目次

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  1. ビットコインの仕組みって…?
  2. ビットコインについておさらい
  3. 【概要】ビットコインの仕組み
  4. 【ブロックチェーン技術】ビットコインの仕組み
  5. ①【P2Pネットワーク】ブロックチェーンの仕組み
  6. ②【公開鍵暗号方式】ブロックチェーンの仕組み
  7. ③【PoW(コンセンサスアルゴリズム)】ブロックチェーンの仕組み
  8. 【まとめ】ビットコインの仕組み
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Bitcoin(ビットコイン)はじめ、仮想通貨に関するニュースを耳にする機会は増えています。

「ビットコインは信用していい?きちんと運営されているの?」

「ビットコイン売買の前に仕組みを知っておきたい」

といった疑問や考えを持っている方は、決して少なくないでしょう。

ビットコインの仕組みを図解でわかりやすくご説明いたします。

Bitcoin(ビットコイン)の仕組みをご説明する前に、Bitcoinについておさらいをしましょう。

Bitcoinは、仮想通貨と呼ばれるものの一種です。

以下、ビットコインに関する著書として名高い、「Mastering bitcoin(日本語翻訳版)」からの、ビットコインについての記述です。

伝統的な通貨と異なりbitcoinは完全に仮想的なものです。物理的なコインは存在せず、またデジタルコイン自体が存在するわけでもありません。コインは「送信者から受信者へある一定量の額面を移動させる」という取引(トランザクション)の中で暗に示されるものです。

Translations of Mastering Bitcoin | Mastering Bitcoin

ビットコインは「物理的には存在」しない、「仮想的なもの」であり、「取引の中で暗に示されるもの」といった表現があります。

つまり、ビットコインは、ネットワーク上のみに存在する、取引のデータのことなのです。

そのため、ビットコインは、実体を持たない、「仮想通貨」と呼ばれます。

さらに、中央管理者がいない、分散型システムであることも、ビットコインの大きな特徴といえます

ビットコインは管理主体がおらずとも、そのシステムは今日まで正常に動き続けているのです。

2009年、Bitcoin(ビットコイン)の理論は、サトシ・ナカモトという人物により初めて発表されました。

電子取引における二重使用やデータ改ざんのリスクを予防した上で、金融機関などを通さない、直接のオンライン取引を実現させる仕組みとして、ビットコインは提唱されたのです。

従来、第三者の金融機関が取引を仲介することで、上記のデータ改ざんのリスクや二重使用は防がれています。

ただ、第三者の機関が仲介すると、仲介費用が発生することは避けられないでしょう。

そのため、取引の規模は限定され、小額取引がしづらいというデメリットが存在しています。

ビットコイン取引では、金融機関の仲介費用が削減され、取引規模の拡大、小額取引の可能性の増大が期待できます。

ビットコインの目的を実現するには、金融機関などの信用できる第三者を仲介せずとも、二重使用の防止やデータの改ざんを防止する仕組みが必要です。

このビットコインを実現する仕組みの根幹には、ブロックチェーンと呼ばれる技術が存在しています。

ビットコインというシステムを語るうえで、ブロックチェーン技術は切り離せるものではありません。

ブロックチェーンについて詳しくみていきましょう。

ビットコインの仕組みを調べている中で、すでにブロックチェーンという言葉に出会った方は多いでしょう。

ブロックチェーンとは、ビットコインの取引データが記載されている、公開取引元帳です。

ビットコインの取引データは、一定のまとまり毎にブロックに格納されています。

それらのブロックがチェーンのように連なっているため、ブロックチェーンと呼ばれるのです。

このブロックチェーンこそが、ビットコインを実現する根幹の技術といえます。

ブロックチェーンの仕組みを理解するためには、ブロックチェーンを構成する、3つの技術を知ることが重要です。

  1. P2Pネットワーク
  2. 公開鍵暗号方式
  3. PoW(コンセンサスアルゴリズム)

下の図は、上記のそれぞれの技術が、ブロックチェーンとどのように相関しているか理解できる概念図です。

それぞれの仕組みを詳しく見る前に、一度目を通すと、全体像を把握しやすくなります。

「ビットコイン仕組み」図解|MOBLOCK

では、早速それぞれの技術の詳細をみていきましょう。

まず、P2Pネットワークとは、企業などの中央管理者が存在せず、ネットワーク利用者の端末同士が対等に結びついて、データを保持するネットワークです。

P2Pは、Peer to Peerの略であり、Peerとは同等や、対等を意味します。

では、P2Pネットワークとは具体的にはどのような仕組みなのでしょうか。

現在、多くのWebサービスには、運営する管理主体が存在します。

例えば、グルメサイトにアクセスすると、グルメサイトを運営する企業のサーバーとのデータの送受信が行われ、閲覧したい飲食店のページの情報が、ブラウザに表示されます。

この時、そのグルメサイトのページの情報やユーザーの情報は、中央管理者である運営企業のみが保持しています。

一方、P2Pを利用したサービスでは、データを保持する管理主体がおらず、ネットワーク内の端末すべてが、対等な関係でデータを保持しています

P2Pネットワークとクライアント・サーバー型

このP2Pネットワークの大きなメリットとして、以下の2点が挙げられます。

  • 単一攻撃点がなく、ゼロダウンタイムを実現
  • システム構築が安価

単一攻撃点がなく、ゼロダウンタイムを実現

P2Pネットワークは、ネットワーク上の端末すべてが、データを分散して保持しています。

そのため、一つの端末に対する故障やハッキングがシステム全体に影響を与えることがありません

それを「単一攻撃点がなく、ゼロダウンタイム(≒サーバーが落ちない)を実現している」と表現します。

システム構築が安価

また、P2Pネットワークには、システム構築が安価というメリットがあります。

通常、企業などが中央管理するサーバーは、維持や管理に大きなコストが生じています。

P2Pネットワークは、ネットワーク参加の各端末に、コストを分散して維持や管理をしてもらっているので、システム構築にかかるコストが安価になります。


このように、P2Pネットワークは、いわゆるビットコインのデータ管理の役目を担っています

中央管理者がいなくともデータをきちんと管理し、システムを保持することが可能なのはP2Pネットワークのおかげです。

P2Pネットワークについて、より詳しく知りたい方は下記の記事をご覧ください。

次に、ブロックチェーンにおける、偽造防止・暗号化の技術、公開鍵暗号方式について解説します。

公開鍵暗号方式は、誰が取引をしているかは、取引の当事者同士しかわからないように、データを暗号化し、プライバシーを担保するための技術です

ビットコインでは、取引のデータを、公開取引元帳である、ブロックチェーンのブロックに記載します。

ただ、プライバシーの観点で、「誰が誰に送金したか」などは当事者同士にしか公開されない方が安心でしょう

取引の際、一部の情報を暗号化するために、使用されるのが公開鍵秘密鍵です。

ビットコインを送金するケースを考えてみましょう。

まず、送金者は秘密鍵と呼ばれる、自分だけが保持する鍵でデータを暗号化します。

その秘密鍵からは、公開鍵と呼ばれる鍵が作成でき、その公開鍵を使うと暗号を解除(復号)できます。

送信者が秘密鍵で暗号をかけ、受信者は送信者から受け取った公開鍵で、復号します。

すなわち、誰かが別の誰かにいくら送ったかは公開されているが、鍵を持っている当事者同士しか「誰」を特定することが困難になります。

公開鍵暗号方式のおかげで、P2Pネットワークにおいても、プライバシーを保護することが可能なのです。

公開鍵暗号方式

秘密鍵で暗号化

PoW(Proof of Work)は、支払などの取引データの改ざん防止や、二重支払の防止の役割をもつアルゴリズムのことです。

P2Pネットワークでは、中央管理者がいないということをご説明しました。

そのため、管理者がおらずとも、取引データの正当性(改ざんや二重支払がないか)を確認する仕組みが必要です。

加えて、特定のデータを正しいと認定する、合意形成の仕組みも必要でしょう。

それが、ビットコインに採用されている、コンセンサスアルゴリズム(合意形成方法)の一種であるPoWなのです。

ブロックのデータ構造

PoWのデータの改ざんを防止する役割には、ブロックチェーンのデータ構造が大きく関わっているので詳しくご説明します。

ブロックチェーンの構造

ブロックチェーンの各ブロックは、直前のブロックのハッシュ値と呼ばれるデータを含んでいます

直前のブロックのハッシュ値とは、下の3つをハッシュ化(暗号化)したものです。

  • ①取引データ
  • ②直前のブロックのハッシュ値
  • ③ナンスと呼ばれるブロック生成に必要な数値

上記の、ナンスとは、取引データと直前のブロックのハッシュ値をハッシュ化(暗号化)したデータを、一定の数値以下に変化させるような値です。

一言でいうと、ナンスは、計算で求める、答えのようなものです。

ナンスを見つけることで、新規ブロックの作成が可能な仕組みになっています。

マイニング

マイニング(ナンス)

Powは、新規ブロック作成に必要なナンスを見つけるために、マイニングと呼ばれる、膨大な計算を要求します。

この計算を行なうのは、マイナーと呼ばれる有志のノード(計算能力をもつCPUなど)です。

ナンスのブロードキャスト

膨大な計算を一番早くこなしたマイナーは、ネットワークに報告を行ない、そのナンスが正しいと認められればマイニング成功となります。

また、マイナーに計算能力を提供してもらう見返りとして、一番最初に正解の数値を見つけたマイナーには、BTCがマイニング作業の成功報酬として支払われます

(2018年1月現在のマイニング報酬は、12.5BTCなので、1BTCの価格が180万円の時、日本円にして2,250万円が成功報酬)

改ざんよりも、マイニング作業に加わる方が経済合理性が高いと考えられるため、改ざんを防ぎ、マイニングに加わるインセンティブとしても、マイニングは機能しています。

さらに、マイニングは、改ざんを防止すると同時に、マイニング作業によってのみ、新規のビットコインは発行されるため、通貨発行の役割も担っているといえるでしょう。

取引データの改ざん

上記のようなブロックのデータ構造上、取引データを変更(改ざん)した場合、ハッシュ値も変わってしまいます

そのため、求めるナンスも変更され、つぎのブロックに格納されるハッシュ値も変更されます。

すると、次のブロックのナンスを求める必要が生じます。

つまり、常に最新のブロックを改ざんし続けなくてはならなくなり、良心的なマイナーとの競争下でそれは極めて困難といえるでしょう。

このようにして、PoWは改ざんや二重支払を防止しています。

ビットコインを成立させる根幹の仕組みが、ブロックチェーン技術です。

そのブロックチェーンは、中央管理者がおらずとも、「改ざんや二重支払を極めて困難に」し、「プライバシーの保護」や「ゼロダウンタイム」も同時に実現する革新的な技術といえます。

また、マイニングは、PoWにおける計算で答えを求める作業であり、「取引データの改ざんを困難にし、加えて新規の通貨を発行する役割」をもちます。

「ビットコインの仕組み」の概念図を再掲いたします。

ここまで読み進めていただいた方は、個々の技術と、どのようにビットコインを構築しているかが、理解いただけるのではないでしょうか。

「ビットコイン仕組み」図解|MOBLOCK

現在、ビットコインの仕組みの欠点を補う目的や、ブロックチェーンの仕組みを別の目的で利用するために、他のアルトコインやブロックチェーン技術がつぎつぎに生まれています。

他の仮想通貨の仕組みについても興味をもたれた方は、ぜひ下記の記事をご覧ください。