ブロックチェーンという言葉は聞いたことがあっても、仕組みや活用事例などは分からないという方は多いのではないでしょうか。この記事では、ビットコイン（BTC）などの暗号資産の取引データを管理するのに欠かせない技術であるブロックチェーンについて基本的な概念から仕組みまで解説します。
ブロックチェーンの定義
ブロックチェーンとは、複数のコンピュータ同士が相互に通信をしあう「分散型ネットワーク」上で情報を記録・管理するための技術です。ひとまとまりの情報（ブロック）を時系列に沿って鎖のようにつないでいく構造をしていることから、「ブロックチェーン」と呼ばれています。このブロックチェーンを維持する複数のコンピュータ間では同じデータが共有・保存・管理されています。これにより、多くのブロックチェーンシステムでは、特定の管理者によって維持・管理を行う、いわゆる中央集権型の仕組みではなく、世界中の誰でも維持・管理に参加できる「パブリックチェーン」を採用しています。このように中央の管理者に依存しないシステム透明性を持たせて構築できる点がブロックチェーンの大きな特徴の一つです。
ブロックチェーンの仕組み
続いて、ブロックチェーンの基本的な仕組みについて詳しく解説します。
P2Pネットワークが機能している
ブロックチェーンではP2P（Peer-to-Peer）ネットワークの技術が使われています。 P2Pネットワークとは、ノード（※）と呼ばれるネットワークに参加するコンピュータなどが直接通信を行い、特定のサーバーに依存せずにデータをやり取りする技術を指します。この技術により、各ノードが対等な立場でデータを送受信できるため、ネットワークの冗長性や耐障害性が向上します。また、この特性により、ネットワークの一部で障害が発生してもシステム全体の動作が維持される設計が可能です。ただし、この特性はピュアP2Pネットワークにおいて顕著なものであり、一部のブロックチェーンシステムではノードに役割の違い（例: フルノード、ライトノードなど）が存在するものもあります。また、P2Pネットワークでは、接続先のノードに脆弱性がある場合、データ漏洩やハッキングのリスクが生じる可能性がありますので、通信の暗号化や信頼できるノードの選定が重要です。
※ノード…ネットワーク内で情報の送受信や処理を行う個々のコンピュータやデバイスのこと。
ハッシュ値・コンセンサスアルゴリズム・デジタル署名データの改ざんを防ぐ
ブロックチェーン上で取引データの改ざんを防ぐために重要な役割を果たしています仕組みが大きく3つ存在します。
1つ目はハッシュ値と呼ばれるものです。これは、任意のデータからハッシュ関数によって生成される文字列です。ブロックチェーンでは、タイムスタンプや取引量、ブロック内の情報、直前の取引によって生成されたハッシュ値などを基に新しいハッシュ値が生成されます。ここで生成されたハッシュ値は、次のブロックに格納されることで、ブロックの一貫性を示す重要な要素となります。ブロック内のデータが変更されるとハッシュ値が完全に変わってしまうため、もし取引データが改ざんされると、そのブロックデータから生成されるハッシュ値が変わり、結果として後続のすべてのブロックとの整合性が失われてしまいます。
2つ目は、コンセンサス・アルゴリズムです。ビットコイン（BTC）などが採用するPoW (プルーフオブワーク)と呼ばれるプロセスでは、ブロックのハッシュ値が特定の条件を満たすようにする為、ナンス値（任意の値）を計算し探索する、マイニングと呼ばれる作業が行われます。マイナーが発見したブロックがネットワーク全体に共有され、他のノードに正当性が検証されることで正当なブロックであると証明する必要があります。この計算には膨大な時間と計算資源が必要であり、仮に1つのブロックを改ざんしたとしても、後続のすべてのブロックを再計算することは非常に困難となります。
3つ目はデジタル署名と呼ばれる技術です。ビットコイン（BTC）を含む多くのブロックチェーンでは、資産を移動する際、秘密鍵と呼ばれる文字列によるトランザクションの署名を行い、その署名が、公開鍵と呼ばれる文字列で検証できる仕組みを用いています。公開鍵はブロックチェーン上で確認可能であり、この仕組みにより、その取引（トランザクション）が間違いなく当該ウォレットから行われたこと（取引の正当性）を検証できるようになっています。
こうした仕組みにより、ブロックチェーンは非常に高い改ざん耐性を持つとされています。
ブロックチェーン上で動く重要な機能
ブロックチェーンの基本的な仕組みの上で、いまでは重要なインフラとなっている機能をご紹介いたします。
スマートコントラクト
スマートコントラクトは、ブロックチェーン上で構築され、条件が満たされると自動的に実行されるプログラムです。スマートコントラクトの活用により、従来では契約手続きで必要だった仲介者の介在が不要となり、当事者間の取引は、すべてプログラムに従って自動で実行されるようになります。
2025年3月末時点で、ビットコイン（BTC）に次いで時価総額が高いイーサリアム（ETH）は、スマートコントラクト機能を実装したブロックチェーンプラットフォーム「イーサリアム（Ethereum）」上で動作しており、多くのDApps（分散型アプリケーション）の運用を可能にしています。例えば、預けた暗号資産に応じて自動で利息を付けたり、暗号資産の購入時の決済を自動で行うなど、スマートコントラクトを活用したDAppsが次々と登場しています。
スマートコントラクトは、従来であれば、企業や国などの中央集権的に提供されたサービスでしか安全性や確実性等を確認できなかった契約サービスを一般に開放し、多くの個人間取引にも透明性と効率性を提供する事が期待されています。将来的には数多くの契約にかかる時間やコストの削減が期待されている注目の機能です。
ブロックチェーンの運用タイプ３選
ブロックチェーンはチェーン毎に異なる運用方法がとられています。ここでは、主要な運用タイプ3つについて解説します。
パブリックチェーン
パブリックチェーンは、誰でも参加できる公開型のブロックチェーンです。パブリックチェーンの主な特徴は、透明性が高いことです。
パブリックチェーンに参加している全員が取引の内容を確認できるため、改ざんや不正の抑止力になっています。一方で、ブロックチェーン上に情報を新たに書き込むためには多くの時間と手間がかかるというデメリットがあります。パブリックチェーンの仕組み上、新しい情報をブロックチェーンに追加する際には、ネットワーク内の多数のノードが合意形成を行う必要があるため、プライベートチェーンと比較して時間がかかる場合があります。
プライベートチェーン
プライベートチェーンは、特定の組織や個人で運用されるブロックチェーンであり、アクセス権限が厳格に制御されています。この制限により、機密データの管理に適しており、特定の用途において高いプライバシー性を実現できます。また、限られた参加者によって、管理されているため、合意形成までのスピードが速い点が特徴です。ただし、中央集権的な側面が強いため、パブリックチェーンと比較すると、管理システムのシステムダウンのリスクが高いことや、分散性という観点では劣ってしまいます
コンソーシアムチェーン
コンソーシアムチェーンとは、複数の組織が協力して運営するブロックチェーンの形態の一つです。この仕組みでは、参加できる組織が事前に限定され、それぞれの組織に運営やデータ管理に関する権限が与えられます。コンソーシアムチェーンの主な特徴は、パブリックチェーンやプライベートチェーンとの中間的な性質を持つ点です。また、参加組織は事前に合意したルールや規則に従ってチェーンを運営します。さらに、参加が許可された組織やメンバーのみをチェーン上のデータにアクセスさせるため、不正行為があった際にも検出が容易である仕組みとなっています。複数の組織やグループで運営されるコンソーシアム型は、プライベート型と比較して分散性が高いため、異なる組織間での協力が必要な場面で多く利用されています。
ブロックチェーンの強み
続いて、ブロックチェーンの主な強みについて解説します。
改ざんされにくい
ブロックチェーンの仕組みで解説した通り、その分散型の構造と、ハッシュ値の埋め込み、トランザクションの署名、さらにPoW（プルーフ・オブ・ワーク）などの合意アルゴリズムによって、改ざんが極めて困難な仕組みとなっています。実際にビットコイン（BTC）は登場以降、記事公開時点において、ネットワーク自体がハッキングされた事は一度もありませんでした。この事実は、ブロックチェーンの仕組みが極めて堅牢であることの実証例といえます。今後もビットコイン（BTC）が安全に稼働し続ける限り、その堅牢性はさらに証明され続けることになります。
システム全体としての可用性が高い
ブロックチェーンはシステム全体としての可用性が高いという特徴があります。これは、分散型ネットワークの仕組みによって、一部のノードがダウンしてもシステム全体が影響を受けにくいためです。
さらに、システム全体の可用性が高いことで、サイバー攻撃などのトラブル発生時のリスクを最小限に抑えられます。
ブロックチェーンの弱み
ブロックチェーンは多くの利点がある一方で、いくつかのデメリットも存在します。
処理速度が遅いため取引に時間がかかることがある
ブロックチェーンは、一般的なリレーショナルデータベースを利用した取引システムと比較した場合、取引の処理速度が遅いことが課題となっています。
例えば、ビットコイン（BTC）のネットワークでは、1ブロックの承認に10分間というルールのもと運用され、取引が承認されるまでに平均して数ブロックの承認が必要となります。 2025年4月時点では、実際の送金が完了するまでに数十分程度かかるケースがほとんどです。
リアルタイムでの取引が必要な場面では、ブロックチェーンの遅延は不便に感じる場面があるでしょう。
記録されたデータを削除できない
改ざん耐性やチェーンの透明性を確保するため、ビットコイン（BTC）をはじめとしたパブリックチェーンとして運用されるブロックチェーンは、一度記録されたデータは削除すことができません。個人情報や機密情報を誤ってブロックチェーンに記録してしまったら、長期間にわたって公開され続けるリスクがあります。このことから、プライバシーが意図せず侵害される可能性があるため、特に個人情報保護や機密情報の管理面においては大きな課題となっています。
活用事例が増えているブロックチェーン技術
元々はビットコイン（BTC）の基盤となる技術して誕生したブロックチェーンですが、現在はビットコイン（BTC）をはじめとする暗号資産などの金融領域だけでなく、医療、商流管理、公共など様々な分野での活用事例が報告されています。身近な場面でブロックチェーン技術が活用されている可能性もありますので、興味がある方はインターネットなどで活用事例をチェックしてみましょう。