化や最適化を図ることができます。例えば、交通システムでは、IoTデバイスを利用して渋滞状況や駐車場空き状況などをリアルタイムに把握し、適切なルート案内や料金設定を行うことができます。また、災害対策では、IoTデバイスを利用して地震や津波などの発生予測や被害拡大防止策を行うことができます。
以上がブロックチェーンやIoTなどの新しい技術が医療や公共サービスなどの分野で持つ可能性の一部です。他にも多数の事例が存在します。
ブロックチェーンのメリットとデメリット
ブロックチェーンのメリットとデメリットをまとめると以下のようになります。
メリット
改ざんが困難：ブロックチェーンは、分散型の台帳技術であり、参加者全員が同一のデータを共有し、相互に監視しあう仕組みになっています。また、各ブロックには前のブロックのハッシュ値が含まれており、改ざんすると整合性が崩れるため、データの信頼性が高いです。
システムがダウンしにくい：ブロックチェーンは、P2Pネットワークを利用しており、一部のコンピュータが故障してもシステム全体は動作し続けられます。また、データは複数のコンピュータに分散して保存されているため、消失や漏洩のリスクも低減されます。
信頼性が高い：ブロックチェーンでは、第三者機関や中央管理者が不要であり、取引や契約を直接的かつ透明に行うことができます。詐欺や不正などを防ぐことができるため、ビジネスや社会活動における信頼性を向上させることができます。
デメリット
データの削除・修正ができない：ブロックチェーンに一度保存されたデータは削除や修正ができません。改ざんを防ぐためにそのような仕組みになっているからですが、間違ったデータや個人情報などを登録してしまった場合には問題となります。
処理速度は速くない：ブロックチェーンでは、多数のコンピュータがデータの検証や記録を行う必要があるため、処理速度は速くありません。特にビットコインではブロックサイズや生成時間に制限があるため、送金遅延や手数料高騰などの問題が起きています。
データ量が増え続ける：ブロックチェーンでは、新しい取引情報だけでなく過去の取引履歴もすべて記録されています。そのため、利用者や取引量が増えれば増えるほどデータ量も増え続けます。これは処理速度低下だけでなくストレージ容量不足や通信帯域幅不足などの課題も引き起こします。
ブロックチェーンの今後の展望と課題
ブロックチェーンの今後の展望や課題を述べると以下のようになります。
展望
ブロックチェーンは、金融分野だけでなく、芸術品や音楽コンテンツ、エネルギー管理など様々な分野で活用される可能性があります。
特に、ブロックチェーン上で作成されたデジタルアイテムやアクセス権を取引する分散型アプリケーション（DApps）は、ゲームやエンターテイメントの領域で注目されています。
ブロックチェーンは、企業間や国際間でのデータ共有や契約実行を効率化し、信頼性を高めることができます。
例えば、製品の原料から製造までの過程をブロックチェーン上に記録し、第三者にも透明にすることで、品質管理やトレーサビリティを向上させることができます。
ブロックチェーンは、個人情報や財産権などのデジタルIDを安全かつ自律的に管理することができます。
例えば、ブロックチェーン上に作成された分散型ID（DID）は、ユーザー自身が発行・管理・利用することができるため、個人情報の流出や不正利用のリスクを低減することができます。
課題
ブロックチェーンは、データの削除・修正が困難であったり、処理速度が速くなかったりするという技術的な課題があります。
これらの課題に対しては、合意形成方式やシャーディングなどの改善策が検討されていますが、まだ完全に解決されているわけではありません。
ブロックチェーンは、法律的・規制的な課題も抱えています。
例えば、暗号資産やトークンに関する税制や消費者保護などの法整備が十分ではなかったり、国際間での規制基準や相互運用性が確立されていなかったりします。
これらの課題に対しては、国際標準化団体や政府機関などが協力して取り組む必要があります。
ブロックチェーンは、ビジネス的・社会的な課題も存在します。例えば、ブロックチェーンを導入するメリットや必要性が明確ではなかったり、「Play to Earn」ゲームなどブロックチェーンを活用したサービスに対する市場需要や受容度が不確実な点が挙げられます。
