ビットコインのアルゴリズムとは

ビットコインはブロックチェーンやマイニングなど多くのアルゴリズムによって、安定したシステム運用とサービス提供が行われています。ビットコインは分散型システムでは難しいと考えられていた、決済サービスの要でもある合意形成アルゴリズムを独自の方法で構築しました。ここではビットコインの取引において欠かせない合意形成アルゴリズムの仕組みや不正取引などの不正やシステムの悪用を防ぐ工夫、そしてビットコインアルゴリズムを維持する上で欠かせないマイニングについてご紹介します。

合意形成アルゴリズムとは

ビットコインを始めとする仮想通貨には管理団体がありません。管理団体等があれば通貨の運用方針や様々な事象を管理団体で決定していけばいいのですが、中央団体のないシステムでは何らかのルールを決める必要があります。通貨の信頼性を維持していくためには、取引の監視を行い、何か問題のある場合には適切な修正を行う必要があります。個々で重要なのが、ビットコインを売る人、買う人の間での合意形成です。ビットコインではブロックチェーンという形で、取引の履歴を管理しています。実施された取引はまずはブロックの形でまとめられます。その後有志のメンバーがブロック内の取引に間違いがないか、不正がないかの検証を行い、問題がないことを確認次第、はじめてブロックをチェーンの中に格納していきます。これを合意形成アルゴリズムと呼び、このアルゴリズムにより、ビットコインは特定の管理者を要しない検証システムを実現しました。
万が一、二重支払いや悪意のある第三者による送金など合意のない取引が見つかった場合、前述のブロック検証によって防止することができるのです。

ブロックの作成は分散型システムを構成する端末、通称「ノード」が行います。選び出されたノードがブロックを作成し、そのブロックを他のノードが検証していくことで、故意の操作を行うことを防止します。合意形成を効率的に進める仕組みはできたものの、これだけでは常に正しい合意形成やブロックを作り続けるシステムとしては不十分です。ノードは参加者の端末であるため、悪意ある参加者が複数のノードを持つ可能性があります。そうすると、ノード選択の機会を意図的に増やすことができ、検証の際に不正ブロックを正しいブロックとして扱うこともあるかもしれません。ビットコインの合意形成アルゴリズムでは新たなに生じた悪用の可能性に対しても追加の対策を講じています。

合意形成で悪用されない為の仕組み

悪意ある参加者の不正からシステムを守るため、ビットコインの合意形成アルゴリズムにはいくつかの対策が講じられています。ここでは、最も大きな役割を果たす「仕事量」という観点と悪意を持った参加者が万が一ブロックを作成した場合についてご説明します。

仕事量での制限

ビットコインのアルゴリズムではノードを増やしてブロック作成者に選ばれる回数を増やすといった方法を防ぐための仕事量という項目で制限をかけています。「仕事」とは、ビットコインシステムにどれだけ貢献したかであり、それは端末の性能や電気代によって測られます。仕事をした人が次のブロック作成者になるというルールを設けることで、複数のノードを所有するだけではブロック作成者にはなれないような仕組みを構築しました。このアルゴリズムは「プルーフオブワーク(Proof of Work)」と呼ばれ、これにより無駄なノードが増えることもなく、不正を防ぐ一手となっています。

悪意を持った参加者がブロックを作成した場合

ビットコインアルゴリズムではマイニングの参加者全員がブロックを作成し、最も早く作成を終えた者がそのブロックをビットコインのシステムへと送信します。他の参加者の検証後、問題がなければそのブロックは承認されるといった仕組みです。つまり悪意ある参加者が不正を行う場合には、善意ある参加者よりもより多くのブロックを作成する必要があります。不正を成功させるためには、高性能なコンピューターを用意し検証を行う必要があります。そのためには莫大な電気代がかかるかもしれません。また、ブロックチェーンにブロックを格納するには必ず検証作業に勝利する必要があります。この莫大な手間は不正を行うものへの抑止力となり、悪意のあるマイニング参加者増加を抑えています。

ここまでの対策を行った後でも、仮に不正な取引が承認されてしまい、ブロックとしてチェーンへと接続された場合について、不正ブロックを他のブロックとつなげるか否かは次のブロック作成者の判断に委ねられます。ただし、ビットコインのシステムには最長のブロックチェーンを正しいブロックとする決まりがあるため、これに則った形でブロック作成や合意形成が行われることから、不正ブロックは弾かれ、正しいブロックのみが接続されたブロックチェーンが残るようになります。

マイニングとアルゴリズム

ビットコインのアルゴリズムを理解するためにもう一つ重要なのが「マイニング」の存在です。前述の検証作業は仮想通貨の管理においてマイニングと呼ばれています。分散型システムによって中央管理する組織を持つことなく、取引の正当性を保てている理由として、ブロックチェーンと呼ばれるアルゴリズムについても理解する必要があります。

ビットコインの取引は日々「マイニング」によりブロックを確定させ、その信頼性を保っています。ブロックの確定のために検証作業を行う有志のメンバーは「マイナー(採掘者)」と呼ばれます。マイニングには性能の高いコンピューターや大量の電気が必要となります。ビットコインアルゴリズムを支える上で欠かせない技術であるマイニングですが、多くの参加者がわざわざコストを費やしてまでマイニングする理由は何なのでしょうか。

マイニングを行ったマイナーには報酬が発生します。この報酬は「新規で発行されるビットコイン」と参加者が「マイニングしたデータを送信するために手数料として支払ったビットコイン」によって決まっています。ビットコインの送信にかかる手数料は無料から人気の金額まで自由に選べるようになっています。現状多くの人々は無料での決済を選ぶ傾向にありますが、高めの手数料を選択すると、セキュリティ精度の高い、安全で迅速な送金ができるというメリットがあります。そのため、そのような決済を望む場合には手数料を高めに設定する人も少なくはないようです。ブロックの検証作業に成功したマイナーはこの合計額を報酬として受けとることができるのです。ビットコインマイニングの報酬制度はマイナーにとって大きなインセンティブ(検証作業への参加動機)へとつながります。インセンティブはマイニングを活性化させる非常に重要な指標で、ビットコインのアルゴリズムを支えているのはマイナー達のこうした積極的な働きかけが背景にあるのです。

ビットコインではあらかじめ発行量が決められているため、新規で発行されるビットコインについては徐々に減っていく傾向があります。いずれマイニングは行われなくなった場合報酬額が減ってしまうのではないかと疑問に思う方もいらっしゃるかもしれません。ビットコインの新規発行がすべて終了した頃には、新しい通貨であったビットコインも様々な精査やバージョンアップが繰り返されていることでしょう。信頼度が上がり、認知度の上がったビットコイン決済において手数料を払う利用者も増えてくることでしょう。アルゴリズムの利用にかかる手数料もマイナー達の報酬につながるため、アルゴリズムに影響を与えることはないのではないかと考えられているようです。

一つの論文から誕生したビットコインはこのような様々なアルゴリズムを駆使することで、新しい通貨としての支持を広げていっています。特に世界情勢の安定しない現代においては、中央団体がいない、特定の人間や機関、国家に依存しない通貨であるということは大きなメリットにつながっているのです。ビットコインのアルゴリズムは仮想通貨にとどまらず、金融業界をはじめとする幅広い業界でも利用されているのです。

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