今回は、ビットコインの仕組みについて、分かりやすく解説したいと思います。

しかし、私は数時間、手が動かない状態が続いている(汗)

ビットコインの解説に専門用語を使いすぎたら、逆に分かりづらくなるでしょう。

かといって、専門的な説明を端折りすぎると、ビットコインの素晴らしさが伝わらない。

なので、私がビットコインについて勉強し始めた当初、あったら嬉しかったであろう記事を書いてみたいと思う。

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ビットコインとは?

Satoshi

ビットコインは、中本哲史(ナカモトサトシ)を名乗る人物の論文を元に運用が始まった。

中本哲史は、

「Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System」

と書いています。

つまり、ビットコインとは、「P2Pの電子マネーシステム」だということ。

私は以前、ビットコインは「最初の仮想通貨」と書いたのですが、説明不足でした。

ビットコインは「電子マネーシステム」であり、システム内で使われる通貨もビットコインと呼ばれる。

だから、ややこしいのだと思います。

プラットホーム名とコイン名が同じケースって、仮想通貨には多いですよね。

仮想通貨の元祖であるビットコインの影響でしょうか。

すでに、P2Pという専門用語がでてきましたが、

  1. ブロックチェーン
  2. ピアーツーピアー
  3. マイニング
  4. プルーフ・オブ・ワーク
  5. 公開鍵暗号方式
  6. フォーク

について解説することで、ビットコインの仕組みが理解出来るようになるはずです。

ビットコインの概要

  • 名称:Bitcoin
  • 単位:BTC
  • ブロックの容量:1MB
  • ブロック生成時間:10分
  • 時価総額:14,293,446,948,351円(約14兆円)
  • 発行済:17,071,025 BTC
  • 発行上限:21,000,000 BTC(2,100万枚)
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ビットコインの仕組みブロックチェーン【図解】

ビットコインによってブロックチェーンは、世に知られるようになりました。

ブロックチェーン技術によって、ビットコインのシステムが支えられているからです。

この革新的なブロックチェーン技術は、金融システムだけでなくあらゆる分野で活用されていくでしょう。

では、ブロックチェーンとは何か?

ブロックチェーンとは、分散型台帳技術とも、分散型ネットワークとも言われます。

分散型とは、非中央集権ということ。

要するに、管理者がいない事を言うのですが、分散型については後で解説します。

まず、ブロックチェーンとは、ブロックを繋ぐと鎖のように見えることから呼ばれています。

ブロックチェーン

上図のような感じですね。

上図ではブロックに台帳と書いていますが、ブロックチェーンとは取引台帳なのです。

1つのブロックは、台帳の1ページにあたると考えると良いかもしれません。

取引台帳2ページ目のブロックの中を覗いてみます。

ブロック

上図のように

  • 1Pのハッシュ
  • ナンス
  • トランザクション
  • トランザクション
  • トランザクション

をパッケージする形式がブロックです。

ブロックに1ページ目(前のブロック)のハッシュを含むことで、数珠つなぎの関連性が出来ていくのです。

ビットコインのハッシュとは

例えば、「ビットコイン」という文字を、ビットコインのプロックチェーンで使われているハッシュ(SHA256)関数にかけます。

(※ハッシュ関数とは、暗号化などで用いられる演算法)

SHA256ハッシュ – オンラインSHA256ハッシュジェネレータ
SHA256ハッシュ。文字列のSHA256ハッシュを作成するためのオンラインツール。 SHA256のメッセージがこの無料のオンラインSHA256ハッシュユーティリティを使用して、任意の文字列からダイジェストを生成します。

ハッシュ関数にかけるのに、上記サイトを利用しました。

ビットコイン=B89AE3280372363341C1ACEF577B58D1E5B7DF65A3775C7C8F1788AEF9A04B66

イコールの右側がハッシュ関数で求められた値、つまりハッシュ値です。

再度「ビットコイン」をハッシュ関数にかけます。

ビットコイン=B89AE3280372363341C1ACEF577B58D1E5B7DF65A3775C7C8F1788AEF9A04B66

同じデータをハッシュ関数にかけると、必ず同じハッシュ値になる。

しかし、上記のハッシュ値から、「ビットコイン」を求めることは出来ないのです。

B89AE3280372363341C1ACEF577B58D1E5B7DF65A3775C7C8F1788AEF9A04B66=?

ハッシュ関数は不可逆的だということ。

また、「ビットコン」をハッシュ関数にかけると、

ビットコン=8B5F96796452BC16AAFBB7B81AD45B36A669AD0546FBF9FE6B3ED4E0D8F939D8

1文字だけカタカナがひらがなに変わるだけで、全く異なるハッシュ値になります。

このように、解読が難しいハッシュ関数を使って、ビットコインはセキュリティを高めているのです。

ビットコインのナンスとは

ビットコインのナンスは「Number used once」の略で、「一度使用された番号」つまり使い捨ての番号になります。

ビットコインのブロックチェーンのブロックを生成するときは、条件を満たすハッシュ値を探す必要がある。

条件を満たすハッシュ値は、「前のブロックのハッシュ値」(A)「新たに生成するブロックに組み込まれる全トランザクションの値」(B)、そして「ナンス」(C)の全てを入力して導きます。

条件を満たすハッシュ値を探すとき、(A)と(B)は決まっていますから、答えは「ナンス」次第となるわけです。

ビットコインのトランザクションとは?

transactionとは、「取引」のことです。

ですから、ビットコインのブロックチェーンのブロックの中のトランザクションは、取引データだと考えてください。

ビットコインの仕組みP2P【図解】

クライアントサーバー

上図が通常のネットワークです。

『クライアントサーバシステム』と呼ばれています。

中央管理者がいるサーバーで、ネットワークが管理されているのです。

P2P

一方、上図は分散型のP2Pネットワークを表しています。

分散型とは非中央集権で、管理者が存在しません。

P2Pとは、「Peer to Peer」の略。

Peerは『対等な人』という意味なので、上図のA~Dは対等な立場になる。

A~Dの各コンピューターは、他のサーバーの為のサーバーとして機能しています。

中央管理されているサーバーを必要とせずに、データーの共有が可能な分散型ネットワークがP2Pネットワークです。

ビットコインのネットワークはP2Pを採用しているので、取引データーが世界中のコンピュータに保存されてます。

その為、ビットコインのネットワークでは、ハッキングによる改ざんは不可能です。

例えば、ビットコインのネットワークが、1,000台のコンピュータで構成されているとします。

仮に100台のコンピュータを一斉にハッキングしても、残り900台のデーターと整合性が取れません。

ですから、ハッキングされた100台は、不正とみなされ排除されるだけです。

では、ビットコインのP2Pネットワークは、管理者がいないのになぜ成り立つのか?

ビットコインのネットワーク参加者の利害関係が、一致しているからです。

ビットコインの仕組みマイニング

Mining(マイニング)とは、採掘を意味します。

なぜ、マイニング(採掘)というのか?

ビットコインを得る作業を金を掘る作業(採掘)にたとえて、マイニングと言っているのです。

では、具体的にマイニングとは、どのような作業か?

ビットコインのマイニングとは、取引の承認を行う作業です。

ビットコインの取引内容について、過去との整合性をとりながら検証を行います。

但し、ブロックチェーンのブロックを生成するためには、難解な計算問題を解く必要がある。

多くのマイナーが競って問題に挑戦し、いち早く解いた者だけがブロックの生成の権利を得るのです。

では、なぜ、多くのマイナーはブロックの生成の権利を競うのか?

ブロックの生成の権利を得ると、報酬として新規発行されるビットコインをもらうことができるからです。

現在のマイニングの報酬は12.5BTC。

ビットコイン1枚が100万円のときだと、マイニングの報酬は1,250万円にもなります。

10分毎に1250万円の報酬を得るチャンスがあるのですから、マイニングの参加者が増えるのは当然です。

現在ではビットコインのマイニングは競争が激化し、問題の難易度が上がっています。

その為、最近では通常のパソコンでは、マイニングを行うことは困難です。

マイニング用の設備投資が必要となっているため、資本力のある企業の参加が目立ってきています。

マイナーとは?

マイナーとは、マイニングを行う個人及びグループです。

個人でマイニングを行う場合はソロマイニング、グループで行う場合はプールマイニングと呼んでいます。

ちなみに、現在ソロマイニングでは、成功率は低いようです。

ビットコインの仕組みプルーフ・オブ・ワーク

プルーフ・オブ・ワークは、ビットコインの「コンセンサス・アルゴリズム」になります。

Proof of work(プルーフ・オブ・ワーク)とは、直訳すると「仕事の証明」です。

先に、ビットコインのブロックチェーンのブロック生成には、難解な問題を解く必要があると解説しました。

難解な問題を解くために、膨大な計算をする必要があるわけです。

先にも紹介しましたが、条件に合うハッシュ値を求めるためにナンスを探していきます。

ハッシュ関数は不可逆的なため、総当たりでナンスを入力していくしかありません。

条件にあったハッシュ値を導き出したあとは、答えが正解かどうかを他のマイナーに判定してもらいます。

ハッシュ関数は入力が同じであれば、必ずハッシュ値は一致すると説明しました。

ですから、ナンスが分かれば、ハッシュ値が正しいことは簡単に証明できます。

その結果、マイナーの過半数が正解と認めれば、ブロックの生成の権利が与えられるのです。

ビットコインの場合、

膨大な計算=仕事

とみなしますから、

ブロックの生成の権利=仕事の証明

となるわけです。

プルーフ・オブ・ワークで仮に改ざんを行う場合は、51%のマイナーが不正を認める必要がある。

ですが、ビットコインネットワーク全体の過半数のCPUパワーを手に入れるには、莫大な費用がかかってしまいます。

間違いなく不正を行うよりマイニングで報酬を得るほうが、よっぽど儲かるでしょう。

だから、プルーフ・オブ・ワークを採用しているビットコインでは、不正が行われないのです。

コンセンサス・アルゴリズムとは?

consensus(コンセンサス)=合意、総意

algorithm(アルゴリズム)= 演算手順、やり方

ですから、コンセンサス・アルゴリズムとは、「合意の方法」のことです。

ビットコインの場合は、ブロック生成の権利を与える合意の方法になります。

ビットコインの仕組み公開鍵暗号方式【図解】

ビットコインで使われている公開鍵暗号方式は、受信者以外はデータの内容がわからない方法として考えられました。

公開暗号方式では、

  1. 秘密鍵
  2. 公開鍵

の2つの鍵がセットで存在します。

秘密鍵は誰にも知られないように、厳重に保管しなければなりません。

ビットコインの場合は、秘密鍵を盗まれると資産を失います。

一方、公開鍵は名前の通り公開されているので、誰でも手に入れることが可能です。

両方とも鍵と言っても、デジタルデータになります。

ですが、理解しやすいように、よく見かける鍵を使って解説します。

公開鍵暗号方式

秘密鍵と公開鍵は、

  • 秘密鍵から公開鍵は作れる
  • 公開鍵から秘密鍵は作れない

といった関係になっています。

公開鍵暗号方式2

また、公開鍵で暗号化すると、ペアの秘密鍵でしか復号化はできません。

(※復号化とは、暗号化の前の状態に戻すことです。)

では、ビットコインでの公開鍵暗号方式の使い方を解説します。

私はあなたの公開鍵を使って暗号化を行い、あなたにビットコインを送付。

(※ビットコインのアドレスは、公開鍵から作られています。)

あなたは私から届いた暗号を、自分の秘密鍵を使って復号化。

あなたは暗号を復号化することで、私が送ったビットコインを手にすることができるのです。

仮に、第三者が私が送った暗号を盗んだとしても、あなたの秘密鍵を持っていなければ復号化はできません。

ちなみに、ビットコインの送付者は、自身の秘密鍵で電子署名を行い所有権を証明します。

但し、取引所を使うと手続を代行するため、公開鍵暗号方式や電子署名を実感することは難しいでしょう。

ビットコインの仕組みフォーク

フォーク

fork(フォーク)とは、分かれ目(分点)のことです。

ビットコインのフォークは、同時に複数のブロックがマイニングされたときに起こります。

ビットコインのフォークで考えられるのは、

  • 複数のマイナーが同時にブロックを生成
  • 悪意のある攻撃者の改ざん

といったケースです。

ビットコイン フォーク

ビットコインでフォーク(分岐)が起こった場合、最も長いブロックチェーンを信頼します。

その為、信頼されないブロックチェーンでは、報酬は発生しません。

ブロックチェーンが長いということは計算量が多いことを意味し、ビットコインでは計算量の多数決を採用しているということです。

ビットコインのフォークでも、プルーフ・オブ・ワークの考え方に基づいていると理解するといいでしょう。

ビットコインのハードフォーク

あなたはビットコインの「ハードフォーク」という言葉を、聞いたことがありませんか?

ビットコインのハードフォークでは、分岐したブロックチェーンが生き残ります。

ただし、ビットコインは「最も長いブロックチェーンを信頼する」というルールがあります。

なので、分岐したブロックチェーンでは元のコインとしては認められず、新しいコインが誕生することが多い。

ハードフォークの特徴は、

  • 仕様が変わる
  • 互換性がない

といった点です。

ハードフォークには、下記のケースがある。

  1. 新通貨開発のためのハードフォーク
  2. 内部分裂によるハードフォーク

上記を1つずつ解説します。

ビットコインの新通貨開発のためのハードフォーク

ビットコインはオープンソースのため、誰でも新通貨の開発が可能です。

ハードフォーク

実際、ビットコインのハードフォークで、使用を変更して誕生したのがライトコインになります。

例えば、ブロックの生成時間ですが、

  • ビットコイン:10分
  • ライトコイン:2分30秒

となっているので、仕様が変わっているのがわかるでしょう。

ライトコインについては、下記記事を参考にしてください。

ライトコインとは?今後(2018年)の価格に注目してみる!
本日は、『ライトコインとは?』について、書いてみたいと思います。 なぜ、ライトコインについて書こうと思ったのか […]

ビットコインの内部分裂によるハードフォーク

ビットコインのコミュニティ内で、意見が対立して起こるハードフォークです。

例えば、昨年の8月に起こったビットコインのハードフォークは、まさに内部分裂によるもの。

内部分裂の原因は、スケーラビリティ問題の解決策についてです。

ビットコインのコミュニティでは、

  • Segwit実装派
  • ブロックサイズ拡大派

に分かれました。

ビットコインキャッシュ

その時誕生したのが、ビットコインキャッシュになります。

図を見ていただくとわかると思いますが、

  • Segwit実装派=ビットコイン
  • ブロックサイズ拡大派=ビットコインキャッシュ

といった感じで分かれたのです。

ですから、ブロックの容量はビットコインが1MBに対し、ビットコインキャッシュは8MBに拡大されました。

(※今年5月15日、ビットコインキャッシュのブロック容量は、32MBに変更されています。)

ビットコインキャッシュについては、下記記事を参考にしてください。

ビットコインキャッシュの今後は?2018年を予想してみる!
仮想通貨のビットコインを知っている人は多いですが、ビットコインキャッシュについてはどうでしょう。 「ビットコイ […]

Segwitとは?

Segwitとは、Segregated Witnessの略になります。

直訳すると、「分離された目撃者」となる。

ブロック

上図は、先程解説したビットコインのブロックの中身です。

今度は、ブロックの中に収められている「トランザクション」を、覗いてみましょう。

トランザクション

トランザクションには、

  1. 送信元の情報(送金者)
  2. 送信先の情報(受領者)
  3. 取引に必要な電子署名(公開鍵等も含まれる)

が含まれています。

それで、Segwitでは上記の中から、「取引に必要な電子署名」が目撃者Witness)の部屋に隔離させられるSegregated)。

(※電子署名等はトランザクションの検証には必要がなく、存在しているだけという意味で目撃者(Witness)という言葉が充てられたようです。)

トランザクション

「取引に必要な電子署名」を隔離することで、上図のようにトランザクションのサイズが小さくなります。

その結果、ブロックの中のトランザクションを、増やすことが可能となる。

理論上は1MB→4MBに相当する容量が確保できると言われていました。

ですが、実際には約 1.7MB の容量に相当するようです。

ビットコインのスケーラビリティ問題

ビットコインのスケーラビリティ問題は、ブロックサイズが1MBと決まっているために起こりました。

ビットコインの需要が高まっことで、ブロックサイズが1MBでは対応しきれなくなったのです。

現在は先のSegwitを実装したことで、多少の改善は見られています。

TX Highway
Analyze BCH and BTC transactions in our transaction highway. #BitcoinCash is the future of #Bitcoin

上記はビットコインとビットコインキャッシュのトランザクション処理を高速道路の流れに例え、混雑状況を視覚的に確認できるサイトです。

上記のサイトを見ると分かりますが、ビットコインはスケーラビリティ問題を恒久的に解決できたとは言えないでしょう。

ビットコインのソフトフォーク

ビットコインのソフトフォークは、過去のブロックチェーンと互換性がある変更になります。

その為、ハードフォークとは違い、分岐は一時的なものです。

先に解説したビットコインのSegwitの実装は、ソフトフォークによって行われました。

ビットコインの仕組みについて

今回、ビットコインの仕組みについて、できるだけ分かりやすく解説したつもりです。

ビットコインで使われる用語についても、解説を加えました。

ですが、ビットコインの仕組みを理解するには、実際に触れてみるのが一番の早道です。

ビットコインに触れるというのは、

  • ビットコインを購入する
  • ビットコインを送金する
  • ビットコインを受け取る

といった体験をしてみること。

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では、ビットコインは?

ビットコインは金と同じように、資産として保有しておけばいい。

ビットコインを便利に使うには、Wanchainのような仮想通貨を利用するのもいいでしょう。

ビットコインを資産として保有し、使用用途によって仮想通貨を使い分ける。

私が考えるビットコインの今後は、誰にも侵されない安全な資産としての役割です。

最後に、私の意見は利益を保証するものではありません。

仮想通貨の投機は、自己責任でお願いします。

本日も最後までお付き合いいただき、ありがとうございます。

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