ブロックチェーンチュートリアル：例を使って学ぶ
エリザ・ソーントン
⚡ スマートサマリー
ブロックチェーンは、暗号技術でリンクされたブロックの連鎖であり、分散型ピアツーピアネットワーク全体で取引を記録し、仲介者を排除することで、台帳の透明性、改ざん耐性、検証可能性を高め、金融、サプライチェーン、本人確認、そして新たな人工知能のワークロードに活用できる。
Blockchainとは何ですか？
ブロックチェーン ブロックチェーンは、情報を含むブロックの連鎖です。この技術は、デジタル文書にタイムスタンプを付与することで、誰も日付を遡って改ざんしたり、内容を偽造したりできないように設計されています。ブロックチェーンは中央サーバーに頼ることなく二重記録問題を解決できるため、現代のデジタル経済の基盤として広く利用されています。
その ブロックチェーン 金銭、財産、通信などの物品の安全な転送に使用されますtrac銀行や政府機関などの第三者機関を介さずに、データが直接保存されます。ブロックチェーンにデータが記録されると、変更することは極めて困難になります。
ブロックチェーンは、電子メールにおけるSMTPと同様のソフトウェアプロトコルです。ただし、ブロックチェーンはインターネットなしでは動作せず、他の技術に影響を与えることからメタテクノロジーと呼ばれることもあります。ブロックチェーンの構成要素は、データベース、ソフトウェアアプリケーション、接続されたコンピュータのネットワーク、そしてコンセンサスメカニズムです。
時にはこの用語は特に Bitcoin ブロックチェーンまたは Ethereum ブロックチェーン、そして場合によっては他の仮想通貨、デジタルトークン、あるいは企業向け分散型台帳にも適用されます。いずれの場合も、根底にある考え方は、多数の参加者間で複製される、共有された追記専用の記録です。
ブロックチェーンではないもの
さらに深く掘り下げる前に、根強く残るいくつかの誤解を解消しておくと良いでしょう。
- ブロックチェーンはそうではありません Bitcoin、しかしそれは背後にあるテクノロジーです Bitcoin.
- Bitcoin はデジタルトークンであり、ブロックチェーンはそれを記録する台帳です。 track は、それらのトークンを所有している人物です。
- 持つことはできません Bitcoin ブロックチェーンがなくても、ブロックチェーンがなくてもブロックチェーンを持つことができます。 Bitcoin.
- ブロックチェーンは必ずしも匿名ではありません。ほとんどのパブリックチェーンは擬名性であり、実名が不明な場合でもアドレスは表示されます。
ブロックチェーン Archi構造
それでは、ブロックチェーンのアーキテクチャを、その主要な構成要素に分解して詳しく見ていきましょう。
ブロックとは？
ブロックチェーンとは、情報を含むブロックが連鎖的に連なったものです。ブロック内に保存されるデータは、ブロックチェーンの種類によって異なります。
たとえば、 Bitcoin このブロックには、送信者、受信者、および送金されたビットコインの数に関する情報が含まれています。
Bitcoin ブロック
チェーンの最初のブロックは、 ジェネシスブロック新しいブロックはすべて前のブロックにリンクされ、チェーンを形成します。
SHA-256ハッシュを理解する
すべてのブロックにはハッシュ値も存在します。ハッシュ値は、各ブロックに固有の指紋のようなものと考えることができます。ハッシュ値はブロックとそのすべての内容を識別し、指紋のように常に一意です。ブロックが作成されると、ブロック内の変更によってハッシュ値も変化します。
SHA-256ハッシュとは何ですか？
したがって、ハッシュは変更を検出したい場合に非常に役立ちます。ブロックのフィンガープリントが変更されると、それはもはや同じブロックを表していないことになります。
各ブロックには以下が格納されます。
- Rescale データ
- ハッシュ
- 前のブロックのハッシュ
以下の例を考えてみましょう。ここでは、3つのブロックが連鎖しています。最初のブロックには先行するブロックがないため、前のブロックのハッシュは格納されません。ブロック2にはブロック1のハッシュが、ブロック3にはブロック2のハッシュが格納されます。
すべてのブロックには、前のブロックのハッシュ値が含まれています。これがブロックチェーンのセキュリティを非常に高める技術です。その仕組みは以下のとおりです。
攻撃者がブロック2内のデータを改ざんしたと仮定します。ブロック2のハッシュ値も変更されます。しかし、ブロック3にはブロック2の古いハッシュ値が保存されているため、前のブロックのハッシュ値が一致しなくなり、ブロック3以降のすべてのブロックが無効になります。
したがって、1つのブロックを変更するだけで、後続のすべてのブロックがすぐに無効になってしまう可能性があります。
コンセンサスメカニズム：プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステーク
ハッシュは改ざんを防ぐ優れた仕組みですが、現代のコンピュータは1秒間に数十万ものハッシュを計算できます。攻撃者はわずか数分でブロックを改ざんし、他のすべてのブロックのハッシュを再計算することで、チェーンを再び有効に見せかけることができるのです。
これを防ぐために、ブロックチェーンはコンセンサス機構を採用しています。最も一般的な2つの方式は、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）とプルーフ・オブ・ステーク（PoS）です。
仕事の証明（PoW） これは、解決にかなりの労力を要する計算パズルだが、結果の検証は迅速である。 Bitcoinチェーンに新しいブロックを追加するために必要なプルーフ・オブ・ワークを計算するには、平均して約10分かかります。ハッカーがブロック2を改ざんしようとする場合、そのブロックとそれに続くすべてのブロックのプルーフ・オブ・ワークをやり直す必要があります。
ステークの証拠（PoS） は、 Ethereum、ソラナ、 Cardanoそして、ほとんどの最新のレイヤー1チェーンも同様です。バリデーターは、ブロックを提案および検証する権利を得るために、ネイティブトークンをロックアップまたはステーキングします。 Ethereum 2022年9月にThe Mergeを完了し、プルーフ・オブ・ワークをプルーフ・オブ・ステークに置き換え、ネットワークのエネルギー消費量を約99.95%削減しました。
ブロックチェーンがPoW（プルーフ・オブ・ワーク）を採用しているかPoS（プルーフ・オブ・ステーク）を採用しているかにかかわらず、ハッシュ化とコンセンサスの組み合わせこそがブロックチェーンのセキュリティを維持する鍵となる。
分散型P2Pネットワーク
ブロックチェーンは分散型であるため、セキュリティも確保されています。中央機関がチェーンを管理するのではなく、ブロックチェーンは誰でも参加できる分散型ピアツーピアネットワークを使用します。参加者がネットワークに参加すると、ブロックチェーンの完全なコピーを受け取り、各コンピュータは .
ユーザーが新しいブロックを作成すると、そのブロックはネットワーク上のすべてのノードにブロードキャストされます。各ノードはブロックが改ざんされていないことを確認するために検証を行います。検証後、各ノードはそのブロックを自身のチェーンのコピーに追加します。
ネットワーク内のノードは コンセンサスノードは、どのブロックが有効で、どのブロックが有効でないかについて合意します。改ざんされたと思われるブロックは、ノードによって拒否されます。
ブロックチェーンを改ざんするには、攻撃者は以下のことを行う必要があります。
- チェーン上のすべてのブロックを改ざんする。
- 各ブロックごとに、プルーフ・オブ・ワークをやり直すか、必要なバリデーターシェアを再ステーキングしてください。
- ピアツーピアネットワークの50%以上を支配する。
大規模なパブリックチェーンでは、そのような組み合わせは事実上不可能であり、それがブロックチェーンが非常に安全だと考えられている理由です。
ブロックチェーンテクノロジはどのように機能しますか？
ブロックチェーンのトランザクションプロセス
典型的なブロックチェーン取引は、大きく分けて4つのステップで進行します。
ステップ1） ユーザーがトランザクションをリクエストします。トランザクションには、暗号通貨、スマートコントラクト、スマートコントラクトなどが含まれます。tracts、記録、またはその他の情報。
ステップ2） 要求されたトランザクションは、ピアツーピアのノードネットワークにブロードキャストされます。
ステップ3） ノードのネットワークは、プルーフ・オブ・ワークやプルーフ・オブ・ステークなどの既知のコンセンサスアルゴリズムを使用して、トランザクションとユーザーの状態を検証します。
ステップ4） 検証が完了すると、そのトランザクションは他のトランザクションとまとめて新しいブロックとなり、既存のチェーンに永続的かつ変更不可能な形で追加されます。
なぜブロックチェーンが必要なのか？
ブロックチェーン技術がこれほど人気になった最も重要な理由をいくつかご紹介します。
レジリアンス： ブロックチェーンは複製型アーキテクチャを採用しています。多くのノードがオフラインになったり攻撃を受けたりしても、ほとんどのノードが有効なコピーを保持しているため、チェーンは稼働し続けます。
時間短縮： 金融業界において、ブロックチェーンは、長時間を要する検証、決済、清算プロセスを排除することで、取引の迅速な決済を可能にします。すべての関係者間で、合意された単一の台帳が共有されます。
信頼性： ブロックチェーンは、関係者の身元を認証・検証します。これにより、重複記録が排除され、運用コストが削減され、取引が迅速化されます。
変更不可能な取引: ブロックチェーンは、取引を時系列順に記録することで、すべての操作の不変性を保証します。一度チェーンに追加されたブロックは、削除したり、密かに変更したりすることはできません。
不正防止： 情報共有とネットワークコンセンサスは、不正行為や横領による損失を防ぎます。物流業界においては、ブロックチェーンはリアルタイム監視システムとして機能し、コスト削減に貢献します。
セキュリティ： 従来のデータベースを攻撃するということは、特定のターゲットをダウンさせることを意味します。分散型 Ledger この技術では、すべての参加者が元のチェーンのコピーを保持しているため、多くのノードが故障してもシステムは稼働し続ける。
透明性： パブリックブロックチェーンへの変更は誰でも閲覧できるため、高い透明性が確保され、取引の監査が可能になります。
コラボレーション： ブロックチェーン技術を用いることで、当事者同士が第三者を介さずに直接取引を行うことができる。
地方分権： 標準的なルールによって、各ノードがブロックチェーン情報を交換する方法が規定されており、すべてのトランザクションが検証され、一貫した順序で追加されるようになっています。
ブロックチェーンのバージョン
それでは、ブロックチェーン開発の主要な時代を順に見ていきましょう。
ブロックチェーンのバージョン
ブロックチェーン 1.0: 通貨
分散システムの実装 Ledger 技術革新は、まず最初に明白な応用例を生み出した。それが仮想通貨である。これにより、ブロックチェーン技術に基づいた金融取引が可能になり、主に通貨と決済に利用されるようになった。 Bitcoin はこのセグメントの最も顕著な例です。
ブロックチェーン2.0：スマートコンtracts
次の波はスマートコンを導入したtractsは、ブロックチェーン上に存在する小さなプログラムです。これらは自動的に実行され、合意の促進、検証、または強制など、事前に定義された条件を検証します。スマートコンtrac多くの場合、従来のコンtracTS。
ブロックチェーン3.0：DApps
DAppは分散型アプリケーションの略称です。DAppのバックエンドロジックは、分散型ピアツーピアネットワーク上で動作します。DAppは、従来のWebアプリケーションやモバイルアプリケーションと同様に、ブロックチェーンベースのバックエンドを呼び出す、任意の標準言語で記述されたフロントエンドを持つことができます。
ブロックチェーン4.0：企業とAIの統合
最新の波は、エンタープライズグレードのスケーラビリティ、チェーン間の相互運用性、および人工知能との統合に焦点を当てています。例としては、トークン化された現実世界の資産、レイヤー 2 ロールアップなどがあります。 Ethereum中央銀行デジタル通貨、そしてブロックチェーンを使用してAIトレーニングデータとモデル出力の検証可能な出所を記録することなどが挙げられる。
ブロックチェーンのバリアント
公共
パブリックブロックチェーンでは、台帳はインターネット上の誰でも閲覧可能です。誰でもトランザクションのブロックを検証したり追加したりすることができ、ネットワークは通常、参加者にトークンによるインセンティブを提供します。 Bitcoin (NAIST) と Ethereum これらは公開チェーンです。
プライベート
プライベートブロックチェーンは、単一の組織内に存在します。組織内の特定の人物のみがトランザクションブロックの検証と追加を行うことができ、読み取りアクセスは必要に応じて制限できます。
Consortium
コンソーシアム型ブロックチェーンでは、承認された組織グループのみがトランザクションを検証および追加できます。台帳は公開することも、特定のグループのみに制限することも可能です。コンソーシアム型ブロックチェーンは、銀行、海運などの業界で広く利用されています。ping、ヘルスケア。
ブロックチェーンのユースケース
ブロックチェーン技術は現在、以下の表に示すように、幅広い分野で利用されています。
| 分類 | 使用法 |
|---|---|
| 市場 |
|
| 政府・公共機関向け |
|
| インターネットのもの（IoT） |
|
| 健康 |
|
| 科学と芸術 |
|
| 財務会計 |
|
ブロックチェーンの重要な実際の使用例
1. ドバイ：スマートシティ
2016年、スマートドバイオフィスはブロックチェーン戦略を導入しました。この技術を活用することで、起業家や開発者は投資家や大手企業とつながることができます。目標は、多くの産業を支援し、ドバイを世界で最も幸福な都市にするのに役立つブロックチェーンベースのシステムを実装することです。この分野でキャリアを築きたい場合は、詳細をご覧ください。 ブロックチェーン開発者になる方法.
2. 顧客維持のためのインセンティブ
Incentは、ブロックチェーン技術に基づいた顧客維持サービスです。提携ネットワーク内の企業向けにトークンを生成するロイヤルティプログラムであり、トークンは即座に交換され、スマートフォンのデジタルウォレットに保存したり、ブラウザ経由でアクセスしたりできます。
3. 人道支援のためのブロックチェーン
2017年1月、国連世界食糧計画（WFP）はパキスタンのシンド州で「ビルディング・ブロックス」と呼ばれるプロジェクトを開始した。ブロックチェーン技術を用いることで、受益者は金銭と食料を受け取ることができ、すべての取引はセキュリティと透明性を確保するためにブロックチェーン上に記録された。
4. 中央銀行 Digi総通貨
中国、ブラジル、欧州連合などの国々は、ブロックチェーンまたはブロックチェーンに着想を得たインフラ上で、中央銀行デジタル通貨の実証実験を実施している。これらのプロジェクトは、中央銀行の政策統制を維持しながら、決済システムの近代化を目指している。
Bitcoin 暗号通貨：ブロックチェーンの最も人気のある応用例
Cryptocurrencyとは何ですか？
仮想通貨は、米ドルなどの従来の通貨と同様の交換手段ですが、暗号技術の原理を用いてデジタル情報を交換できるように設計されています。仮想通貨はデジタル通貨の一種であり、代替通貨および仮想通貨のサブセットとして分類されます。
仮想通貨は、デジタル暗号技術に基づいた無記名式の金融商品である。通貨の所有者は所有権を持ち、所有者の身元に関する記録は一切残されない。1998年、魏戴は匿名分散型電子マネーシステムであるB-Moneyを発表し、後の設計に影響を与えた。
何ですか Bitcoin?
Bitcoin 2009年に、サトシ・ナカモトという名前を使う正体不明の人物またはグループによって開始された。 Bitcoin これは、中央機関や銀行によって管理されないピアツーピア技術です。発行と取引管理は、ネットワークによって共同で行われます。
現在、世界で最も普及している仮想通貨である。 Bitcoin これはオープンソースであり、一般向けに設計されているため、誰も所有または管理していません。総供給量は21万枚に制限されています。 Bitcoin 2026年においても、時価総額で最大の仮想通貨であり続けるだろう。
どなたでもご利用いただけます Bitcoin 高額な手数料を支払う必要がなく、送信者と受信者が第三者を介さずに直接取引を行う。
ブロックチェーンと Bitcoin
ブロックチェーンはその背後にあるテクノロジーです Bitcoin. Bitcoin はデジタルトークンであり、ブロックチェーンはそれを記録する台帳です。 tracそれらのトークンを所有しているk。 Bitcoin ブロックチェーンなしでもブロックチェーンを使用できます Bitcoin.
その他の主要な仮想通貨には以下のようなものがあります。
- Ethereum （現在はプルーフ・オブ・ステーク）
- サンルーム
- Cardano
- XRP
- Bitcoin Cash
- Litecoin
ブロックチェーンと共有データベース
ブロックチェーンと共有データベース
| 技術パラメータ | ブロックチェーン | 共有データベース |
|---|---|---|
| 業務執行統括 | 挿入のみ | 作成、読み取り、更新、削除 |
| Replication | すべてのピアでの完全なレプリケーション | マスタースレーブまたはマルチマスター |
| コンセンサス | 取引の結果については、ほとんどの当事者が合意する必要がある。 | 2フェーズコミットまたはPaxosを使用した分散トランザクション |
| 検証 | グローバルルールはブロックチェーン全体に適用されます | ローカルな整合性制約のみ |
| 仲介機能の排除 | 許可 | 許可されていない |
| 機密性 | 設定可能、多くの場合匿名 | 完全な機密情報ではない |
| 堅牢性 | 高い堅牢性 | Less 堅牢な |
ブロックチェーンに関する誤解
| 神話 | 現実 |
|---|---|
| あらゆる問題を解決してくれる | いいえ、それは特定のトレードオフを持つデータベースの一種です。 |
| トラストレスなテクノロジー | それは信頼を移転させ、信頼を分散させることもできる。 |
| 完全に安全 | それは機密性ではなく、誠実さに焦点を当てている |
| スマートにtractsは常に合法です | 彼らは法律の一部のみを実行するtracts |
| 不変 | 強力な確率的不変性を提供する |
| 常に電気を無駄にする | プルーフ・オブ・ステークチェーン Ethereum エネルギー消費量が非常に少ない |
| 本質的に拡張性がない | 最新のレイヤー2ネットワークとモジュール型チェーンは、毎秒数千件のトランザクションを処理できる規模に拡張可能です。 |
ブロックチェーン技術の応用
以下に、ブロックチェーンの一般的な応用例をいくつか紹介します。
- すべての取引の安全で透明なデジタル台帳を作成するために使用されます。
- これにより、教育機関は改ざん不可能な学業成績記録を作成し、学生と教員がアクセスできるようにすることが可能となる。
- 証券取引のためのより効率的なシステムを作成するために使用されます。
- 貸し手はブロックチェーンを使用してスマートコントラクトを通じて担保付きローンを実行しますtracTS。
- ブロックチェーン技術を用いて不動産取引を記録することで、所有権の確認と移転をより安全に行うことができる。
- これは、ping 公的台帳に記載されている生年月日など、検証可能な身元情報。
- ブロックチェーンは物流で利用され、 track個のアイテムがサプライチェーンネットワークを通過する際の。
- AIトレーニングデータの出所検証やモデル出力の信憑性検証に、ますます利用されるようになっている。
ブロックチェーン技術の限界
ブロックチェーンは強力な技術ですが、万能薬ではありません。以下に、注意すべき最も一般的な制限事項を挙げます。
より高いコスト: ノードは、需要と供給に基づいて機能する市場において、取引を完了することでより高い報酬を得ようとします。
遅いトランザクション: ノードは報酬の高いトランザクションを優先するため、需要がピークに達すると処理待ちのトランザクションが蓄積される可能性があります。
より小さい Ledgers: ブロックチェーンの完全なコピーを常に維持できるとは限らず、それが軽量ノードにおける不変性やコンセンサスに影響を与える可能性がある。
取引コストとネットワーク速度： 取引コスト Bitcoin 設立当初に宣伝されていたほぼ無料の料金と比べると、はるかに高額である。
エラーのリスク: 人間が関わる場合、常にエラーのリスクが伴います。ブロックチェーンがデータベースとして機能する場合、エラーは広範囲に伝播するため、すべての受信データは高品質でなければなりません。
リソースの使用： プルーフ・オブ・ワーク（PoW）ブロックチェーンを実行するすべてのノードはコンセンサスを維持する必要があり、そのためにエネルギーを消費します。プルーフ・オブ・ステーク（PoS）チェーンは、このエネルギー消費量を大幅に削減しました。
ブロックチェーン評議会
ブロックチェーン評議会 ブロックチェーン分野でのキャリアを目指す人向けに設計されたブロックチェーン認定資格を提供しています。これらの認定資格を取得するには、ブロックチェーンの中核概念に関する深い知識が必要であり、Corda、スマートコントラクト、ブロックチェーン技術に重点を置いています。tracts、Hyperledger、およびQuorumアプリケーション。
ブロックチェーン評議会の認定資格は、デジタルマーケティング、ヘルスケア、サプライチェーンなどの業界で役立ちます。このトレーニングと認定資格は、ブロックチェーンを従来の業務システムに適用したいと考えている企業、事業者、個人開発者にとって非常に価値があります。
ブロックチェーン評議会が提供する認定資格には以下が含まれます。
- 認定ブロックチェーンエキスパート
- 認定Cordaエキスパート
- 認定コルダ ArchiTECT
- 認定ブロックチェーン開発者
- 認定ブロックチェーンセキュリティプロフェッショナル
- 認定スマートコンtract開発者
- 認証 Bitcoin 上級
- 認証 Ethereum 上級
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