● ソフトウェアシステムのアーキテクチャは、ノードコンピュータがどのように組織され、他のコンピュータとどのように接続されるかを決定します。
● 中央集権型と非中央集権型のソフトウェアシステムは、システムアーキテクチャの南北極と見なすことができます。
● 分散システムは、多くの独立したコンピュータで構成されており、通信媒体を使用して相互に協力し、特定の目標を達成しますが、どのコンピュータもシステム全体を制御することはできません。
● 経験則として、単一のコンポーネントがシステム全体のクラッシュを引き起こす可能性がある場合、システムのアーキテクチャがどれほど複雑であっても、それは非中央集権型ではないと言えます。
● ブロックチェーンは、非中央集権型ソフトウェアシステムの実現層の一部です。
● ブロックチェーンの意義は、非中央集権型ソフトウェアシステムにおける特定の非機能的特性、すなわちシステムの完全性を実現し維持することを保証することにあります。
ピアツーピアシステムは、中央集権型システムに対して、取引当事者間で直接相互作用を行うという利点があり、中間者を介さないため、処理時間が短く、コストも低くなります。
ピアツーピアシステムの利点は、送金に限らず、ほぼすべての仮想商品やサービスの生産者と顧客の間の仲介者がピアツーピアシステムに取って代わられる可能性があることです。デジタル化が進むにつれて、ますます多くの仮想商品やサービスが登場し、それらはすべてピアツーピアシステムの効率向上の恩恵を受けるでしょう。ピアツーピアシステムの支持者は、私たちの生活のあらゆる側面がデジタル技術とピアツーピアシステムの影響を受けると考えています。例えば、支払い、貯蓄、貸付、保険、出生証明書、運転免許証、パスポート、身分証明書、教育証明書、特許、労働契約などです。これらのほとんどは、提供者と消費者の間の中央集権型システムにデジタル形式で存在しています。
中間者を排除することは「脱媒現象」とも呼ばれ、多くの商業企業にとって深刻な脅威となります。なぜなら、これらの企業は異なる人々の間で主要な仲介者となることを基盤として存在しているからです。例えば、買い手と売り手、借り手と貸し手、または生産者と消費者の間です。
ピアツーピアシステムは、複数のノード（個人コンピュータ）で構成される分散ソフトウェアシステムであり、システム内の単一ノードの計算リソース（CPU 処理能力、ストレージ容量など）は他のノードによって直接呼び出されることができます。ピアツーピアシステムに参加する際、ユーザーはその権限と役割に応じて自分のコンピュータをシステムのノードに変換します。ユーザーがシステムに提供するリソースは異なる場合がありますが、システム内のすべてのノードは同じ機能と責任を持っています。したがって、すべてのユーザーのコンピュータはリソースの供給者であり消費者でもあります。
例えば、ピアツーピアファイル共有システムでは、各ファイルは各ユーザーのコンピュータに保存されています。誰かがそのようなシステムでファイルをダウンロードしたい場合、彼は別の人のコンピュータから直接ダウンロードできます。この人は隣人か、世界中の他の誰かかもしれません。
ピアツーピアシステムのアーキテクチャ
ピアツーピアシステムは分散コンピュータシステムであり、共有計算リソースを持つ各ノードで構成されています。しかし、中央集権的な設計思想を利用しているピアツーピアシステムもいくつか存在します。中央集権型システムは、システムメンバー間の相互作用を促進するために中央ノードを維持し、異なるノードが提供するサービスのディレクトリを維持したり、ノードの検索や識別などのタスクを実行したりします。中央集権型ピアツーピアシステムは、図 2-2 の左側に示されている混合アーキテクチャを通常使用しており、このアーキテクチャは中央集権型システムと非中央集権型システムの利点を組み合わせています。一方、完全に分散型のピアツーピアシステムには、制御または調整を行う中央ノードがなく、システム内のすべてのノードが同じタスクを実行し、リソースとサービスの提供者としても、同様に消費者としても機能します。
中央集権型ピアツーピアシステムの一例は Napster であり、これはシステムに接続されたすべてのノードで利用可能な曲の中央データベースを維持しています。
ピアツーピアシステムとブロックチェーンの関係
前述のように、ブロックチェーンは分散システムの完全性を実現し維持するためのツールと見なすことができます。完全に分散型のピアツーピアシステムは、ブロックチェーン技術を使用してシステムの完全性を実現し維持することができます。
ブロックチェーンの可能性
完全に非中央集権型のピアツーピアシステムとブロックチェーンの関係は、後者が前者に完全性を実現し維持するためのツールを提供することです。完全に非中央集権型のピアツーピアシステムは、中央集権型システムの情報仲介者に依存したビジネスモデルを置き換えることができるため、非常に大きな商業的潜在能力を持っています。完全に非中央集権型のピアツーピアシステムがブロックチェーンを使用して完全性を実現し維持できるので、ブロックチェーンは非常に重要になります。そして、本当の主な理由は、私たちが非中央集権型の産業モデルに対して非常に興奮しているとき、ブロックチェーンが私たちの目標を達成するための唯一の手段であることがわかるからです。
なぜなら、ソフトウェアシステム内でのその適用は他の場所での適用とは少し異なるからです。
● 身分証明。
● 認証。
● 権限付与。
この三者の意味と相互関係は、現実世界の例を通じて説明できます。例えば、あなたがスーパーマーケットでワインを買おうとしているとしますが、スーパーマーケットは未成年者にアルコール飲料を販売することを許可していません。では、スーパーマーケットはどのようにして正しい人々にのみワインを販売していることを確認するのでしょうか？彼らは身分証明、認証、権限付与の 3 つのステップを通じてそれを実現します。次に、さらに詳しく説明します。
身分証明
身分証明とは、識別子として機能する関連情報を提供することによって、ユーザーの身元を確認することを指します。ワインを買う例では、あなたは身分証明書を提供できますが、身分証明はあなたが言っているその人であることを証明するものではなく、あなたが成人であることを証明するものでもありません。身分証明は、あなたが特定の人であると主張することを意味するだけです。
認証
認証の目的は、他人になりすますことを防ぐことです。認証は、あなたが主張するその人であることを確認することを意味します。この認証プロセスは、身分証明書や運転免許証など、あなたの身元情報を証明できるものを提供することによって行われます。このプロセスで重要な点は、あなたが提供する身元証明情報が、あなたに関連するユニークなものである必要があることです。例えば、写真や指紋などです。ワインを買う例では、あなたの写真が含まれた運転免許証を提示することができ、運転免許証の写真とあなたの写真を比較することで認証を完了できます。運転免許証の写真を確認するのは、運転免許証が盗用されるのを防ぐためです。
権限付与
権限付与とは、該当者の身元特性に基づいて、特定のリソースへのアクセスや特定のサービスの使用を許可することを意味します。権限付与は、成功した認証とその権利の正確な評価から生じます。ワインを買う例では、運転免許証の生年月日を確認した後に、あなたにワインを購入することを許可することを意味します。もしあなたの年齢が低ければ、店員はあなたにワインを提供する権利を拒否することができます。この例では、ワインの販売を拒否する状況は認証の失敗によるものではなく、身分証明と認証はすでに成功しているのですが、権限付与のプロセスで店員があなたの年齢が低いことを発見したために権限付与が行われなかったのです。したがって、権限付与は通常、認証後の結果をいくつかのルールと照らし合わせて評価することを意味します。
█ 注： 身分証明はユーザーの身元を確認することを指します。認証は、あなたが本当に主張するその人であることを証明することを指します。権限付与は、以前の身分証明に基づいて特定のリソースにアクセスしたり、特定のサービスを受けたりすることを許可することを指します。
帳簿の性質と意義#
所有権の証明と変更と帳簿機能の関係
帳簿は、同時に 2 つの相対的な機能を果たさなければなりません。一方では、帳簿内のデータを読み取ることによって所有権を証明できる必要があり、もう一方では、帳簿は所有権の移転を記録する必要があり、新しいデータが帳簿に書き込まれることを意味します。この 2 つの機能の最も重要な違いは、公開とプライバシーの違いに帰結できます。
帳簿がすべての人に開放されている場合、所有権の証明は比較的容易です。したがって、公開は所有権の証明の基礎であり、法廷で証人が公開で証言するのに似ています。しかし、所有権の移転は、合法的な移転対象（所有者）にのみ開放されるべきです。したがって、プライバシーは所有権の変更の基礎です。帳簿にデータを書き込むことは所有権を変更することを意味するため、私たちは絶対に信頼できる実体のみが帳簿にデータを書き込む権限を持つことを望みます。
プライバシーと公開、所有権の証明と所有権の移転、帳簿の読み取りと書き込みの 3 つの矛盾もブロックチェーンに見られるため、ここで指摘します：ブロックチェーンは、誰でもアクセスできる巨大な非中央集権型ピアツーピアシステムであり、帳簿機能を持つと考えることができ、非中央集権型の帳簿として理解することもできます。
所有権とブロックチェーン
政府が発行した証明書の形式は、多くの高価値の物事の所有権を確定するための鍵です。しかし、政府が保存している情報が破壊または消去された場合、どうなるでしょうか？あるいは、誰かが帳簿情報を更新する際に故意に誤りを犯したり、証明情報を更新しなかった場合はどうなるでしょうか？このような場合、政府が発行した証明情報は実際の状況を反映できなくなります。
所有権を証明するために単一の帳簿を持つことによる問題は、法廷での審理によって解決できます。単一の証人の証言に基づいて結論を出すことは、証人が不誠実であるリスクに直面する必要があるため、より多くの証人がいる方が明らかに良いです。独立した証人が多ければ多いほど、彼らの証言の主要な一致部分が真実である可能性が高くなります。これは大数の法則や統計学の知識によって証明できます。このプロセスにおいて、真実に近づき見つけるための鍵は、大量の相互に独立した証人を持ち、これらの証人がそれぞれ独立しており、相互に影響を与えないことを確保することです。
単なる「断片」の単純な合計ではない
この講義は、ブロックチェーンの知識の旅の終着点です。第 9 講から第 20 講では、ブロックチェーンを構成するさまざまな概念を紹介しましたが、この講義ではこれらのすべての概念を組み合わせます。したがって、あなたはブロックチェーンの全体的な理解を得るだけでなく、さまざまな概念がどのように協力しているかを見ることができます。この講義は、ブロックチェーンの主要な概念を振り返ることから始まり、次にブロックチェーンが前の講義で紹介されたさまざまな技術をどのように適用して信頼を創造するかを説明します。最後に、ブロックチェーン技術の全体的な振り返りを提供し、ブロックチェーンが適用できる分野を紹介するための基盤を築きます。
ピアツーピアアーキテクチャ
システムアーキテクチャの方法は、ノードがどのように相互に関連し、接続されるかを決定します。図 21-5 に示すように、ブロックチェーンは純粋な分散型ピアツーピアシステムアーキテクチャを使用しています。このシステムは、ノードと呼ばれる独立したコンピュータで構成されています。これらのノードはインターネットを介して互いに接続されています。各ノードは、自分のブロックチェーン帳簿を維持しており、その中には取引データの全履歴が含まれています。ノード間は、人と人の間で八卦のように情報を伝達する方法を使用して相互に通信します。この情報の伝達方法は、最終的に各ノードがすべての情報を受け取ることを保証します。
整合性ロジックとその基本概念
抽象的なブロックチェーン技術スイートを取得するための抽象は、ブロックチェーンの構成要素を識別し区別することによって得られます。これは、第 5 講で議論した「ブロックチェーン技術スイート」の内容と一致しています。明らかに、所有権ロジックと取引データは特定のアプリケーションの構成要素であり、取引データを使用して所有権をどのように記述し、所有権がどのように明確にされ、移転されるかを決定します。一方、取引の安全性と取引処理ロジックは、アプリケーションの目的への依存性が低いです。前者は、識別子、認証、権限付与、デジタル署名などの一般的な概念を使用しており、これらの概念は他のアプリケーションでも使用できます。図 21-3 は、アプリケーションに関係のない大規模なデータ処理プロセスを示しています。アプリケーションに密接に結びついている唯一の概念は、取引データの検証です。他のすべての概念、例えば競争、制御、報酬、罰則、ブロックヘッダーの検証は、特定のデータが処理されているかどうかを知る必要はありません。
ブロックチェーンは天才の傑作です。しかし、ブロックチェーンは完璧ではなく、欠陥も存在します。したがって、この講義ではブロックチェーンの主要な欠陥のいくつかを紹介し、これらの欠陥がその商業的応用にもたらす障害を説明します。
直面している課題
ブロックチェーンは完全に分散型のピアツーピアシステムであり、すべての人が歴史的な取引記録を確認し、新しい取引記録をノードが共同で維持する帳簿に追加することを許可します。オープン性と中央制御機関の欠如は、このシステムの特徴です。このシステムでは、ノードが独立した証人として権利を解決します。しかし、オープン性と中央制御および調整機関の欠如は、同時にいくつかの不必要な影響を引き起こし、このシステムの応用を制限する可能性があります。したがって、私たちが直面している課題は、このシステムに潜在する欠陥を理解し、これらの欠陥を解決するためのターゲットを絞った戦略を策定することです。
ブロックチェーンの技術的欠陥
ブロックチェーンの主な技術的欠陥は以下の通りです。
● プライバシーの欠如。
● セキュリティモデル。
● 拡張性の制限。
● 高コスト。
● 隠れた中央集権的属性。
● 柔軟性の欠如。
● 臨界値。
プライバシーの欠如
ブロックチェーンは完全に分散型のピアツーピア帳簿システムであり、完全な歴史的取引記録を維持します。すべての取引の詳細、例えば商品の数量、送金額、関与するアカウント、送金時間などの情報は、すべての人が確認できます。これは非常に重要であり、すべての人が所有権を明確にし、新しい取引を検証できるようにするためです（例えば、二重支払い攻撃を識別するため）。したがって、プライバシーの欠如はブロックチェーンの欠陥となります。透明性を失うと、ブロックチェーンはその機能を果たすことができません。しかし、この透明性は、特にプライバシーの要求が高い場合の実際の応用において、通常はその応用を制限する要因と見なされます。
セキュリティモデル
ブロックチェーンは非対称暗号アルゴリズムを使用してユーザーの身元を検証し、取引を権限付与します。ブロックチェーンアカウントは実際には公開鍵として見なすことができ、対応する秘密鍵を持つユーザーのみがアカウント内の資産にアクセスできます。デジタル署名を含む取引データのみが有効であり、アカウント間の資産移転を実現できます。デジタル署名は秘密鍵によって生成されます。秘密鍵は所有権を証明する唯一の手段です。あるアカウントの秘密鍵が故意に漏洩した場合、その独立したアカウントのセキュリティは保証されません。
さらに、アカウント資産を保護する他のセキュリティ対策は存在しません。ここで指摘すべきは、ブロックチェーンが採用している非対称暗号アルゴリズムは、これまでのところ最良かつ最も強力な暗号方式であるということです。したがって、ブロックチェーン自体のセキュリティは非常に強力です。しかし、ブロックチェーンシステムには、ユーザーが秘密鍵を失ったり漏洩したりするのを防ぐための他のセキュリティ対策が存在しません。これは、日常生活において家、車、クレジットカード、デビットカードの PIN コードを保護するのと同様です。一度誰かに鍵を渡してしまうと、その理由が何であれ、あなたの資産のセキュリティは保証されなくなります。実際に鍵を持っている人や PIN コードを知っている人だけが、あなたの車を運転したり、あなたのお金を引き出したりすることができます。ブロックチェーンアカウントの秘密鍵も例外ではありません。しかし、あまりにも単一のセキュリティ対策がブロックチェーンの応用を制限する主要な要因の一つであると考える人もいます。
拡張性の制限
ブロックチェーンというピアツーピアシステムは、2 つの目標を達成することを目的としています。
1 つ目は、すべての人が共同で維持する歴史的記録に新しい取引記録を追加できることです。
2 つ目は、取引データの歴史的記録が制御されたり偽造されたりしないことを保証することです。ブロックチェーンは、変更不可能で新しいデータのみを追加できるデータ構造を採用し、新しいブロックを追加する際にハッシュ問題の解答を求めることによって、これら 2 つの目標のバランスを取ります。ハッシュ問題の解答を求めることは、歴史的取引記録が操作されるのを防ぐための有効な方法ですが、これを実現するためには非常に高いコストが必要です。不幸なことに、このセキュリティ対策の代償は取引処理速度の低下であり、したがってブロックチェーンの拡張性を制限します。この特性は、高速処理、高い拡張性、高いスループット環境でのブロックチェーンの応用にとって重大な障害と見なされています。
高コスト
高コストの問題は、拡張性の問題と関連しています。ハッシュ問題を解決することや、作業証明アルゴリズムが正常に機能することは、非常に高い計算コストを必要とします。このセキュリティ対策が歴史的取引記録の変更不可能性を保証します。ここで言う計算コストには、時間や電力などの投入が含まれます。しかし、最終的な結果は常に変わらず、作業証明のコストは非常に高いです。したがって、ブロックチェーンシステム全体の運用にはコストがかかります。コストの高低は、ハッシュ問題の難易度によって決まります。
隠れた中央集権的属性
ブロックチェーンデータ構造にブロックを追加するために解決する必要があるハッシュ問題や、システムの完全性に貢献するための報酬配分ルールは、ノード間の競争を必要とします。必要な金融資源を持つ者は、ハッシュ問題を解決するために専門のハードウェアに投資し、システムに貢献し、最終的に報酬を得ます。一方、専門的なハードウェアを持たない者は、システムの取引を検証し、新しいブロックを追加することが無益になるため、最終的にはシステムから退出することになります。したがって、もともと数が多く多様なメンバーで構成されていたノードは、最終的には企業によって制御される少数のノードに変わります。これらのノードは、専門的なハードウェアを取得できるため、大量の計算能力を持ち、最終的にはシステムを独占します。他の業界の独占行為と同様に、この少数の企業は権力を乱用する可能性があります（特定の取引を故意に無視したり、ユーザーを差別したりするなど）。これは潜在的な中央集権的属性を構成し、システム全体の分散型特性に対する脅威となります。技術的には、このようなシステムは依然として分散型ですが、その完全性は少数の企業によって維持されることになります。
柔軟性の欠如
ブロックチェーンは複雑な技術の組み合わせであり、一連の最適化された相互互換のプロトコルで構成されています。この整然としたシステムを変更することは非常に困難です。実際、ブロックチェーンが運用を開始した後、主要なコンポーネントを変更またはアップグレードするための有効な方法は存在しません。これは、ブロックチェーンシステムに長い使用寿命が必要であることを要求します。例えば、使用される暗号アルゴリズムは、ブロックチェーンの有効期限内に有効でなければなりません。これは数世代にわたる可能性があります。ブロックチェーンアルゴリズムや対立解決方法についても同様です。ブロックチェーンの変更不可能性により、ブロックチェーンを開発した人でさえ、バグを修正したり、ブロックチェーンプロトコルを調整したりすることが難しくなります。これらの特性は、全体のブロックチェーンシステムが柔軟性の面で他のシステムと比較できなくなる原因となります。
臨界値
ブロックチェーンの防操作特性や共同で歴史的取引記録を維持する信頼性は、システム内の大多数の計算能力が誠実なノードによって制御されているという仮定に基づいています。しかし、計算能力が限られた小型のピアツーピアシステムでは、前述の大多数が少数である可能性があり、51% 攻撃が発生する可能性があります。ユーザー数が不足しているか、市場価値が低い「暗号通貨」にとって、この問題は特に重要です。したがって、すべてのブロックチェーンは、計算能力攻撃を防ぐために一定の誠実なノードを確保する必要があります。51% の計算能力攻撃を防ぐために特定のノード規模に達することは、各新しいブロックチェーンシステムが対処しなければならない課題です。
ブロックチェーンの非技術的欠陥
ブロックチェーンの主な非技術的欠陥は以下の 2 点です。
● 法的承認の欠如。
● ユーザーの受け入れの欠如。
法的承認の欠如
ブロックチェーンは、ユーザーが公開され、完全に分散型のピアツーピアシステムで所有権を管理および移転できるようにします。独立したノードが分散型合意に参加して所有権を管理する方法は疑問視されており、ブロックチェーンで生成された取引の合法性に対する疑念が生じています。この技術の安全性や複雑さに関係なく、ブロックチェーン内の取引の合法性は解決すべき問題です。これは、既存の法制度に新しい所有権管理方法を統合する方法に関する問題です。インターネットの台頭と発展を目撃した人々は、現在のブロックチェーンの法的地位の不明確さが 1990 年代のインターネットに似ていることに気づくかもしれません。
ユーザーの受け入れの欠如
ユーザーの受け入れの欠如も無視できない問題です。ブロックチェーンの法的地位の不確実性は、ユーザーの疑念を引き起こし、最終的にはブロックチェーンシステムを使用する意欲を失わせる可能性があります。ユーザーの受け入れのもう一つの側面は教育コストです。ユーザーがブロックチェーンの基礎技術を理解していない場合、彼らがブロックチェーンを使用し、信頼することを期待するのは非現実的です。
欠陥を克服する
上記の技術的および非技術的欠陥は、ブロックチェーンが現実世界で適用される際の重大な障害です。特定の欠陥を克服する方法は、設計者が積極的に探求する必要がある方向性です。このような活動に関する議論は、本書の紹介範囲には含まれません。しかし、以下にブロックチェーンの欠陥を解決する方法を簡単に説明します。
技術的欠陥
ブロックチェーンの技術的欠陥を解決することは、さまざまな技術的レベルの問題を含みます。ブロックチェーンの技術的欠陥を解決する上での重要な課題の一つは、技術の改善と技術革新の違いを理解することです。次の講義では、このトピックを詳しく議論します。
非技術的欠陥
ブロックチェーンの非技術的欠陥は、新技術を採用する際に考慮すべき社会的、経済的、法的、心理的側面の問題と見なすことができます。インターネットや電子商取引は、新技術が直面する法的問題を解決できることを証明する最良の例です。ユーザーは、新技術を理解し、信頼し、使用するために時間が必要です。幸運なことに、インターネットや電子商取引の例は、新技術の普及における時間の重要性を証明しています。時間が経つにつれて、新技術のユーザー間での受け入れと普及が徐々に向上し、法的な解決策を提案する時間も確保されます。
ブロックチェーンの 2 つの主要な技術的制限が生じる 2 つの主要な対立。
ブロックチェーンの主要な対立
ブロックチェーンは以下の 2 つの対立に直面しています。
● 透明性とプライバシー。
● セキュリティと速度。
透明性とプライバシー
ブロックチェーンは、取引データの全履歴に基づいて所有権を明確にし、これらの取引データの履歴はすべての人に見えるため、ブロックチェーンは公共の取引登記簿または公共の帳簿のようなものです。オープン性と透明性は、ブロックチェーンが所有権を検証する核心です。すべての人が他の人の取引を監査できるため、二重支払い攻撃を非常に簡単に発見できます。このオープン性は、二重支払い問題を解決するための基盤です。
しかし、この解決策はプライバシーと矛盾します。プライバシーは、取引当事者以外の人が取引データに含まれる情報（例えば、アカウントや送金額など）にアクセスできないことを保証することを意味します。したがって、対立が生じます。一方では、所有権を明確にするために透明性が必要であり、他方では、システムユーザーは一定のプライバシーを必要とします。
セキュリティと速度
取引データの履歴は、ブロックチェーンの核心です。取引データの履歴は、変更不可能で新しいデータのみを追加できるブロックチェーンデータ構造に保存され、追加または書き換えられる各ブロックはハッシュ問題を解決する必要があります。これにより、歴史的取引データが操作されず、偽造されないことが保証されます。これは、操作または偽造のコストを非常に高くするだけでなく、新しい取引データがブロックチェーンデータ構造に追加される速度を遅くします。これは、商業環境での多くのアプリケーションが速度と拡張性を要求することと対立します。したがって、対立が生じます。一方では、歴史的取引記録の安全性を確保するために時間のかかる作業証明アルゴリズムに基づく必要があり、他方では、ユーザーは速度とシステムの拡張性を求めています。
対立の根源
これら 2 つの対立の根源は、ブロックチェーンの 2 つの基本的な操作、すなわち取引データの読み取りまたは書き込みにあります。オープン性とプライバシーの対立は、ブロックチェーンデータを読み取る操作に遡ることができ、セキュリティと速度の対立は、ブロックチェーンデータ構造にデータを書き込む操作に遡ることができます。2 つの主要な技術的制限、潜在的な対立、およびブロックチェーンの基本機能との関係を要約します。
対立を解決する
対立を解決するために、すべての対立をバランスさせる妥協案を選択することも、片方が圧倒的な優位性を持って他方を弱体化させることを選択することもできます。前述のように、ブロックチェーンは透明性と安全性をサポートしており、プライバシーと速度を弱体化させます。これらの対立を解決する他の方法もあります。以下の内容でさらに詳しく説明します。
透明性とプライバシーの間で選択する
透明性とプライバシーの間で選択することは、実際には誰に取引データを表示する権限を与えるかを決定することを意味します。読み取り権限を付与する極端な状況を考慮すると、2 つの選択肢があります。すべての人に読み取り権限を与えるか、限られたノードまたはユーザーに与えるかです。どのユーザーまたはノードがブロックチェーンデータを読み取る権限を持つか、または新しい取引を作成する権限を持つかに基づいて、以下のタイプのブロックチェーンを区別できます。
● すべてのユーザーまたはノードに読み取り権限と新しいブロックを作成する権限を与えるのがパブリックチェーンです。
● 事前に選定されたユーザーまたはノードのグループに限られた読み取り権限と新しいブロックを作成する権限を与えるのがプライベートチェーンです。
安全性と速度の間で選択する
安全性と速度の間で選択することは、実際には誰に取引データを書き込む権限を与えるかを決定することを意味します。書き込み権限を付与する極端な状況を考慮すると、2 つの選択肢があります。すべての人に書き込み権限を与えるか、事前に選定された信頼できるユーザーまたはノードのグループに書き込み権限を与えるかです。書き込み権限の付与に基づいて、以下の 2 つのタイプのブロックチェーンを区別できます。
● すべての人に書き込み権限を与える許可なしのブロックチェーンです。各ユーザーまたはノードは取引を検証し、ブロックチェーンに新しいブロックを追加できます。
● 事前に選定された信頼できるユーザーまたはノードのグループにのみ書き込み権限を与える許可されたブロックチェーンです。したがって、書き込み権限を持つノードのグループのみが取引を検証し、分散システムの合意プロセスに参加できます。
4 種類のブロックチェーン
ブロックチェーン、及び上記のすべての講義で議論されたブロックチェーンは、パブリックで許可なしのブロックチェーンです。取引の読み取りまたは作成権限に対する制限は、これらのいずれかのタイプのブロックチェーンを生み出します。プライベートな許可されたブロックチェーンは、高速な処理能力と取引データの機密性を持つ能力があり、商業環境での使用に最も適していると見なされています。
取引履歴の読み取りまたは書き込み権限の制限は、ブロックチェーンの以下の特性に影響を与えます。
● ピアツーピアアーキテクチャ。
● 分散型特性。
● 用途。
ピアツーピアアーキテクチャ
第 3 講では、ピアツーピアシステムとその特性について学びました。ピアツーピアシステムの主要な特徴は、権利と機能の面で完全に平等なノード（コンピュータ）が含まれていることです。単一のノードはその貢献するリソースに関して異なる場合がありますが、システム内のすべてのノードは同じ機能と責任を持っています。しかし、上記の 4 種類のブロックチェーンは、システムを構成するノードに読み取りおよび取引作成権限を付与する際に異なります。ノードが取引の読み取りまたは作成時に異なる能力を持つ場合、それらはもはや平等ではありません。したがって、システムの読み取りおよび書き込み権限を制限することは、ピアツーピアシステムの重要な特性の 1 つに違反するようです。
分散型特性
第 2 講では、分散システムとその特性について学びました。中央制御または調整機関が存在しないことは、分散システムの主要な特徴と見なされます。しかし、上記の 4 種類の異なるタイプのブロックチェーンは、事前に選定されたノードまたはユーザーのグループに読み取りまたは書き込み権限を付与することに基づいています。誰がシステムの読み取りまたは書き込み権限を付与するかを決定するのでしょうか？誰が読み取りおよび書き込み権限を付与するルールを策定するのでしょうか？
読み書き権限の配分ルールが純粋な分散型システムによって管理および実行されない場合、システムには中央要素が存在することになり、これがブロックチェーンの分散型特性と矛盾します。
図は、中央要素が読み書き権限の配分ルールを管理および実行する分散システムの大まかなアーキテクチャを示しています。これは、隠れた中央制御機関が存在するか、システムがすべての限られた権限を持つノードで構成される中央集権型システムになることを意味しますが、同時に内部で分散型の組織方式を使用しています。この 2 つのケースでは、システム全体は分散型と中央集権型要素で構成された混合システムに非常に似ています。
用途
第 4 講では、ブロックチェーンが解決する核心的な問題は、数が不明で信頼性や信用度も不明なピアノードで構成される純粋な分散型ピアツーピアシステムで誠実さを実現し維持すること（すなわち合意に達すること）であると学びました。読み取りおよび書き込み権限の制限は、分散型ピアツーピアシステムの構成属性を変更するだけでなく、ノードの信頼性も変更します。ブロックチェーンにデータを書き込むことができるノードの信頼性を評価する場合、最終的にシステムには信頼性が不明なノードが含まれない可能性があります。したがって、このようなシステムは、ブロックチェーンが不信頼な環境で信頼を構築する能力を必要としなくなると結論できます。
以下の理由から、ブロックチェーンは、数が既知で信頼性や信用度も大体既知のノードで構成されるシステムでも価値を創造できます。まず、技術的な故障により、このようなシステム内のノード数が変化する可能性があります。次に、各分散システムは、個別のメッセージレベルの通信が不確実になるいくつかのネットワーク問題に直面します。最後に、適応プロセスを通じても、ノードが 100% 信頼できることを保証することはできません。さらに、技術的な故障により、信頼できるノードでさえ誤った結果を出す可能性があります。
ブロックチェーンの用途を再考する
読み取りおよび書き込み権限に制限を設けることで、ブロックチェーンの用途に対する見方が変わる可能性があります。しかし、プライベートな許可された場合でも、ブロックチェーンはシステムの完全性を維持するために使用できます。したがって、ブロックチェーンが信頼を創造する条件を緩和することを決定するかもしれません。ブロックチェーンの用途がオープンで純粋な分散型ピアツーピアシステムの完全性を維持することに固執するよりも、一般的な分散システムの完全性を実現し維持することにあると言えるでしょう。
ブロックチェーンはどのように機能し、どのようなサービスを提供し、ユーザーがどのように相互作用するかを示します。以下は、いくつかの重要なブロックチェーン概念の進化です。
● 使用権。
● プライバシー。
● 合意。
● 取引。
● データの保存。
● データ構造。
使用権
ブロックチェーンの読み書き制限は、さまざまなブロックチェーンバージョンの需要を生み出す可能性があります。第 23 章で述べたように、データの読み取り制限はパブリックチェーンとプライベートチェーンを進化させ、データの書き込み権限の制限はオープンとクローズドのブロックチェーンを生み出しました。
これら 4 種類のブロックチェーンは、概念的な進化と見なすことができ、ブロックチェーンの主要な特性を変更し、異なる用途、分散型属性、構造を持っています。
プライバシー
ブロックチェーンのオープン性は常に重要な議論のトピックであり、この特性は特定の使用シナリオでユーザーのプライバシーの要求に影響を与えます。プライベートチェーンは読み取り機能を制限し、誰もが歴史的取引記録を通じて取引データを制御する権限を持つことはできません。他のプライバシーを保護する方法には、プライバシーを保護するための専門的な分散計算プラットフォームにプライバシーデータを保存することが含まれます。また、ゼロ知識証明を使用して、すべてのデータを取得することなく主張の正当性を証明することができます（例えば、特定のデータ商品に対する所有権を証明すること）。この技術は、ブロックチェーン上で使用されると、誰もがすべての取引の詳細を読み取ることなく、所有権に関連する主張を確認できます。
合意
作業証明は、コンピュータ計算を通じて取引データの歴史的記録を選択するための基本的な尺度を提供し、異なる歴史的バージョンの対立を解決します。しかし、この計算能力に基づく方法は、多くの計算機科学者を不満にさせ、彼らは計算能力が攻撃される可能性があると考えています。
そのため、ブロックチェーンはさまざまな合意アルゴリズムを進化させました。プルーフ・オブ・ステーク（POS）やデリゲイテッド・プルーフ・オブ・ステーク（DPOS）は、投票権と商品の所有権または移譲権を結びつける別の 2 つの合意アルゴリズムです。他の「代替的」な合意アルゴリズムには、Paxos や Raft が含まれます。これらのアルゴリズムは、ブロックチェーンが誕生する前から存在していました。しかし、これらのアルゴリズムを明確に説明することは簡単ではなく、本書の範囲を超えています。作業証明（POW）以外の他の合意アルゴリズムの問題は、概念的に非常に複雑であり、証明が難しいことです。これらのアルゴリズムに理論的な欠陥がある場合、ブロックチェーンシステム内で「腐敗」が発生し、ブロックチェーンが創造する信頼に影響を与える可能性があります。
取引
取引は、あるアカウントから別のアカウントに所有権を移転することです。実際、取引自体は自治契約です。取引自体には、所有権を移転するために必要なすべての情報が含まれています。この概念はスマートコントラクトの発展を促進し、人々はブロックチェーンを通じてスマートコントラクトを実行しようとしています。取引データと同様に、スマートコントラクトは、各参加者の意志を記述するために機械が読み取れる言語を使用します。しかし、単純な取引データとは異なり、スマートコントラクトは、さまざまな物体、テーマ、行動、条件に基づいて所有権を移転する方法を非常に柔軟に操作します。技術的には、スマートコントラクトは特定のプログラミング言語で書かれたブロックチェーン上の自治コンピュータプログラムです。スマートコントラクトが書き込まれると、ブロックチェーンは契約内のコードを実行することによって拡張を実現します。この拡張により、ブロックチェーンはデータを保存する分散型システムから、スマートコントラクトを実行する仮想マシンに変わります。
ブロックチェーン上でコードを実行できることは、データを単に保存するだけでなく、アプリケーションを構築することを意味します。スマートコントラクトについて議論する際には、この用語が異なる取引当事者間の契約を指すのではなく、ブロックチェーン上で契約を管理および実行するコードの一部を指すことを認識する必要があります。
スマートコントラクトの柔軟性は、その使用範囲を非常に広くします。例えば、定期的な家賃の支払い、貸付、返済、危険が発生した場合の保険金の支払いなどです。したがって、今後数年間、スマートコントラクトはブロックチェーンの最も重要な発展方向となるでしょう。
データの保存
これまで、新しいデータを保存し、全体の歴史的取引記録の完全性を維持する方法について議論してきました。しかし、第 9 講で述べたように、取引データや歴史的取引データを使用して所有権を管理することができます。前者は少量のデータを管理するために多く使用され、後者はスマートコントラクトのシナリオで多く使用され、システム全体にはアカウント残高、保険契約、または物理的な世界の物体を表すデータなど、さまざまなランダム情報が含まれています。このようにして、システム全体の状態は歴史的取引データに保存され、スマートコントラクトを通じて状態の変化を実現できます。
データ構造
ブロックチェーンのデータ構造は、ブロックで構成された直線ではありません。むしろ、ブロックチェーンのデータ構造は実際にはツリー状であり、異なるブランチは取引データの異なる歴史的バージョンを表します。ブロックチェーンアルゴリズムの主要な課題は、分散システムのノードが権威のあるチェーンとして 1 つのブランチを選択することを保証することです。取引データを保存する別の方法は、有向非循環グラフを使用してこのツリー状のデータ構造を表すことです。この有向非循環グラフを使用して歴史的取引記録を保存することは、ブロックチェーンのパフォーマンス、所有権の帰属、およびノード間の合意の達成方法に深遠な影響を与えます。
ブロックチェーンの主要な発展方向
一般的に、人々は技術の短期的な影響を過大評価し、長期的な影響を無視する傾向があります。インターネットの進化と人類社会への影響は、この原則の最良の証明です。これは、技術革新の長期的な影響を予測することが非常に困難であることを意味します。以下の点は、ブロックチェーンの長期的な発展の重要な方向性かもしれません。
● 中間者の排除。
● 自動化。
● 標準化。
● 流水処理。
● 処理速度の向上。
● コストの削減。
● 信頼プロトコルと合意。
● 信頼を商品化する。
● 技術意識の向上。
中間者の排除
ブロックチェーンは中間者を排除するのではなく、厳格にルールを守るデジタル中間者として機能します。ある中間者から別の中間者に移行することは特別なことではありませんが、ユーザーの信頼に依存する人間の組織を置き換え、信頼をソフトウェアシステムにコーディングすることは重要な成果です。さらに、多くの中間者を置き換え、ノード間で安全に直接相互作用できることは、確かに大きな成果です。したがって、中間者の排除は、ブロックチェーンの将来の発展において保持すべき特性です。
自動化
デジタル中間者の役割をより良く果たすために、ブロックチェーンは自動化に依存する必要があります。ブロックチェーンの使用シーンが増えるほど、ノード間の自動相互作用によって中間者間の手動操作を置き換えることができます。したがって、ブロックチェーンのもう一つの将来の発展方向は、自動化を強化することです。
標準化
ブロックチェーンは特定のルールと標準を実行することによって取引の自動操作を実現します。ブロックチェーンの使用が増えるほど、関連する取引当事者間の取引と相互作用は標準化される必要があります。したがって、標準化をさらに強化することも、ブロックチェーンの発展において重要な課題です。
流水処理
標準化と自動化により、ビジネスプロセスはより透明で流水処理されるようになります。多くの組織がブロックチェーンを使用してビジネスを処理する準備が整っています。したがって、既存のビジネス処理モデルを理解し、それを再設計して流水処理を実現することも重要な方向性です。
処理速度の向上
中間者の排除、標準化、流水処理、自動化は、処理速度の大幅な向上を促進します。したがって、ブロックチェーンがますます多くの使用を得ることが期待され、取引当事者間の相互作用も増え、より効率的になります。高速自動処理システムを使用して、従来の時間のかかる手動処理システムを改善することも重要な課題です。
コストの削減
自動化、中間者の排除、標準化は、しばしばコスト削減をもたらします。歴史は、自動化によるコスト削減が多くの業界を再構築し、より多くの人々がさまざまな商品を手に入れられるようになったことを繰り返し示しています。もちろん、コスト削減は自動車製造、テレビ、携帯電話、衣料品などの産業に深遠な影響を与えるでしょう。したがって、これは経済的な観点からもブロックチェーンの発展方向として重点的に注目すべきです。
信頼プロトコルと合意
ブロックチェーンは、人間の組織に対する信頼をコンピュータの合意に移行させます。これは、私たちの信頼の理解、個人や社会全体の信頼の理解を変える可能性があります。したがって、信頼プロトコルは、社会学的な観点からブロックチェーンの重要な発展方向となるでしょう。
信頼を商品化する
自動化と標準化は、複数の業界の生産時間とコストを削減するだけでなく、過去に消費者が手に入れられなかった商品を家庭に持ち込むことも可能にしました。30 年前のコンピュータや携帯電話の価格を覚えていますか？今では、携帯電話は商業促進のために無料で配布されるものです。今では、少ないお金で超高性能のコンピュータを手に入れることができます。これは、自動化と標準化によってコンピュータチップの製造コストが大幅に削減されたためです。ブロックチェーンが発展するにつれて、商業的相互作用に必要な信頼、安全性、決済のコストが大幅に削減されることが予測されます。これは、日常的な商業取引において取引を開始し、実行し、決済する必要がある業界にとって長期的な需要です。
技術意識の向上
ブロックチェーンは高度に複雑な技術であり、非常に改ざんが難しいデータ構造と合意アルゴリズムを利用して信頼の問題を解決し、ピアツーピアシステムの整合性を実現します。これらは必ずしも商業界の注目を集めるわけではありません。しかし、実際には、ブロックチェーンはさまざまな業界から注目を集めています。ますます多くの人々がブロックチェーン技術に注目し、この技術が現実の生活でどのように適用されるかを理解しようとしています。これは非常に重要です。なぜなら、多くの業界で成功し、社会的富を得るための重要なポイントは、技術的な課題を克服できるかどうかにかかっているからです。
潜在的な欠点
正の影響に加えて、ブロックチェーンには負の影響も存在します。以下はその潜在的な欠点です。
● プライバシーの欠如。
● 責任の欠如。
● 雇用の減少。
● 再中間化。
プライバシーの欠如
パブリックチェーンは取引データを隠さず、誰でも歴史的取引データを読み取ることができます。これは、自分のプライバシーを保護したい人にとって非常に恐ろしいことです。この懸念は理解できます。特に、大企業がこれまでに多くの個人データを収集していることを考慮すると。この懸念は、プライベートチェーンの発展を促進するか、または他の高度なセキュリティプロトコルの生成を促進する可能性があります。さらに、すべての人が自分のデータの主人になり、そのデータの読み取りまたは使用権を販売できる能力を持つべきかどうかを考えさせることになります。これにより、検索エンジンサービスプロバイダーやソーシャルメディアなどの他の中間者は、一定のユーザーや市場シェアを失うことになります。
責任の欠如
中間者の排除は、個人の責任の欠如を引き起こす可能性があります。中間者は契約によって各当事者を拘束し、相応の保証を提供します。中間者は、取引が円滑に進まない場合に調停を行い、自らの義務を果たします。人から人への信頼が合意や技術への信頼に移行すると、ユーザーは発生、実行、または契約の履行時に責任を追及できなくなります。