仮想通貨やブロックチェーンの仕組みがよく分からない…。
初心者にも分かるように図解を使って教えてほしい！
上記のような質問に答えます。
本記事の内容
本記事ではブロックチェーンの仕組みを超初心者向けに図解たっぷりで解説しています。
本来なら勉強するのに数時間かかる内容を10分くらいにギュっとまとめたのでタイムパフォーマンス最強かと。
結論から言うと、仮想通貨・ブロックチェーンの仕組みは上図の通り。
中央に管理者がいない「非中央集権のシステム」ですね。軍隊のようにトップダウンで意思決定されるのではなく、それぞれの参加者が取引全体を監視します。
一方、軍隊や銀行などの仕組みは上図の通り。
中央に管理者がいる「中央集権システム」です。トップダウン型システムで意思決定されます。意思決定やデータの管理は一部の人間によって実行されます。
なお、「とにかく仮想通貨やブロックチェーンのコアな知識を知りたいんだ！」という人はコチラ（５つの暗号技術）をご覧下さい。
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それでは行ってみましょう！
仮想通貨の仕組みは？→ブロックチェーンです！
ビットコインなどの仮想通貨の仕組みはブロックチェーンという技術をベースに作られています。
ブロックチェーンとは謎の技術者サトシ・ナカモトが開発した革新的なテクノロジーです。
つまり、ブロックチェーンの知識を深めることで仮想通貨の仕組みも理解できるようになります。
仮想通貨やブロックチェーンを理解するためにデータ管理システムを理解するのがベター。
『データ管理システムの理解』＝『ブロックチェーンの理解』です
中央集権システムと非中央集権システムの違い
仮想通貨の仕組みやブロックチェーンを理解するためには２種類のデータ管理システムを理解しておきましょう。
2種類のデータ管理システム
- 中央集権システム
- 非中央集権システム
「中央集権システム」と「非中央集権システム」という言葉だとイメージしにくいと思うので図解を交えて解説します。
中央集権システム
まずは中央集権システムについて。図解だと上記のようなイメージ。
あるいは、上記のような中央サーバー型のシステムも中央集権システムの典型的なもの
中央集権システムの特徴をザックリ言うと下記の通り。
中央集権システムの特徴
- 中央集権システムの例：銀行、政府、企業など
- 権力やデータの権限：特定の機関や個人に集中
- 中央で管理：情報やシステムを中央集権的に一元管理できる
- システム障害：トラブルが発生すると一気にすべての機能が使えなくなる
- 管理体制：管理体制が不透明な部分がありデータの改ざんや不正が起こりやすい
- セキュリティ対策：コストがかかる
企業や政府、学校など社会組織のほとんどが中央集権システムで運営されています。
トップダウンでスピーディーに意思決定ができる一方、中央部分にトラブルが発生すると全体にダメージが起こりやすくなりますね
非中央集権システム
次に非中央集権システムについて。図解だと上記のようなイメージ。
非中央集権システムは分散型システムとも言います。意味は同じ。非中央集権システムの特徴をザックリ言うと下記の通り。
非中央集権システムの特徴
- 非中央集権システムの例：ブロックチェーン、仮想通貨、DAOなど
- 権力やデータの権限：複数のノード（PC・スマホなど）や参加者に分散
- 分散型台帳で管理：情報やシステムを非中央集権的に分散管理できる
- システム障害：参加者が権限をシェアしているため被害が最小限
- 管理体制：参加者全員でシステムを監視できるのでデータの改ざんや不正が困難
- セキュリティ対策：低コスト
分散型台帳とは参加者全員がチェックできる共有の預金通帳のようなイメージ。
不正ができないのでトラストレス（信頼する必要なし）な状態で管理ができるので運営コストが少なくてもOK！
さらに説明を加えると、この非中央集権システム（分散型システム）はP2P（ピアツーピア）というネットワーク形式にも通じます。
P2P？、ちょっと何言ってるのかよく分からないんだけど…
大丈夫、安心して下さい。
P2Pという言葉に馴染みなしだと思いますが仕組みは「分散型システム」を図解でイメージだけすればOK
P2P（ピアツーピア）の図解
P2P（ピアツーピア）とは複数のコンピューター同士が接続し合う通信方式のこと。
特定の中央サーバーに接続をしてデータを受け取るわけではありません。P2P型システムの場合は中央サーバーが存在しないので１サーバーにトラブルが起きてもネットワーク全体がダメになることはありません。
仮想通貨はP2P型システムを採用しており、参加しているコンピューターはP2P型のネットワークに接続して全体に情報を共有しています。
中央サーバーの特徴
- サーバーがメンテナンス中で使えない…
- ネットゲームをしていたらつながらなくなった…
- Webサイトを見てたらサイトが落ちて見れなくなった…
中央サーバーシステムの場合、システム障害は中央サーバーに大勢のユーザーが一方的にアクセスしている状態なのでサーバーに何らかのトラブルが起きたというわけですね。
以上、中央集権システムと非中央集権システム（分散システム）を比較することで非中央集権システムの形がイメージできるようになったかと。
仮想通貨を運用するうえで非中央集権システム（分散システム）やP2Pをイメージできるようにしておきましょう。
ブロックチェーンは言うまでもなく非中央集権システム（分散システム）ですね。
5つの暗号技術
ここからはブロックチェーンの仕組みを支える5つ暗号技術について解説します。
5つの暗号技術
暗号技術とはザックリ言うと
データ送受信時の「セキュリティ対策」と「信頼性」を高めるもの
です。
暗号技術が無ければビットコインなどの仮想通貨取引は成立しません。暗号技術によって取引のセキュリティレベルがケタちがいにアップします。
ブロックチェーン内で暗号技術は上図のように機能しています。
ブロックチェーンの「各ブロック」は10分おきにつながっていきます。
「ブロックの中身」をザックリ説明すると上記の通りで…
さらに「ブロックの中身」をザックリイメージすると上記の通りです。
…が、ぶっちゃけこのレベルの内容を知らなくても仮想通貨の売買をすることは可能です。パソコンの仕組みを理解していなくてもパソコンが使えるのと同じ。
とはいえ、暗号技術の基本的な仕組みを理解しておけば致命的なミスをしたり詐欺にだまされることが無いでしょう。
非中央集権システム（分散管理システム）やP2P型システムなどの解説を通して、ブロックチェーンの仕組みが本記事を読む前よりも少しはイメージできるようになったのではないでしょうか。
ここからはブロックチェーンの仕組みを深堀りしますが、大事なのは超基礎をザックリとイメージすることです。
暗号技術①：公開鍵暗号方式と共通鍵暗号方式
公開鍵暗号方式や共通鍵暗号方式はインターネット上で使われる通信技術の一つ。
ビットコインなどの仮想通貨取引では公開鍵暗号方式が使われています。
ちなみに「暗号」という言葉は怪しい感じがするかもですがそんなことありません。「暗号」とは通常の文章を暗号化したものであり、テキストメッセージの一種ですね。
テキストメッセージの表記方法
- 平文（ひらぶん）：暗号化されていないテキストのこと
例）パスワードは１２３４です。 - 暗号文（あんごうぶん）：暗号化されたテキストのこと
例）53‡‡1$＠&##""11＠11†3025))36*;6)
ちょっと回りくどいかもですが「公開暗号方式」を理解するには、この「公開暗号方式」技術が開発される以前から使われている暗号方式「共通暗号方式」と比較してみましょう。
暗号方式の違い
- 共通鍵暗号方式
- 公開鍵暗号方式
新しい知識や技術は既存の仕組みと比較をすれば理解しやすいかと。
ひとつずつみていきましょう！
共通鍵暗号方式
共通鍵暗号方式のイメージは上記の通り。
テキストメッセージの暗号化と復号化（解読）をするときに同じ鍵「共通鍵」を使用します。
共通鍵
- 送信者：共通鍵を使って、テキストメッセージを「平文」→「暗号文」にする
- 受信者：共通鍵を使って、テキストメッセージを「暗号文」→「平文」にする
共通鍵暗号方式の場合、１本の「共通鍵」でテキストメッセージを暗号化できるので処理速度が速いというメリットがあります。
ただし「共通鍵」だと上図のように相手に鍵を渡すときに途中で鍵が盗まれるリスクがあります。
この盗難リスクを克服したのが「公開鍵暗号方式」です。
公開鍵暗号方式
公開通鍵暗号方式のイメージは上記の通り。
公開鍵暗号方式では、テキストメッセージを「暗号化」あるいは「復号化」するときに送信者と受信者は別々の「鍵」を使用します。
鍵の種類は「公開鍵」と「秘密鍵」の２つ。
公開鍵
- 送信者：公開鍵を使って、テキストメッセージを「平文」→「暗号文」にする
※公開鍵：受信者の秘密鍵のペアとして作成される（大量生産可）
秘密鍵
- 受信者：秘密鍵を使って、テキストメッセージを「暗号文」→「平文」にする
※秘密鍵：受信者が保有する世界に１本しか存在しない鍵
公開鍵暗号方式で相手に鍵を渡すイメージは下記図解の通り。
公開鍵暗号方式は共通暗号方式と異なり「鍵」をバラまいても問題ないので、そもそも「鍵」が盗まれるリスクがありません。
逆に「秘密鍵」さえあれば誰でも「暗号文」を「平文」に解読できるので「秘密鍵」は厳重に管理する必要があります。
以上、暗号技術の重要な要素である「公開鍵暗号方式」について解説しました。
少々ややこしこしったかと思いますが、ぶっちゃけ100パーセント理解する必要はありません。現時点ではセキュリティ対策のためには「秘密鍵」が超重要！くらいの理解で全然OK。
続いては、この「公開鍵暗号方式」の仕組みを応用した「署名」というシステムについてサクッと解説します
暗号技術②：署名
「署名」とはビットコインなどの仮想通貨取引を安全に行うため本人確認を行うために重要な暗号技術の一つ。
たとえば、受信者が送信者からのメッセージを「平文」から「暗号文」に変えるとき秘密鍵を使用しますが、そのタイミングで「署名」が必要となります。
ちょっとイメージしにくいかもですが「秘密鍵」と「公開鍵」がペアであることを「署名」しておけば、仮想通貨を取引するときに「秘密鍵」を使用して本人であることを証明できるという仕組みですね。
実際に仮想通貨を取引するときは自動的に「署名」が促される（秘密鍵で本人確認が促される）ので細かい操作をする必要はないので安心して下さい。
ひとまず「署名」は公開鍵暗号化方式でメッセージや取引をするときの本人確認に必要という感じの理解で大丈夫。
それでは暗号技術をさらに深堀りして、ハッシュ値について解説します。
暗号技術③：ハッシュ値
ハッシュ値とは、与えられたデータに対して数学的処理を行って得られた「復元不可能な値」のこと。これも重要な暗号技術のひとつ。
ちなみに、ハッシュ値（復元不可能な値）はハッシュ関数によって導き出されます。
…もはや外国語以上に意味の分からない内容になっているかもですが安心して下さい。大事なのはイメージをつかむこと。
ハッシュ値が生成されるイメージは上記の通り。
ハッシュ値はハッシュ関数によって導き出されます。なお、平文からハッシュ値には暗号化できますが、ハッシュ値から平文には戻せません。
この「復元できない」特性を活かしてデータの整合性をとることができます。
ブロックチェーン上のデータの送受信は下記のような流れで行われます。
- 受信者
①：秘密鍵から公開鍵を生成する
②：公開鍵をネット上の送信者に配布- 送信者
③：公開鍵を受け取る
④：公開鍵を使って「平文」を「暗号化」する
⑤：取引データをブロックチェーン上で送信- 受信者
⑥：秘密鍵を使って「暗号文」を「平文」に戻す- 受信者・送信者
⑦：受信者が「署名」をして取引（トランザクション）の成立
以上、ブロックチェーン上のデータ送受信の工程を解説しましたが、実際はプログラミングで自動的に処理されるのでご安心下さい。
中央集権的に特定の管理機関がネットワークを運営しているのではありません。
参加者すべてが非中央集権的にネットワークを構成しているわけですね。
暗号技術④：トランザクション（取引）
続いてはトランザクション（取引）の解説をします。
トランザクションとはビットコインなど仮想通貨を送受信すること、要するに仮想通貨の売買取引ですね。
取引（トランザクション）が行われるイメージは上図の通り。
本記事では取引（トランザクション）の仕組みをビットコインのネットワーク上でAさんがBさんに10BTCを送金するケースを例に解説します。
ビットコインの取引は上記のように行われます。
取引の概要
- Aさんの過去：「Cさんから5BT Cを受信」「Dさんから10BTCを受信」
- Aさんの現在：「Aさんは15BTCを保有」
- Aさんの未来：「Bさんに10BTCを送信」
という取引ですが、実際は「Aさんが15BTCの中から直接Bさんに10BTC送金する取引」ではなく…
- まず、Aさんの15BTCがネットワーク上に送信されて…
- 次に、ネットワーク上からBさんに10BTC送金されて…
- 最後、ネットワーク上からAさんに4.9BTCのお釣りが戻る
という取引です。
このように、ビットコインは全員が監視しているネットワークを経由して各取引（トランザクション）が行われています。ちょっと難しい言い方になりますがビットコインは実態を元に管理されているのではなくブロックチェーン上にある取引履歴そのものがビットコインの在り方ですね。
「Aさんが４.９BTC保有している」＝「15BT Cを受信して10BTCを送信した取引履歴がある」
この取引履歴の正当性を示すために「公開鍵暗号方式」「ハッシュ値」「署名」「取引」「ノンス値」などの暗号技術が活躍します。
ちなみに、Aさんのお釣りが5BTCではなくて、なぜ4.9…BTCかというと、採掘者（マイニング）への報酬として最低0.0001BTCの手数料が取られるからです。
マイニングは、次に解説する暗号技術「ノンス値」に関連します。
暗号技術⑤：ノンス値
最後に５つ目の暗号技術「ノンス値」を解説します。
ビットコインの場合、先述した暗号技術の「公開鍵暗号方式」「ハッシュ値」「署名」「取引（トランザクション）」だけでなく、ノンス値を算出することで「ブロックチェーン」の取引が成立します。
ブロックの中身は上記の通りでしたよね。
中でも「ノンス値」の計算は上記のようなイメージでして、複数のユーザーがブロック完結のために計算を競います。
採掘者はブロックの「ノンス値」を見つけるために、こぞってコンピューターで計算します。０から１ずつ数を増やして総当り的な手法で計算します。
で、適切な「ノンス値」が見つかった時点（正解した時点）でブロックが完成です。そうして、このブロックを作成した人に対して一定額のビットコイン（報酬）が与えられます。
このように、ビットコインの取引は「公開鍵暗号方式」のP2Pネットワークに送信され、接続したコンピューター（採掘者：マイナー）たちによって「ノンス値」が算出され、取引履歴に不正が無いことが証明されます。
不正無しが確認された「ハッシュ値」「取引」「ノンス値」がまとまって「ブロック」が完成して、次の「ブロック」につながります。
ビットコインの報酬をゲットするために、多くの採掘者（マイナー）がコンピューター計算を行います
その結果、ブロックチェーンのセキュリティが担保されるわけですね
以上、暗号技術⑤「ノンス値」について解説しました。
簡単におさらいをしますとブロックチェーンの仕組みを支える5つの暗号技術は以下の通り。
5つの暗号技術
これらの技術が集結することで高いセキュリティと信頼性のある取引システムが完結します。
ただし、このような暗号技術を駆使した高セキュリティのブロックチェーンにも弱点が無いわけではありません。
というわけで、最後にブロックチェーン唯一の弱点？とも言える「51%攻撃」にふれておきます
51%攻撃【ビットコインの弱点？】
ブロックチェーンが高いセキュリティなのはイメージできたけど100%安全なの？
実は「５１%攻撃」という行動が実行されるとデータの改ざんは技術的に可能です。
なので「５１%攻撃」について説明しておきますね。
そもそもですが、ブロックチェーンの流れは上記のような仕組みで動いています。ブロックチェーンではより多くの計算が行われたブロックが承認される仕組みになっています。
この「より多くの計算が正義」という仕組みを悪用したのが「51％攻撃」です。
例えば、ビットコインのブロックチェーンを100人で計算をしているとします。本来であれば報酬をゲットするために100人が100通りの「ノンス値」計算をして正解を探します。
でも、ビットコインを不正利用しようと考えた人が51名（51％）集まるとネットワークのデータを改ざんすることができます。
51%以上の計算能力を保持した時にできることは下記の通り。
- マイニングによって得られる報酬を全て自分のものにする
- 自分の取引を取り消けせる（二重利用できる）
- 特定の取引を承認させない（特定のユーザーではない）
新しい送金が起こらないように妨害したり、自分が払ったはずの送金をキャンセルできるようになります。
「51%攻撃」恐るべし…。
ブロッックチェーンも完璧ではないんだね…
でも、大丈夫です。実際のところ「51%攻撃」を成功させる経済的なメリットがないので。
ビットコインの不正利用が多発したらビットコインの信頼は低下しして価格は暴落します。不正によってどれだけ大量のビットコインを獲得してもコインの価値そのものが下がったら意味無いですよね。
なので「51%攻撃」はコストに対するメリットが少なく、成功してもビットコインネットワークを支配できるわけではないので、起こる可能性は少ないでしょう。
お金の価値は信頼性と紐づいています。
ただし、51%攻撃の可能性もゼロではないので知識として頭の片隅に置いておきましょう。
まとめ
本記事では仮想通貨やブロックチェーンの仕組みを図解でマルっと解説しました。超初心者でも理解できるように画像たっぷり使ったので少しはイメージしていただけたかと。
本記事の内容はおさらいしますと下記の通り。
本記事の内容
色々と解説しましたが、本質的には非中央集権システムと中央集権システムの違いを理解してもらえればオッケー。
仮想通貨・ブロックチェーンの仕組みは上図の通り。
中央に管理者がいない「非中央集権のシステム」ですね。軍隊のようにトップダウンで意思決定されるのではなく、それぞれの参加者が取引全体を監視します。
一方、軍隊や銀行などの仕組みは上図の通り。
中央に管理者がいる「中央集権システム」です。トップダウン型システムで意思決定されます。意思決定やデータの管理は一部の人間によって実行されます。
仮想通貨やブロックチェーンなどの新しい知識や仕組みを理解するには、今まで使ってきた既存の知識や仕組みと比較すると分かりやすいですよね。
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公式サイトの手順に従って操作をすすめればサクッと口座開設できますよ。でも、ちょっとむずかしいと感じたら口座開設のやり方を下記記事で画像たっぷり解説をしているので参考にして下さい。
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最後までブログを読んでいただきありがとうございました！