ブロックチェーンの仕組みをわかりやすく解説！技術的な特徴や種類について

2025年7月7日

URLをコピーしました！

暗号資産（以下、仮想通貨）には、その基盤技術として「ブロックチェーン」が活用されています。
これはデジタル社会に大きな変革をもたらす可能性を秘めた技術ともされていますが、このブロックチェーンについて「実はよく知らない…」という方も多いのではないでしょうか。

そこで、この記事では、ブロックチェーンの基本的な仕組みから種類、特徴などをわかりやすく解説します。

ブロックチェーンとは

ブロックチェーンは、一言で言い表すと「情報を記録するデータベースの一種」です。

ただし、一般的なデータベースとは大きく異なる点があります。
それは、「ブロック」と呼ばれるデータの塊が鎖（チェーン）のようにつながり、これによってデータの改ざんが極めて困難になる仕組みです。

ブロックチェーンが登場した当初、なぜ多くの注目を浴びた理由として「中央集権的な仕組みではなく、分散的な仕組みを可能にしたこと」にあります。

従来のシステムでは、銀行や企業などの特定の中央機関がデータを管理していました。
しかしブロックチェーンでは、ネットワークに参加する世界中のユーザーそれぞれがデータを管理しているため、特定の中央機関に依存しない、透明性の高いシステムの構築を可能にしているのです。

ブロックチェーンの仕組みや特徴

ここからは、ブロックチェーンを支える代表的な仕組みや特徴について説明していきます。

ブロックチェーンの基本的な仕組み

ブロックチェーンの基本的な仕組みは、以下の要素で構成されています。

トランザクション：データの最小単位で、取引や契約などの情報
ブロック：複数のトランザクションをまとめたデータの塊
チェーン: ブロックが時系列順に連結されたもの
ノード: ブロックチェーンのネットワークに参加しているコンピューター

ブロックチェーンでは、新たなトランザクションが発生すると、それが集められて新しいブロックが生成されます。
各ブロックには、前のブロックのデータを示す「ハッシュ値」が含まれており、これによってブロック同士が鎖のようにつながります。

そしてこのブロックは、ネットワーク内の複数のノードによって検証され、正当性が確認されると既存のチェーンに連結されます。
すべてのノードはブロックチェーン全体のコピーを保持しており、常に同期しています。

なお、一度チェーンに連結されたブロックは、その情報を変更することが極めて難しくなります。
なぜなら、もしブロックの情報を改ざんしようとすると、それ以降のすべてのブロックのハッシュ値も変更する必要があり、これは事実上不可能だからです。

この仕組みにより、ブロックチェーンは高い耐改ざん性を実現しています。

代表的な関連技術「ピア・ツー・ピア（P2P）」

上記のようなブロックチェーンの仕組みを実現しているのが、「ピア・ツー・ピア（P2P）」という技術です。

P2Pとは、中央のサーバーを介さずに、ネットワークに参加しているコンピューター同士（ピア、peer）が直接データのやり取りをする仕組みを指します。

これまでのシステムでは、例えば、銀行振込なら銀行のサーバーが、オンラインショッピングならECサイトのサーバーが仲介役として機能していました。しかしP2Pでは、こうした仲介役は必要なく、各コンピューターが対等な立場で直接通信し合うことができます。

また、ブロックチェーンネットワークに参加するすべてのノードが、ブロックチェーンの全データを共有し、互いに監視し合っています。これにより、特定の管理者がいなくても透明性・公平性を保っています。

ハッシュ関数と電子署名

ブロックチェーンのセキュリティ部分を支えているのが、「ハッシュ関数」と「電子署名」です。

まずハッシュ関数とは、任意の長さのデータを入力すると、特定の長さの全く異なる文字列（ハッシュ値）を出力する関数のことです。
このハッシュ関数には、以下の特徴があります。

一方向性: ハッシュ値から元のデータを復元することが非常に困難
同一性: 同じデータを入力すれば、常に同じハッシュ値が出力される
不可逆性: データが少しでも変更されると、出力されるハッシュ値が大きく変化する

ブロックチェーンでは、各ブロックに前のブロックのハッシュ値が含まれており、仮にあるブロックの内容が改ざんされた場合、そのハッシュ値が変化し、以降のブロックのハッシュ値もすべて変わります。
これにより、改ざんの検知が容易になっています。

次に電子署名とは、デジタルデータに対して行われる署名のことです。
現実にある署名や捺印と同じように「誰が」「何を」承認したのかを証明する役割を果たします。
電子署名は「公開鍵暗号方式」という技術を用いて作成されます。

秘密鍵: 所有者だけが持つ、絶対に他人に教えてはならない鍵
公開鍵: 誰でも参照できる鍵で、秘密鍵とペアになっている

データの発信者は秘密鍵を使って署名を作成し、受信者は公開鍵を使ってその署名を検証します。
電子署名により、データの送受信者の身元確認と、データが改ざんされていないことの証明が可能です。

重要なルール「コンセンサスアルゴリズム」

ブロックチェーンでは、不特定多数のノードがデータを管理しています。
このような分散環境において「どの情報が正しく、どの情報をブロックチェーンに記録すべきか」という合意を形成するためのルールが「コンセンサスアルゴリズム」です。

採用されているコンセンサスアルゴリズムは、その仮想通貨やプラットフォームによって異なります。
ここでは、代表的なコンセンサスアルゴリズムを2つ紹介します。

プルーフ・オブ・ワーク（PoW）

プルーフ・オブ・ワーク（以下、PoW）は、ビットコインなどで採用されているコンセンサスアルゴリズムです。

PoWでは、新しいブロックをブロックチェーンに追加するために、参加者（マイナー）が計算量の多い複雑な数学的問題を解く必要があります。
最初にこの問題を解き、正当なブロックを作成したマイナーが、そのブロックをブロックチェーンに追加する権利を得て、その報酬として新しい仮想通貨を受け取ることができます。

このプロセスが「マイニング」です。

PoWの強みは、その高いセキュリティ性にあります。
不正なブロックを追加するには膨大な計算能力が必要となるため、改ざんが極めて困難です。
その一方で、膨大な計算を行うために大量の電力を消費するという課題も抱えています。

プルーフ・オブ・ステークス（PoS）

プルーフ・オブ・ステークス（以下、PoS）は、PoWの電力消費問題などを改善するために開発されたコンセンサスアルゴリズムです。

PoSでは、新しいブロックを作成してブロックチェーンに追加する権利を、参加者が保有する仮想通貨の量（ステーク）や保有期間に応じて決定します。
つまり、多くの仮想通貨を長く保有している参加者ほど、ブロック作成の権利を得やすくなります。

PoSの主な利点は、PoWに比べて電力消費が少ないことです。
また、仮想通貨を多く保有する参加者がネットワークの安定に貢献するため、セキュリティ面でも一定の信頼性が確保されています。

ブロックチェーンの種類

ブロックチェーンは、その性質や参加者の制限によって、主に以下の3種類に分けられます。

パブリックチェーン

パブリックチェーンは、誰でも自由にネットワークに参加し、取引の検証やブロックの生成に参加できるブロックチェーンです。
ビットコインやイーサリアムなどがこれに該当します。その特徴は以下の通りです。

高い透明性: すべての取引履歴は公開されており、誰でも閲覧可能
非中央集権性: 特定の管理者が存在せず、多数の参加者によって分散管理される
検閲耐性: 特定の個人や組織による取引の停止や改ざんが困難

パブリックチェーンのメリットは、オープンで信頼性が高いシステムを構築できることです。
また、外部からの攻撃にも比較的強いです。

一方で、処理速度が比較的遅い場合がある点や、スケーラビリティ（拡張性）が課題になりやすい点はデメリットといえます。

プライベートチェーン

プライベートチェーンは、特定の管理者や組織によって参加者が制限されているブロックチェーンです。
許可された参加者のみがネットワークに参加し、取引の検証やブロックの生成を行うことができます。

その特徴は以下の通りです。

高いプライバシー: 参加者や取引内容を限定でき、プライバシー保護に優れる
高速処理: 参加者が限定されているため、取引の承認が早く処理が速い
中央集権的: 特定の管理者が存在するため、中央集権的な要素が残る

プライベートチェーンを利用するメリットは、企業の内部システムなど、特定の用途に特化して利用できる点です。
限定された領域・用途において、高いパフォーマンスを発揮します。

その一方で、ブロックチェーンならではの分散性や非中央集権性が低く、信頼性が管理者に依存する点がデメリットとされています。

コンソーシアムチェーン

コンソーシアムチェーンは、複数の企業や組織が共同で管理・運営するブロックチェーンです。
プライベートチェーンと同じく参加者は限定されますが、単一の管理者ではなく複数の合意形成によって運用される点が異なります。

その特徴は以下の通りです。

複数の企業・組織による管理: 参加組織間で合意形成が行われるため、信頼性が高い
高い透明性とプライバシー確保のバランス: 参加組織間でのみ情報が共有されるため、パブリックチェーンとプライベートチェーンの中間的な性質を持つ

コンソーシアムチェーンを活用するメリットは、業界全体の連携や、複数の企業間での情報共有に適している点、そして特定の業界内での標準化や効率化に貢献できる点です。

しかし、参加組織間で複数の調整事項が発生する点や、管理・運営の複雑さが増す可能性がある点はデメリットといえるでしょう。

ブロックチェーンならではの強み

ブロックチェーンは、その独特の仕組みから、従来のシステムにはない強みを持っています。

主な強みは以下の3つです。

高い耐改ざん性・セキュリティ

ブロックチェーンの強みのひとつは、高い耐改ざん性です。

前述のハッシュ関数によってブロックが鎖のようにつながっているため、一度記録されたデータの変更は極めて困難です。

この特性により、データの信頼性が非常に高まり、不正行為を防ぐことができます。

透明性と追跡可能性

ブロックチェーンのうちパブリックチェーンでは、すべての取引履歴が公開されていて、誰でも閲覧可能です。
これにより、高い透明性が確保されます。

また、どのデータが、いつ、どのように記録されたかを容易に追跡できる点も強みといえます。

非中央集権性

ブロックチェーンは、特定の管理者や中央機関に依存せず、ネットワークに参加する多数のノードが分散してデータを管理することができます。

中央集権的なシステムでは、管理者の都合によるデータの操作や、システム障害が発生した場合に全体が停止するリスクがあります。
しかし、ブロックチェーンは、一部のノードが停止してもネットワーク全体が機能し続けるため、堅牢性が高いといえます。

ブロックチェーンならではの技術的な課題

ブロックチェーンは多くのメリットを持つ一方で、解決すべき技術的な課題も抱えています。

主な課題を挙げて説明しましょう。

スケーラビリティの問題

現在のブロックチェーン、特にパブリックチェーンでは、スケーラビリティ（拡張性）が大きな課題となっています。

処理できるトランザクションの数に限りがあるため、利用者が増えれば増えるほど、処理速度が遅くなったり、手数料が高騰したりするのです。

例えば、ビットコインは1秒あたり数件、イーサリアムも数十件程度の処理能力しかなく、既存の大規模な決済システムに比べてはるかに劣ります。

この問題を解決するために、異なるブロックチェーンの取引処理を引き受け、アプリケーションの拡張性をサポートする「レイヤー2」や、既存のネットワークをセクションに分割し、それぞれがトランザクションを処理する「シャードチェーン」などの技術開発が進められています。

51%攻撃のリスク

PoWを採用しているブロックチェーンでは、「51%攻撃」のリスクが存在します。

これは、ある組織や個人がネットワーク全体のマイニング能力の過半数を掌握した際に、取引の二重支払いや不承認など、悪意を持ってネットワークを支配する可能性のことです。
現実的には実現が難しいものの、理論上のリスクとして認識されています。

大量の電力消費

PoWを採用しているブロックチェーンは、その性質上、大量の電力消費を伴います。
特にビットコインのマイニングは、いち国家の電力消費量に匹敵するともいわれ、環境への影響が懸念されています。

この問題に対処するため、よりエネルギー効率のよいPoSへの移行や、再生可能エネルギーの活用などが議論されています。

ブロックチェーンを活用した開発プラットフォーム

ブロックチェーン技術の発展により、さまざまなブロックチェーンの開発プラットフォームが登場しています。例えば、以下が挙げられます。

プラットフォームの名称	対象	想定されている用途
イーサリアム（Ethereum）	大企業・消費者向けサービス	NFT、DApps、DeFiなど
リップル（Ripple）	金融機関	銀行間送金
ソラナ（SOLANA）	大企業・消費者向けサービス	NFT、DeFi、ゲームなど
ポリゴン（Polygon）	大企業・消費者向けサービス	NFT、DAppsなど
シンボル（Symbol）	大企業・消費者向けサービス	ゲーム、DAppsなど
コルダ（Corda）	大企業：企業向けサービス	銀行間粗金、企業間プラットフォームなど
ビットコインコア（Bitcoin Core）	個人	個人間送金

※NFT：ブロックチェーン上で発行される、代替不可能なデジタルデータのこと
※DApps：ブロックチェーン技術を基盤とした分散型アプリケーションのこと

このうち、代表的な3つについて説明しましょう。

イーサリアム（Ethereum）

イーサリアムは、仮想通貨「ETH」を持つ開発プラットフォームです。
その大きな特徴は、事前に設定された条件を満たすと自動的に契約が実行される「スマートコントラクト」という技術です。

これにより、個人間の契約や企業の業務プロセス、デジタルアセットの発行など、多岐にわたる処理を自動化することができます。

現在は、非代替トークン「NFT」の発行・取引や、分散型アプリケーション「DApps」の開発、分散型金融「DeFi」、サプライチェーン管理など、幅広い分野で活用されています。

リップル（Ripple）

リップルは、仮想通貨「XRP」を持ち、高速かつ低コストな決済システムの構築を目指している開発プラットフォームです。

そのコンセンサスアルゴリズムは「XRPLコンセンサスプロトコル」といい、信頼性の高いノードの集合体である「バリデーター」が取引の正当性を確認し、合意を形成します。
PoWのようなマイニングが不要で、高速決済や安価な手数料を実現しています。

ソラナ（SOLANA）

ソラナは、仮想通貨「SOL」を持つ開発プラットフォームです。
独自のコンセンサスアルゴリズムの「Proof of History（PoH）」と、その他技術の組み合わせにより、効率的な合意形成を可能にしています。

高速なトランザクション処理と低い手数料が最大の特徴で、DeFiやNFT、ゲームなど高い処理性能を要求される分野での活用が期待されています。

今後期待されるブロックチェーンの活用先

すでにさまざまな分野で活躍しているブロックチェーンですが、今後もさらなる活用先の広がりが期待できます。例えば、以下のような分野での活用が検討されています。

医療・ヘルスケア分野での活用

医療・ヘルスケア分野では、患者データや医薬品データの管理、治験データの共有などに活用されることが期待されています。
患者の医療履歴をブロックチェーン上に記録することで、データの改ざんを防ぎ、透明性を高めることが可能になるといわれています。

さらに、患者が自身の医療データを管理し、必要な医療機関にのみ共有することも想定され、プライバシーとセキュリティを両立させたデータ管理が実現するかもしれません。

サプライチェーン管理の効率化

製造業においては、製品の製造から消費者の手に渡るまでの全過程をブロックチェーンに記録することが検討されています。
これにより、サプライチェーンの透明性とトレーサビリティの向上が期待でき、食品の偽装表示問題や、違法伐採された木材の流通などの課題解決にもつながるといわれています。

また消費者は、スマートフォンでQRコードを読み取るだけで、製品がどこでどのように作られたのか、その履歴を簡単に確認できるようになる可能性があります。

デジタルアイデンティティと個人情報管理

現在、オンライン上の個人や組織、デバイスなどの情報の集合体である「デジタルアイデンティティ」や個人情報は、SNS運営会社やクラウドサービス事業者などによって管理されています。
しかしブロックチェーンによって、これらの情報を個人が管理できるようにする「自己主権型アイデンティティ（SSI）」の研究が進んでいます。

この技術が実現すれば、ユーザーは自分のデータに関するコントロールを取り戻し、必要な情報を必要な相手にのみ共有する選択が可能になります。プライバシー侵害のリスクを低減し、より安全で信頼性の高いデジタル社会が構築されるのではないかと期待されています。