ブロックチェーンの課題と解決策の進展に基づく展望の考察
Overview the Blockchain Technology from Its Challenges and Solutions
秋谷 昂志†
Takayuki Akiya
フリーランス†Email：noir.entith.marge@gmail.com

概要 ブロックチェーンは、暗号理論を主とする技術を用いてトラストレスに P2P ネットワークでデータの遷移を記録する技術である。ブロックチェーンの直面する代表的な課題の一つにスケーラビリティがある。ビットコインのような従来の実装では十分なトランザクションを処理できず、実用上の課題があるとされている。オンチェーンのプロトコルの変更により解消を試みることもできるが、一般にネットワークのノードに負荷を転嫁する結果となるため限界がある。そこで、ペイメントチャネルやサイドチェーン等のオフチェーンスケーリング手法の研究が盛んに行われている。サイドチェーンでは高速コンセンサスアルゴリズムの採用により、トレードオフはありながらもトランザクション処理量を大きく向上させている。スケーラビ
リティ以外の課題も多くあり、必ずしもブロックチェーンが有効に作用しない分野もあるが、データやロジックの記述・不可逆的な記録・状態遷移の追跡といった普遍的な性質と実用性の向上が相まって、今後の応用や新分野の開拓が期待される。

1.はじめにられがちである点が、ブロックチェーンの理解を難しくしている

ブロックチェーンは、新分野の開拓や既存の多様な分野への応理由の一つだと考えている。そこで本稿ではブロックチェーンの用が可能なポテンシャルを秘めた技術である。始まりは、2008 年

代表的な課題としてスケーラビリティ問題を取り上げ、解決法のに Satoshi Nakamoto が発表した論文「Bitcoin: A Peer-to-Peer

進展について概観する。そのうえで、現在のブロックチェーンにElectronic Cash System」に遡る。Satoshi は、信頼できる第三

どのような特徴があるのか踏まえて展望を説明することで技術者機関が介在する電子決済システムの弱点を指摘し、暗号理論にとしてのブロックチェーンに対する見識を深めることを目的とよる証明をベースとする無与信下でピアトゥピアネットワーク

する。

を介して行う二者間の電子決済システムを提案した[1]。この論文には、「ブロック（block）」や「鎖状につなぐ（chain of ～）」と

2.ブロックチェーンとはいう現在のブロックチェーンの根幹を成す概念が散りばめられ

2.1.用語の定義ている。一方で、いまや名詞としてよく知られているブロックチ「ブロックチェーン」を、ビザンチン障害を含む不特定多数の

ェーン（blockchain）は、実は一度も使われていない。10 年の歳

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月を経る間に、ブロックチェーンという名詞にまで昇華されて市0 へ収束するプロトコル、またはその実装と定義する。これは日民権を獲得するとともに、その応用はもはや決済だけに留まらな本ブロックチェーン協会の定義に基づく[2]。少々難解に思われる

いものとなった。研究範囲は広範に及び、進展も速い。新技術のので、ブロックチェーンの構成要素やアクターについて簡単に定開発だけでなく、良く知られているものからニッチなものまでを義したあと、説明する。

含む広範な既存技術を組み合わせて次々と進歩している。

ブロックチェーンの主な構成要素が「トランザクション」と「ブしかし、一般には暗号通貨（crypto currency）の文脈からブロロック」である。
「トランザクション」は、あるユーザから他ユーックチェーンを捉えることが多いように思う。確かに暗号通貨を

ザへの価値の移転を主な成分として含む構造体である。「ブロッ実現する技術であるという認識は誤りではないし、むしろ経済的ク」は、自身と直前のブロックを説明する情報並びにいくつかの価値を有するアセットを発行できることはブロックチェーンのトランザクションを主な成分として含む構造体と表現できる。こ

非常に重要な側面である。だが、これはブロックチェーンのあくのようにブロックが直前のブロックを参照する構造が継続するまで一側面であり、他の有力な側面に関しては課題や解決法も含ため総体として鎖状に見えることからブロックチェーンと形容

めてあまり理解されていないように見受けられる。

される。

筆者は、技術の進展速度に加えて暗号通貨の部分が大きく捉え

ブロックチェーンの維持に関わるネットワークが「P2P ネット

ワーク（ピアトゥピアネットワーク）」である。P2P ネットワー

翻って、ブロックチェーンの定義を見てみる。まず、「ビザンチ

クは不特定多数の「ノード」からなる。ノードはブロックチェー

ン障害を含む不特定多数のノード」について説明する。これは、ンにおいてブロックの生成やメッセージの伝達等を含む複数のネットワークの構成が、データを管理する主体がおりその主体を役割を担う。また、ブロックチェーンそのものの複製を保持する。

介してデータのやりとりを行うクライアントサーバ方式ではな

このようなノードを特にフルノードという。文脈によってはノーく、管理主体を持たず直接データをやりとりするピアトゥピア方

ドをピア、バリデータ、マイナーなどと表現する方が正確である

式であることを意味する。そして、そのネットワークはビザンチ

が、簡単のためノードで統一する。ノードがブロックを生成する

ンなノードによって構成され、ノードは必ず正しい値を伝達する

平均的な時間間隔を「ブロックタイム」といい、ブロックのデーとは限らない。次に、「時間の経過とともにその時点の合意が覆

タサイズを「ブロックサイズ」という。生成されたブロックの承る確率が 0 に収束する」について説明する。これは、合意の形成

認などのように、複数のノードで構成される P2P ネットワークに至るまでの手順であるコンセンサスアルゴリズムに従ってノがある値について合意するためのルールを「コンセンサスアルゴードが合意形成し続ける限りにおいては、その累積によって過去

リズム」という。

の合意の変更または削除の成功確率が限りなく 0 に近づくことブロックやブロック内に含まれているトランザクション対しを指す。今回の定義では、ブロックチェーンの本来の機能と考えてなされた合意が覆らない確率を「ファイナリティ」と呼ぶ。通てよい。最後に「その実装」であるが、ノードが機能を果たすの

常、時間が経つにつれてファイナリティは高くなる。つまり、古に必要な実装、またはその実装に用いる技術群と捉えればよい。

いブロックほど覆りにくくなる。ファイナリティをある・なしに二元論的に分類する考え方、すなわち原理的に 100%覆らないも2.2.基本的な構造のだけをファイナリティがあるとし、それ以外をファイナリティ

ブロックチェーンは暗号化や電子署名、ハッシュ化といった暗がないとする考え方もあるが今回は確率的に捉える。
「ファイナ号理論のテクノロジを駆使する。暗号化は平文をある規則に従っリティ」が確率的である場合（二元論的な捉え方ではファイナリて暗号文に変換するものである。規則を知っている者であれば暗ティがない場合）、任意の時点で 2 つ以上の有効なブロックが出

号文を平文に復号できるが、それ以外の者には復元できないため

現して承認されるとブロックチェーンに「分岐」が発生する。ブ

情報が秘匿される。暗号化と復号の鍵が同じものを対称暗号（共ロックチェーンでは原則的に長い方が正とプロトコルで定義さ通鍵暗号）、異なるものを非対称暗号（公開鍵暗号、公開鍵と秘密れており、短いブロックチェーンは破棄されるので最終的には分鍵のペアを持つ）という。電子署名は公開鍵暗号の応用例の一つ

岐は解消され、1 つのチェーンだけが生き残る。破棄されたチェ

で、メッセージの作成者が確かにその人であることと改竄されてーンにおける分岐点となったブロックよりあとに生成された全いないことを保証するものである。ハッシュ化は一方向関数を用てのブロックは無効となるので、当該ブロック内のトランザクシ

いてデータの置換・要約を不可逆的に行うものである。入力値がョンも無効になる。

少しでも違うと全く異なる出力値が得られるが、出力値のデータ

ブロックチェーンは不特定多数のノードに維持を任せている

サイズは入力値によらず一定であるという性質を持つ。これらのため、そのふるまいを制御することは難しいが、非常に重要であ

暗号理論によりブロックどうしを次々とつないでいくことで、時る。そこで、ネットワークの障害モデルとしてノードが作為か不間の経過とともにその時点の合意が覆る確率を 0 へと導く。具体

作為かによらず偽の情報を伝達する可能性がある、すなわち「ビ的にどのように技術が用いられているかのイメージを掴むことザンチン」なノードがいる状況を仮定して設計される。偽の情報は次章以降で述べる課題やその解決策を理解するうえで有用での伝達とは、例えば故障による不応答やネットワークの非同期にあるので、ブロックチェーンとしては最も基本的なビットコイン

よる古い値のブロードキャスト等も含まれる広い概念である。同を取り上げて構造を簡潔に説明する。

時に、できる限りノードに正しいふるまいを促すべく、正しいふ

ビットコインの利用は、基本的にビットコインウォレットと総るまいにはインセンティブを、不正なふるまいにはペナルティを称されるソフトウェアを用いて、秘密鍵と公開鍵のペアを生成す与えるなどのインセンティブスキームが組み込まれている。それるところから始まる。これらは主に電子署名のために用いられる。

らは通常、ブロックチェーンが発行するコインなどの「アセット」

ビットコインにおける電子署名は楕円曲線暗号 secp256k1 に基の形式をとる。

づく楕円曲線電子署名アルゴリズム（ECDSA）で、巨大な乱数を

秘密鍵として secp256k1 から公開鍵を求める。また、公開鍵はユッダのハッシュ、②B に含まれる全トランザクションのマークル

ーザのアドレスとなり、このアドレスを用いて送金の受け取りがルートハッシュ、③ナンスという 3 つの値をもとにハッシュ化をできる。より詳しくは、公開鍵を SHA-256 でハッシュ化した値行い、予め定められた値より小さなハッシュを探す。①、②はそをさらに RIPEMD-160 でハッシュ化し、その値を Base58 エン

れぞれ SHA-256 を 2 回使ってハッシュ化した 256bit の値であコードするという過程を経る。

る。③はその小さなハッシュを見つけるべくノードが 0 からイン

いま、ユーザ X はユーザ Y に金額 M の送金を企図してトランクリメントして試行するための値である。条件を満たすハッシュザクション T を発行するとする。トランザクションの標準構造はを最も早く見つけたノードにブロックを生成する権利が与えら複数あるが、ここでは執筆時点で最も利用されている P2PKH のれる。勝利したノードはブロック B を生成し、ネットワークへブものとする。まず、ユーザ X は金額Ｍを用意するために、インプ

ロードキャストする。その他のノードらは、ブロック B を受信しットトランザクション内に過去に X 宛に送られた未使用のアウ

たら B の①～③の値をもとに正しく計算問題を解いていること

トプットトランザクションを指定し、X は自身の秘密鍵による電を確認して自らのブロックチェーンに取り込み、他のノードにも子署名と公開鍵を用いてスクリプト（ScriptSig）を記述する。同送信して、次のブロックの生成に取り掛かる。①のブロックヘッ

時に、アウトプットトランザクション内に金額 M、出力先としてダのハッシュは分岐がない限り競争を行うノードで共通である

Y のアドレス、Y の公開鍵と Y の秘密鍵による電子署名の提示をが、②はノードごとに取り込むトランザクションが異なるため同解除条件とするスクリプト（ScriptPubKey）を記述する。インプじマークルルートハッシュにはならないので、ノードごとに全くットトランザクションとアウトプットトランザクションを主な異なる計算をしなくてはならない点に留意されたい。このように構成要素としてトランザクション T が生成される。インプットト

ハッシュパワーに基づいてコンセンサスを形成するアルゴリズ

ランザクションは送金者が送金金額を用意するもの、アウトプッ

ムを PoW（proof of work, プルーフオブワーク）という。ブロットトランザクションは相手の宛先と送金金額を示したもの、それ

ク B が作られてから次のブロックが作られるまでの時間、つまりら 2 つを主要な構成要素として価値の移転を記述したものがト

ブロックタイムが約 10 分となるように計算問題の難易度はネッ

ランザクションであると理解するとよいだろう。インプットトラ

トワークによって自動的に調整される。

ンザクションのように過去のアウトプットトランザクションをこうして正常にトランザクション T がブロック B に含まれる

参照して送金金額を用意する理由は、ビットコインは銀行のようと、ユーザ Y は自らの公開鍵と秘密鍵による電子署名を示すことにアカウントベースで残高を管理しておらず、ブロックチェーン

でユーザ X が施したロックを解除して利用できるようになる。

に記録されている全トランザクションを辿って所持金額を算出

以上、本セクションでは基本的なブロックチェーンとしてビッする仕組みを取っているためである。トランザクション、インプ

トコインについて取り上げて構造を概説した。おおよそのブロッットトランザクション、アウトプットトランザクションの構造を

クチェーンで上記説明の流れは概ね共通であると思われるが、具表 2.1 から表 2.3 に示す[3]体的に見ていくとブロックやトランザクションの構造はもちろ

実際に送金を考えているのはユーザ X だけではないので、トラん、コンセンサスアルゴリズム、もっと基本的なプロトコルとい

ンザクション T のようなトランザクションは多く存在する。ノーったレベルで相違点がありブロックチェーンごとに様々な特色

ドらは、トランザクション T を含む多数のトランザクションからがある点を付け加えておく。

ブロック B を生成しようとする。トランザクションそれぞれについてインプットトランザクションの送金者の電子署名の検証等

3.ブロックチェーンの課題と解決策を行うことで有効性を確かめ、無効なトランザクションは除外す

ブロックチェーンについて課題は複数あるが、取りうる解決策る。このようにしてブロックサイズ上限の 1MB を超えない範囲

は基本的に、オンチェーン（Layer1）での解決か、オフチェーン

でトランザクションを取り込んでいくが、ノードは自由に取り込（Layer2）での解決かのどちらかである。オンチェーンは、当該

むトランザクションを選択できるので、通常、ブロックはノードのブロックチェーン自体のプロトコルを変更するものである。当ごとに異なる。ブロックの構造を表 2.4 と表 2.5 に示す[4]。

該ブロックチェーンを維持するネットワークの帯域幅、ノードのノードらはブロックの生成権をめぐり、計算問題を解く競争を

ストレージ、メモリ等のリソースを勘案して行うことになる。オ

行う。具体的には、①ブロック B の親ブロックの持つブロックヘ

フチェーンは、当該のブロックチェーンで行う処理を切り離して表 2.1 トランザクションの構造

フィールド名説明

データサイズバージョンナンバー

バージョン

4 バイト

フラグ

あれば 0001 で、ウィットネスがあることを示す

あれば 2 バイト、なければ 0 バイト

インプットカウンタ

インプットトランザクションの数

1-9 バイトインプットリスト

インプットトランザクション（表 2.2 参照）のリスト

インプットトランザクションの数によるアウトプットカウンタ

アウトプットトランザクションの数

1-9 バイトアウトプットのリスト

アウトプットトランザクション（表 2.3 参照）のリスト

アウトプットトランザクションの数による

ウィットネスあれば 1 インプットにつき 1 ウィットネス

可変

ロックタイムトランザクションのロックが解除されるブロック高かタ

4 バイト

イムスタンプ、ロックなしの場合は 0

表 2.2 インプットトランザクションの構造
フィールド名説明

データサイズ

前トランザクションのハッシュ

このインプットが参照している前トランザクションのハッシュ

32 バイト前アウトプットトランザクションのイン

このインプットが参照している前トランザクションのアウトプット

4 バイト

デックス

トランザクションの番号（先頭のアウトプットトランザクションは 0）

入力者のスクリプト長

入力者の署名スクリプトの長さ

1-9 バイト

入力者の署名スクリプト（ScriptSig）

入力者を確認するためのスクリプト、入力者の秘密鍵による電子署名

可変と公開鍵を含む
シーケンス

4 バイト

送信者が定義するトランザクションのバージョン

表 2.3 アウトプットトランザクションの構造
説明

フィールド名

データサイズ値

トランザクションの送金額

8 バイト

出力先のスクリプト長

出力先のスクリプトの長さ

1-9 バイト

出力先のスクリプト（ScriptPubKey）

出力先の公開鍵を用いて値を引き出すための条件を記述したスクリ

可変

プト

表 2.4 ブロックの構造
フィールド名説明

データサイズ

マジックナンバー

0xD9B4BEF9 固定、ネットワークを識別

4 バイト

ブロックサイズ

ブロックヘッダ～トランザクションまでのブロックサイズ

4 バイト

ブロックヘッダ

ブロックのヘッダ情報（表 2.5 参照）

80 バイト

トランザクションカウンタ

ブロック内のトランザクション数

1-9 バイトトランザクション

トランザクションのリスト

可変表 2.5 ブロックヘッダの構造
フィールド名説明

データサイズバージョン

ブロックのバージョン

4 バイト

親ブロックのハッシュ

親ブロックのブロックヘッダをハッシュ化したもの

32 バイトマークルルートハッシュ

ブロック内の全トランザクションをハッシュ化したもの

32 バイトタイム

ブロック生成時のタイムスタンプ

4 バイト

ビット

ブロック生成時のプルーフオブワークの難易度

4 バイト

ナンス

0 から始まる 32 ビットの数字

4 バイト

表 3.1 スループットの比較
比較対象

ビットコイ

平均スルー

最大スルー

プット

プット

2.6tps

8.3tps

備考

平均スループットは[5]より、2017/10/22～2018/10/21 のデータについて平均を算出。
最大スループットは、ブロックサイズ 1MB、平均トランザクションサイズ 200B、ブン

ロックタイム 600 秒で試算。
イーサリア

8.2ps

20tps

平均スループットは[6]より、2017/10/22～2018/10/21 のデータについて平均を算出。
最大スループットは[7]による。※イーサリアムは PoW 型から PoW/PoS 併用型、あるム

いは PoS 型への移行を検討している点を付け加えておく。
PayPal240tps不明

平均スループットは[8]による。

VISA

1736.1tps

56000tps

平均スループットは[9]をもとに算出。最大スループットは[10]による。

他のブロックチェーンに移すものである。オンチェーンのリソー

VISA を取り上げてスループット（transactions per second, tps）

スの問題は無視できるが、技術自体を開発する必要がある。

を比較した結果を表 3.1 に示す。ブロックチェーンは既存のシス

また、厳密には課題の解決策とは言えないが、新しいブロック

テムと比べてスループットが低いことが分かる。

チェーンを開発することも選択肢の一つである。既存のブロックチェーンで実現不可であるか、実現にあたって犠牲にしたくない

3.2.オンチェーンでの対応

何らかのトレードオフがあるような機能、あるいは特定目的の達オンチェーンで解決を図る場合、最も単純な方法はブロックチ成に特化したものを開発したい場合には採用される場合がある。

ェーンを定義するシステムパラメータを変更することである。例

以下では、ブロックチェーンにおける課題としてスケーラビリ

えばブロックサイズを 2 倍にすれば、平均的に 2 倍のトランザク

ティを取り上げて説明し、解決策についても簡単に触れる。

ションを含めることができるようになる。ブロックタイムを 1/2にすれば、1/2 の時間で同数のトランザクションを処理できるよ3.1.スケーラビリティ

うになる。しかし、この方法はネットワークの帯域幅、ノードの多くの初歩的なブロックチェーンで毎秒処理できるトランザ

メモリ、ストレージ、演算能力等に負荷をかけることになるので、クションの数は非常に少ない。これは、実用上の課題であるとさそれらを考慮して決定しなければならない。また、この方法でスれている。ユーザ数の増加、ユーザの利用の増加につれてこの問ケーリングできる限界もある。

題は致命的になる。トランザクションの処理待ち時間は増え、ノ別の方法としてはコンセンサスアルゴリズムを変更する方法

ードは演算能力を恒常的に稼働させなくてはならなくなる。代表がある。ただし、コンセンサスアルゴリズムの変更は単純にスケ的な PoW 型のブロックチェーンであるビットコインとイーサリ

ーラビリティ問題だけを考えて行われるようなものではない。新アム、また取引の処理をしているシステムの例として PayPal や

しいコンセンサスアルゴリズムの採用によりブロックチェーン

の仕組み自体が変化するので、攻撃手法やその対策、ネットワーては、例えば HTLC（Hashed Timelock Contract）などの技術にクの設定等、多方面の検討と改修が必要となることが多い。むしより解消されつつある。以上によりブロックチェーンで行われてろ、新しいコンセンサスアルゴリズムを採用する場合は、ゼロかいた中間のトランザクションをブロックチェーン外で実行でき

らブロックチェーンを開発する方が少ない工数で済むという考るので、スケーラビリティが改善される。

えもある。コンセンサスアルゴリズムの選択に関しては、第 3 章の 4 で補足する。

サイドチェーンは、2way-peg と総称される手法を用いてブロックチェーンとトランザクションのやりとり等をできるようにする技術である。サイドチェーンは、ペッグされるブロックチェ

3.3.オフチェーンでの対応

ーンとは全く別のブロックチェーンである。例えばチェーンを維

オフチェーンで解決を図る場合、ステートチャネルやサイドチ

持するノードやコンセンサスアルゴリズム、システムパラメータ

ェーンを用いた技術が利用される。例えば、ユーザ X とユーザ Y

まで全て異なっていてよく、ペッグされるブロックチェーンの設の間で複数回の送金を行う場合を考える。この時、X と Y にとっ計に縛られないので開発の自由度が非常に高い。従って、今回はて最も重要な情報は双方の最終的な金額がいくらになるかであ

スケーラビリティの文脈でサイドチェーンについて述べている

り、その中間の履歴は必ずしも必要でない。ステートチャネルやが、必ずしもそれだけに限らず利用される技術である。

サイドチェーンを用いた技術は、この中間の履歴に当たる処理をスケーラビリティの観点から、サイドチェーンに用いられるコ

代行することで、当該のブロックチェーンで発行されるトランザ

ンセンサスアルゴリズムは PoS（Proof of Stake, プルーフオブ

クション数を削減する技術である。トランザクションの数が減るステーク）をベースとする高速なものが多く、数千 tps を記録すということはそれだけストレージを節約できるということであるものも出現している。PoW のようにノードのハッシュパワー

り、インプットトランザクションやアウトプットトランザクショ

による演算速度に基づいてブロックの生成確率を高める代わり

ンにあるスクリプトの署名検証作業に割いていたリソースも節に、PoS はノードがロックしたステークに基づいてブロックの生約できるということである。これによりスケーリングがなされる。

成確率を高める。PoS はチェーンベースの PoS（chain-based PoS）

両技術についてもう少し詳しく見ていく。

と BFT スタイルの PoS（BFT-style PoS）に分かれる。

ステートチャネルは、通常ブロックチェーン上で行われるステチェーンベースの PoS は、アルゴリズムが擬似的にランダムート（状態）の更新をブロックチェーン外で行おうとするものでにノードを選び、選ばれたノードがブロックを生成できるというある。主に以下のステップで行われる。まず、マルチシグネチャものである。生成されるブロックは、直前のブロックを参照して等でブロックチェーンのステートの一部をロックし、一定数の参いる必要がある。BFT スタイルの PoS は、ランダムに選んだノ加者の合意があれば更新できるようにする。次に、トランザクシードにブロックを「提案」する権利を与えて、どのブロックを正

ョンを発行し参加者間でステートの更新を実行できるようにすとするかについてノードが「投票」することで合意を形成するよる。このトランザクションはブロックチェーンに送信できるもの

うなプロトコルである。合意が形成されると確実なファイナリテ

であるが、送信は保留しておく。新しい更新は古い更新に優先すィが与えられて、覆ることはなくなる。チェーンベースと比べるる。終わりに、参加者はブロックチェーンにステートを返してスと、1 ブロックに対して合意が形成され、なおかつ確実なファイテートチャネルを閉じ、ブロックチェーンでロックしていたステ

ナリティが与えられるなどの違いがある。どのような実装をする

ートのロックを解除する。

かは要求される可用性や一貫性を考えて決定することになる。

この技術を送金用途で応用したものがペイメントチャネルである。ペイメントチャネルにおいてステートの遷移とは、送金の3.4.コンセンサスアルゴリズムの選択にみるトレードオフ遷移である。ただし、やりとりが直接チャネルを開設している二スケーリングをするにあたり、高速なコンセンサスアルゴリズ

者間のみに限定される、チャネルの開設に保証金（ビットコイン

ムを用いればよいと考えるのは誤りではない。ただし、高速コンであればビットコインのデポジット）がいる、受取人もオンライ

センサスアルゴリズムの採用にはトレードオフがある点を押さンである必要がある、トランザクションマリアビリティの問題がえておきたい。Vlad Zamfir は次のような図 3.1 を用いてトレーある、通常の送金に比べて遥かに仕組みが複雑であるといった課

ドオフをうまく表現している[11]。

題がある。ただし、チャネルが二者間のみに限定される点に関しファイナリティの速度（＝ファイナリティが速いか、遅いか）、オーバヘッドの多寡（＝ネットワークの余分な仕事量が多いか、

閾値や中央集権的か非中央集権的かといった違いはセキュリテ

少ないか）、ノードの数（＝数が多く非中央集権的か、数が少なくィにも影響する。例えば、PoW では悪意ある攻撃者が 1/2 を超え

中央集権的か）のうち、選択できるのは 2 つだけである、というるハッシュパワーを保有するならば遡ってチェーンの改竄が可

トリレンマである。

能になる。チェーンベース PoS であれば、ハッシュパワーの代わりに過半数のステークで改竄可能である。
これに対し、BFT スタイルをとる PBFT では 1/3 より大きい
ノードを掌握すれば、過去に遡っての改竄はできないがコンセン
サスを止めることができる。仮に悪意ある攻撃者の数が 0 だとしてもノードの 1/3 以上がオフラインであればコンセンサス形成自体が止まる。一方、PoW は 1/3 のノードが失われても正常にコンセンサスは形成される。また、コンセンサス形成に関わるノードが少なければ、コンセンサスを止めるのに必要なノードの数も当
然少なくなる。コンセンサス形成にかかわるノードの数が十分に図 3.1 Vlad のトレードオフ

少なければ、そのノードをお金で懐柔するような攻撃も考えられる。PoW 型の、例えばビットコインのようなブロックチェーンでPoW 型（例：ビットコイン）のブロックチェーンを考えてみる。ブロックチェーンの仕組みによればコンセンサスが形成され過半数のハッシュパワーに達するまでノードをお金で懐柔しようとするのは無謀であろう。

てチェーンが長くなる度、過去のブロックが改竄される可能性はこのように、コンセンサスアルゴリズムの選択はトレードオフ

指数関数的に下がっていく。ただし 0 にはならないので、ファイがあるだけでなく、攻撃の手口や攻撃のインセンティブが変わっナリティはあくまで確率的なものである。ブロックタイムも 10てくるなど、セキュリティにも影響を及ぼすことから、慎重さが分と長い。しかしながらノードが行っていることはプロトコルに求められるだろう。

定められたものだけであり、多数のノードがブロックの生成競争をすることに鑑みて、コンセンサスに参加するノード数も非常に

4.展望

多いと言える。Vlad の三角形の右端に位置すると言えるだろう。

ブロックチェーンのもたらす社会的な影響について論じるに一方で、100%のファイナリティをもたらすプロトコルの例とあたり、1 つの観点として機能面に焦点を当ててブロックチェー

して PBFT（practical byzantine fault tolerance）を考えてみる。

ンの特徴をまとめる。なお、メリットとなるかデメリットとなる

PBFT は、ノードが互いに通信しあい、2/3 以上のコンセンサス

かは文脈に依存するため、そのような観点での整理は行わない。

を得た場合にファイナリティを定めるというものである。ファイ1.

ナリティは即時であることから、この点に関しては優れていると原則として記録のテクノロジであるが、物理的に何かを生成するような技術ではない。

言える。ただし、非中央集権性とスケーラビリティの間にはトレブロックチェーンは基本的には何らかのデータ、並びにードオフがある。ノードが少なければ中央集権的になるし、攻撃

データの変化を記録する技術と言える。従って、例えば車可能性も高まる。一方でノードを増やせば通信回数が増える。単や PC のように物理的な何かを製造する技術を代替するこ

純にノードが n 個増加すると通信は二次関数的に増加する。スケとはできない。

ーリングが容易でない環境下ではノードを限定せざるを得ないが、限定するとブロックチェーンの非中央集権性という特徴が失2.

電子データの生成やロジックの記述ができるが、サイズの大きなデータや重たいロジックの扱いは現実的でない。

われがちになる。さらに、ノードを予め認識しておく必要がある

ブロックチェーンはネットワークを構成するノード（フので、自由にオフラインになることができないという制約もある。

ルノード）にブロックチェーンそのものを持たせる。また、

Vlad の三角形の左端と上端を結ぶ辺で設計を模索することにな

スマートコントラクトを利用して電子的なデータ（トークる。

ン等）を生成することや、生成したデータの処理ロジック

また、1/2 や 1/3 等のコンセンサスが正常に形成されるためのを記述することができる。ただし、ノード側のストレージ

3.

4.

5.

6.

7.

の問題から、大量のデータを書き込むことは難しい。また、

1 は前提である。2～7 は特徴とそのトレードオフの例を書いた

重たいロジックの実行も処理を担当するノードが十分な演もので、ブロックチェーンの選択を考慮するうえで検討すべき観

算能力を有するとは限らないことから現実的でない。

点となるだろう。また、2～7 については、第 3 章に示したもの

透明性と追跡性、擬似的な匿名性があるが、現実のアイデも含めて技術の選択と実装によってある程度自由に性質を強め

ンティティと紐づくとプライバシーの問題がある。

たり弱めたりすることができるところまで来ていると考えてよ

ブロックチェーンのトランザクションは全て記録され、い。以上の点から考えて、ブロックチェーンが既存のデータベー

誰でも閲覧できる状態に置かれるので不正がないことを示ス等の記録のテクノロジを駆逐するわけではないが、目的に応じすことができる。また、アドレスによる擬似的な匿名性がてブロックチェーンに置き換えられることは十分に考えられる。

確保されている。しかし、ひと度現実のアイデンティティ

いまは決済関連のサービスが多いが、ブロックチェーンだからこと紐づくとブロックチェーンの解析によりかなりのプライ

その有効性を発揮するようなサービスも出てくるようになるだ

バシー情報が推測されてしまう。

ろう。

耐障害性があるが、設計に注意が必要である。

ブロックチェーンが適していると考えられる分野として権利

複数のノードが同一のブロックチェーンを持っているこ関係の取扱いが挙げられる。一例として、ゲーム市場を見てみる。

とで、ネットワークの一部に障害が発生しても総体としてゲームは、ユーザのアカウントがあり、アカウントにステータス

正常に機能する。ただし、ノードのふるまいやネットワーなどのパラメータが設定されていて、アイテムなどのアセットがク分裂時の対応などに関して繊細な設計を要する。

あり、そのアセットにも所有・消費・失効などの概念がある場合入力を正しいものとして処理するが、入力自体の正しさをが多い。一部のアセットは法定通貨で、または法定通貨をゲーム保証するわけではない。

内通貨に変換して購入（いわゆる課金）することができる。また、ブロックチェーンは入力を正しいものとして処理し、記日本国内では禁止しているところが多いが、ゲームによってはア録する。コンセンサスアルゴリズムにより、ブロックチェ

セット to アセット、あるいはアセット to 法定通貨のユーザ間トーン内で正しく処理されたことは確率的に保証される。まレードが行われている場合もある。

た、確実なファイナリティを有するコンセンサスアルゴリ

このようなゲームのアプリケーションロジックやアセットのズムも登場している。しかし、その入力自体が正しいもの

所有権、マネーとの交換による所有権の移転などのイベントはスかどうかについて保証しない。例えば、ユーザ X が署名付

マートコントラクトで記述し、ブロックチェーンに記録できる。

きトランザクションを Y に対して送信したとしても、このスマートコントラクトを記述することは、ブロックチェーンでプ

トランザクションの現実の送信者が X であることを保証しログラミングを行うことと考えると分かりやすい。

ないし、受信者が Y であることも保証しない。

ブロックチェーンを用いることで得られるメリットとして、例

改竄耐性を持つが、ロールバックができない。

えばバックアップコストがかからなくなること、サーバメンテナ

コンセンサスアルゴリズムに基づいてファイナライズさンスが不要になること、障害によるサービス停止リスクが少なくれた値に対して高い改竄耐性を持つが、トランザクション

なること、ユーザの個人情報やパスワード等のセンシティブデーの内容に誤りがあるなどして後から変更を加えたい場合でタを保持せずに済むことなどが考えられる。過去、あるオンライ

もブロックに取り込まれると元に戻すことができない。

ンゲームがサーバの不具合からメンテナンスを実施し、データ復

非中央集権により検閲耐性を得るが、多くのステークホル

旧ができずにサービス終了となった事例[12]があるが、ブロックダーが絡む。

チェーンでそのようなことは考えにくい。ブロックチェーンの維ブロックチェーンは中央で管理する主体を持たず、プロ

持については、ブロックチェーンのコインをゲーム内で利用でき

トコルに基づいてネットワークが維持する。その代わりに、るリアルマネーと同等の通貨としたうえで、リソースを貸し出し

プロトコルの更新等を行おうとすれば開発者だけでなくネてくれるユーザにコインを報酬として付与する等のエコシステ

ットワークに参加しているノードの合意を得る必要がある

ムを設計することなどが考えられるだろう。一方、アクティブななど、多数のステークホルダーが関係するため改修が容易

ユーザが多くなれば当然トランザクションが多数発生しブロッ

でない側面がある。

クチェーンの維持ノードに負荷をかけるが、これはスケーラビリ

ティ問題とその解決策で述べたように対策が考案されつつある。

するものの数千 tps ほどのスループットを持つブロックチェーン

アセットや権利、それらの移転などの定義や記述はゲームだけも登場してきており、クライアントサーバ型の決済システムと比に留まらない。例えば、証券やポイントなど様々なものを置き換

較しても劣らないほどの実用性が備わりつつあるように思う。ま

えていくトークナイゼーション（tokenization）の動きも起こった、展望ではブロックチェーンの特徴を整理し、ロジックの記述、ている。

ブロックチェーンへの恒久的な記録、状態遷移の追跡といった普また、ブロックチェーンはマイクロペイメントの可能性を拓く。
マイクロペイメントは、法定通貨では通常不可能な 1 円単位より遍的な性質により、多くの分野への応用や新天地の開拓ができる
ポテンシャルがあることを述べた。

も小さな単位での決済を信頼できる第三者機関なしに二者間で一方で、本稿で取り上げたスケーラビリティ以外の課題も山積

直接的に行うものである。さらに、ペイメントチャネルやサイドしているということは付け加えておきたい。また、ブロックチェ

チェーンといった技術を組み合わせると、超小額決済を高速かつーンを利用することがかえってマイナスに作用する分野も多く

不可逆的かつ不正なしに完結できるようになる。例えば、サービあると思われる。

スを「特定の時間で何らかの価値を提供するもの」と簡単に捉え

ブロックチェーンの応用は緒に就いたばかりである。いま利用てみると、サービスに対する支払いは時間に対する支払いと価値されている多くの技術がそうであったように、応用しては問題点（コンテンツ）に対する支払いとに分類できる。すなわち、マイを指摘され、問題点の解消方法を開発してはまた応用するというクロペイメントが可能になることは時間やコンテンツを極めてような改善のプロセスを通して、その真価を十分に発揮するブロ

細かく分割する力を個人に与えることを意味する。これにより、ックチェーンが社会により良い影響をもたらすことを切に願う。

動画の閲覧秒数に対する課金や、有料記事をさらに細分化して関心のある部分のみ閲覧したい読者に対して文字数ベースで課金

文献するなどの新たなモデルが誕生する可能性がある。

[1]Satoshi Nakamoto, https://bitcoin.org/bitcoin.pdf, 2008

当然、ブロックチェーンのみで完結できるとは限らない。先の[2]日本ブロックチェーン協会, http://jba-web.jp/archives/20110

動画の例であれば、動画自体をブロックチェーンに記録すること

03blockchain_definition, 2016

はノードのストレージの問題から不適切である。ゆえにストレー[3]Bitcoin Wiki, https://en.bitcoin.it/wiki/Transaction, 2018

ジサービスに動画自体を置き、オーソリティをブロックチェーン[4]Bitcoin Wiki, https://en.bitcoin.it/wiki/Block, 2018

で管理するような構造になるかもしれない。設計に関しては多様[5]Blockchain Luxembourg S.A., https://www.blockchain.com

な可能性がありそうだが、いずれにせよマイクロペイメントは新/ja/charts/n-transactions-per-block, 2018

分野を開拓する可能性を秘めていると考えられる。

[6]Etherscan, https://etherscan.io/chart/tx, 2018

権利関連やマイクロペイメントを取り上げて見てきたが、大切[7]ETHNews, Jim Manning, https://www.ethnews.com/the-r

なことは、ロジックやアセットを電子的に定義でき、ブロックチ

aiden-network-could-allow-instant-transactions-in-ethereum,ェーンに不可逆的に記録し、状態遷移を明確に追跡できるという2016

性質が普遍的なものだということであり、それぞれ特性の異なる[8]PayPal, https://www.paypal.com/stories/us/paypal-reports-f

多様なブロックチェーンが誕生し、文脈によって選択できる可能

ourth-quarter-and-full-year-2017-results, 2018

性が生まれているということである。

[9]VISA, https://usa.visa.com/run-your-business/small-busine
ss-tools/retail.html, 2018

5.終わりに
本稿では、まずビットコインを取り上げて基本的な構造を概観[10]VISA, https://usa.visa.com/dam/VCOM/download/corporat
e/media/visa-fact-sheet-Jun2015.pdf, 2015した。そのうえで、多くのブロックチェーンが課題として直面し[11]Vlad Zamfir, https://twitter.com/VladZamfir/status/94227ているスケーラビリティ問題を取り上げ、オンチェーンとオフチ

1978798534657, 2017

ェーンによるスケーリングについて簡単に紹介した。特に、高速[12]ハンゲーム, http://info.hangame.co.jp/index.nhn?m=detailコンセンサスアルゴリズムを用いたサイドチェーンは研究や開&infono=4385&tab=ALL, 2011

発が盛んに行われている。中央集権性等とのトレードオフは存在