数学の知識のいらないブロックチェーン紹介

アクセリアの研究
ブロックチェーン - 技術
 この連載では、数式や複雑なプログラミングコードを恐れている人のためにブロックチェーンを紹介します。ブロックチェーンテクノロジーの基本概念の多くは数学的背景を理解しなくても理解できます。

 まずはじめに、ブロックチェーンはビットコインと同じではないことに注意してください。 ブロックチェーン技術は、ビットコインや他の暗号通貨に利用されている技術の1つです。

 この違いをより明確にするために、Webベースのアプリケーションとその技術との簡単な比較を示します。
技術応用分野
JavaScriptウェブ・アプリGMail
デスクトップ UIGnome
サーバー・アップNode.js
ブロックチェーン暗号通貨ビットコイン
資産トラッキングEverchain (ダイヤモンド)
投票AgoraVote
 では、テクノロジー(ブロックチェーン)とアプリケーション(ビットコイン)の違いを理解したので、ブロックチェーンとは何かを定義しましょう。

 ブロックチェーンシステムとは、未知数のピアや未知の信頼性のピアが存在する場合でも整合性を保つ、元帳分散型のピアツーピアネットワークです。

 最初は怖いように思えるかもしれませんが、この定義を明確にするために単語と概念を1つずつ説明していきます。
元帳(ledger)
 この場合の元帳は、在庫リストと最も対照的です。 在庫リストは単にどのアイテムが誰に属しているかを示すのに対して、元帳はアイテムの所有権のすべての変更を示します。
在庫元帳
ユニット 1Aさんユニット 1生産工場 1
ユニット 2Aさんユニット 2生産工場 1
ユニット 3Bさんユニット 3生産工場 1
ユニット 3販売工場 1Bさん
左側の在庫の情報は、現在誰がどのユニットを所有しているかのみを示しています。
右側の元帳の情報は、全ての取引きを記し、ユニットの履歴をたどることによって在庫のデータと全く同じ情報が得られます。
 ブロックチェーンは、すべての履歴がチェーン状に繋がり、履歴をたどることが可能という意味で、元帳のようなものです。
分散型ピアツーピアネットワーク
 何人かの利用者が同じデータにアクセスする必要がある場合、必要な情報へのアクセスを提供する中央集中型サーバーがあるのが典型的な構成です。
 例として、クライアント、Webサイト、パートナー、およびサーバーからのデータにアクセスする内部装置(管理)を持つ会社の構成を考えます。

 分散型アーキテクチャでは、利用者の要求を処理するサーバーは複数あり、このサーバーグループは外部の利用者にとっては1つの大きなサーバーのように機能します。

 ピアツーピアシステムでは、中央サーバーまたはサーバーのグループはありませんが、情報はそれぞれの利用者の元にあり、特別な通信プロトコルを介して同期され続けます。

 これらのピアツーピア(P2P)システムは、音楽共有サービスであるNapsterによって世界的に有名になりました、そしてP2Pネットワークは現在、ネットワークをセットアップするための一般的な技術となっています。その最近の例がビットコインなのです。
未知の信頼性
 理想的な世界では、P2Pネットワーク上のすべての仲間がいい利用者になるでしょう。ルールを守り、詐欺や盗難を試みないでいます。

 しかし、残念ながらこれは現実とはかけ離れており、分散型システムでは常に存在している悪意のある利用者からの攻撃に対して対策を講じる必要があります。
ブロックチェーンの意味
 ブロックチェーンとは何なのか混乱することがよくあります。 これは非常に多くのレイヤーがあり、それぞれをブロックチェーンと名付けることができることによります。今後、フォローアップブログで以下のそれぞれが何を意味するのかを理解していきましょう。
・データ構造
 情報がコンピュータメモリ内でどのように表されるかを記述するデータ構造
・アルゴリズム
 トランザクションの検証、保存、およびブロックの追加方法のアルゴリズム
・プログラムのスイーツ
 コンピュータ上のブロックチェーンを管理する一連のプログラム
・システム
 実際の作業を行わせるための完全なシステムすべてのデータ、データ構造、アルゴリズム、およびプログラム

 また、ブロックチェーンを完全システムと呼び別の概念を強調したい場合は、ブロックチェーンアルゴリズムなどを使用します。

 最後に、定義についての話に戻りましょう。

 ブロックチェーンシステムとは、下記の状況を満たす分散元帳です:
  ・整合性を達成し維持する必要があります
  ・純粋に分散されたピアツーピアシステムでは、未知の数のピアと未知の信頼性と信頼性を持ちます

 これは簡単な作業ではなく、システム全体を機能させるためには多くのコンポーネントが必要です。今後のフォローアップ記事では、様々なものをボトムアップで見ていくので、シリーズの最後には、なぜブロックチェーンが機能するのか、そしてその動作の仕方についてのかなり詳細なイメージが得られます。



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Norbert Preining

アクセリア株式会社 研究開発部社員
北陸先端科学技術大学院大学ソフトウェア検証研究センター 研究員
ウィーン工科大学 研究員
デビアン開発者
TeX User Group (取締役会員)、Kurt Godel Society (取締役会員)
ACM, ACM SigLog, 日本数式処理学会、ドイツ数学論理学会