【ブロックチェーンとは何か？】分散型科学（DeSci）の理解に必要な知識（2）

元研究者のフールです．

「分散型科学（DeSci）の理解に必要な知識」というテーマで前回からキーワードのまとめ記事を書いています．

なお，分散型科学（DeSci）の概要＆キーワードを簡単にまとめた記事もありますので，お時間のある時に合わせてご覧ください．

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ブロックチェーンの定義

ブロックチェーン

単語は聞いたことあるけれど，よく分からない…

このような人は多いのではないでしょうか？

ブロックチェーンとは，データを「ブロック」として記録し，それを時系列順に「鎖（チェーン）」のようにつなげていく技術です．

そしてブロックは，複数のコンピュータ（ノード）に分散して保管されており，中央で管理するサーバーがありません！

ブロックチェーンの4つの特徴

定義を確認したので，次は特徴をまとめますね！

Web2の技術とweb3のブロックチェーンは何が違うのか？

1. 運営コストが低い
2. データの改ざんが困難
3. 取引した全員がコピーを保有
4. 暗号技術を用いてデータを保護

運営コストが低い

「ブロックチェーンは運営コストが低い」と言われており，その理由も4つあります．

1. 仲介者が不要
2. 管理コストの削減
3. 中央管理サーバーが不要
4. 信頼性の担保に追加費用が不要

仲介者が不要

Web2の中央集権型システムでは，何かしらの仲介を必要とします．

例えば，取引や契約を実行する際には，銀行・決済サービス・証券会社などが必要ですね．

これらの仲介者は，システムの運用や信頼性を担保する役割を果たします．

しかし，その対価として手数料も請求しますね．

銀行で送金するには，銀行に支払う手数料がありますよね．

回数が重なれば，この手数料もけっこうな額になります．

一方，ブロックチェーン上の送金する場合は直接送金が可能ですよ．

仲介者がいないので仲介手数料もかからず，コストを低く抑えることができます！

管理コストの削減

システムの自動化による管理コストの削減もポイントですね！

ブロックチェーンでは，スマートコントラクトという自動化されたプログラムを使います．

例えば，AさんがBさんに商品を送る契約がスマートコントラクトで設定されているとします．

Bさんが代金を支払ったことが確認されると，商品が発送される仕組みを自動的に実行できちゃいます．

中央管理サーバーが不要

1つの中央管理サーバーを運営・維持するWeb2のシステムは，以下のような費用が掛かります．

• サーバー機器の購入・保守費用
• セキュリティ対策費用
• 電力消費

ブロックチェーンでは，データが複数のノードに分散して保管されて分散管理されています．

信頼性の担保に追加費用が不要

Web2では，データの透明性や信頼性を確保するために，独立した第三者機関（監査会社や信用保証機関）が関与することがありました．

一方で，ブロックチェーンは取引データが全て公開されています！

また，後述する「改ざんが困難」という特徴もあるため，追加的な信頼性保証のコストが不要です．

データの改ざんが困難

ブロックチェーンは，「ブロック」として記録したデータを時系列順に「チェーン」のようにつなげる技術です．

この「ブロック」は相互に関連していて，過去の取引がすべて連続的につながっています．

だから，一つの「ブロック」を改ざんすると，その後の全ての「ブロック」を作り直さなければいけません！

また，次に説明する「取引に関与した全員がコピーを保有」していることも，データの改ざんをさらに困難にしていますよ．

取引した全員がコピーを保有

Web2では企業・組織が巨大なコンピュータを使って全データを保存する「データの一元管理」が当たり前でした．

サーバーがダウンしたり，サイバー攻撃を受けたりすると…

データにアクセスできなくなったり，顧客や資産に関するデータが一瞬で無くなることが指摘されていました．

でも，ブロックチェーンでは，その心配が要りません！

繰り返しますが，ブロックチェーンでは複数のノードにデータが分散して保管・管理されています．

もし一部のコンピュータがダウンしても，データにアクセスできなくなることはありません！

また，ある人が特定のデータを変更しようとしても，各ノードに分散している全てのコピーを変更しなければなりません．

その変更がネットワーク全体のコンセンサスを得たものでない限り，他の多くのノードはその変更を「正しくない」と判断するでしょう．

ブロックチェーン上のデータは「透明性」と「信頼性」を持ちながら，安全に保管され，改ざんのリスクが最小限に抑えられているのです．

暗号技術を用いてデータを保護

「ブロックチェーンは取引データが全て公開されている」と書きました．

読者の中には，プライバシーの侵害や情報漏洩の可能性を考えた人もいるでしょう．

ブロックチェーンは，ハッシュ関数という暗号技術を使って，データを短い文字列に変換しています．

この「短い文字列」を「ハッシュ値」と呼びますよ．

ハッシュ値は，元のデータが少しでも変わると全く異なる値になっちゃいます．

だから，一つの「ブロック」を改ざんすると，その後の全ての「ブロック」を作り直さなければいけなくなるんですね！

元のデータそのものは公開されないので，匿名性は確保されていますよ．

よって，プライバシーの侵害や情報漏洩も起きません．

ブロックチェーンの科学分野での活用例

ブロックチェーンについて，理解はできたでしょうか？

続いて，科学分野におけるブロックチェーンの活用例を紹介しますね．

復習ですが…

• 取引データは全て公開
• データの改ざんが困難

ブロックチェーン上のデータにはこのような特徴がありましたね！

• プロトコルや実験条件などは全て公開
• Rawデータの改ざん防止

このように活用することができますね！

ブロックチェーンを活用することで，再現性の確保やデータの捏造防止が期待できると考えられていますよ．

また，公開されるデータもハッシュ関数で変換されたハッシュ値なので，DNAや病歴などの個人情報も扱うことができますね．

つまり，基礎研究だけでなく，臨床研究でも活用できます！

ブロックチェーンの課題：トリレンマ

ブロックチェーンがweb3にとって不可欠な技術で，革新的なものであると分かってきたと思います．

ただ，そんなブロックチェーンにも課題はあります．

皆さんが馴染みある単語は「ジレンマ」だと思います．

この「ジ」は「di（2つ）」という意味ですが，「トリ」は「tri（3つ）」なので「３つの矛盾」という意味ですね．

その3つの条件は以下の通りです．

1. スケーラビリティ
2. 非集権化（分散性）
3. セキュリティ

スケーラビリティ

ブロックチェーンは，その利用者が増えると次のような問題が発生します．

• 処理速度の低下：トランザクション（取引）が増え，処理時間が延長
• 手数料の増加：取引が混雑すると，優先処理してもらうために高い手数料が必要
• データ量の増加：全てのノードが保存し続けるのが困難

簡単に言えば，スムースな取引ができなくなるってことですね！

非集権化（分散性）

非集権化（分散性）を維持するには，より多くのノードがデータを共有する必要があります．

でも，ノードが増えると，データ量が増えてスケーラビリティに影響しちゃいます…

セキュリティ

データがサイバー攻撃や不正行為から安全に守られているか？

これに関わるのがセキュリティですね．

• ハッキング：不正なトランザクションを実行
• 改ざん：過去データの変更
• 51%攻撃：ネットワークの大部分が支配され，不正なブロックを生成

でも，セキュリティを強化するために，高度な暗号化技術を採用すると，トランザクション処理速度が遅くなるでしょう．

逆に，全体の処理時間は短くしよとすると，セキュリティに問題が起きやすいですね．

【まとめ】ブロックチェーンとは何か？

今回はブロックチェーンの定義や特徴についてまとめました．

【定義】
データを「ブロック」として記録し，
それを「鎖」のように時系列順につなげる技術

【4つの特徴】
・運営コストが低い
・データの改ざんが困難
・取引した全員がコピーを保有
・暗号技術を用いてデータを保護

【課題：トリレンマ】
・スケーラビリティ
・非集権化（分散性）
・セキュリティ

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