ブロックチェーン開発者ガイド

ブロックチェーン開発

近年、業務の効率化や、セキュリティ、透明性の向上を目的として、企業や開発者の間で「ブロックチェーン」という言葉をよく聞くようになりました。しかし、そのコンセプトは伝言ゲームのように多くの人が実際のメリット、ユースケース、実装要件を誤解しているようです。

ここでは、ブロックチェーンとは何か、ブロックチェーン開発のメリット、ブロックチェーン ソリューションの開発方法について詳しく説明します。

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ブロックチェーン アクセラレーション

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ブロックチェーン開発とは

ブロックチェーン開発とは

ブロックチェーン開発とは、金銭や不動産などの有形資産や著作権などの無形資産を含む、あらゆる資産の取引を安全に記録し、ネットワーク上で追跡するための変更できない分散型台帳技術 (DLT) を構築する作業です。

この技術は、迅速、正確、安全に情報を共有できることから、さまざまな業界で注目されています。ブロックチェーン ネットワークでは、注文、アカウント、支払い、製造など、あらゆる情報を承認されたメンバーと安全に共有でき、透明性の高い正確な情報を入手できます。

ブロックチェーン開発には多くのメリットがありますが、まずはブロックチェーンについて理解した上で、具体的にどのようなメリットを享受できるか考えていきましょう。

ブロックチェーンとは

一般的に、ブロックチェーンと言えば、分散型の P2P ネットワーク上で暗号技術を使用して資産 (有形/無形) の取引を記録し、追跡可能にする修正不可能なデジタル台帳を指します。これらの取引はブロックとして記録され、ネットワークに接続されたノードと呼ばれるそれぞれのサーバー上にコピーされて保管されます。

ブロックチェーンは、中央集権型のデータベース管理 (データを一か所に格納して管理するシステム) とは異なり、複数の参加者がデータを管理する分散型データベースです。つまり、DLT (分散型台帳技術) によって、ネットワーク上の各ノードに台帳のコピーが渡されます。(誰でも自分の機器をノードとしてネットワークに接続して参加可能。) ある台帳情報に不一致がある場合、ほかの参加者が保有するコピーと照合することで、すぐに不正と判断できます。これにより、ブロックチェーン内に記録される情報は、事実上改ざんできない仕組みになっています。

常に更新されるブロックチェーンは、利用するすべての参加者に真の情報を提供できる信頼性の高いシステムです。

ブロックチェーンの仕組み

企業はブロックチェーンを導入することで、重複記録や改ざんなどのリスクにさらされることなく、あらゆる取引を記録/追跡できます。具体的なフローは次のとおりです。

  1. ブロックを作成する: 取引が開始されると、分散したネットワーク ノードに情報が伝達されます。ネットワーク上の各ノードで、その取引内容が検証されます。すべてのノードの合意が得られれば取引が成立し、関連するデータがブロックに記録されます。(ブロックに記録する情報は、ユーザーが選択可能です。名前、場所、時間、コストなど)。

  2. ブロックを関連付ける: データベース内の各ブロックには、一定量のデータしか格納できません。容量を超えると、新しいブロックが生成されます。前のブロックと関連付けるために、新しく生成されたブロックにはハッシュ値と呼ばれる一意のコードが含まれます。取引内容に変更が加えられると、ハッシュ値も変わるため、改ざんをすぐに特定できます。このように各ブロックを関連付けることでデータチェーンを形成し、資産の移動 (場所や所有権) を管理します。

  3. チェーンに追加する: すべての取引は不変なものとして完全ブロック化されて、一連のブロックチェーンを形成します。チェーンにブロックが追加されるたびに、同じコンセンサス アプローチで前のブロックと照合し、ブロックチェーン全体の有効性が検証されます。このように、安全性が担保されて不正行為を完全に排除できるため、ネットワーク参加者は、信頼できる取引台帳で透明性の高い取引ができるようになります。
ブロックチェーンの歴史

ブロックチェーンの歴史: ビットコインだけではない

ブロックチェーンは、暗号通貨のビットコインと同義ではないことを理解しておく必要があります。ブロックチェーン技術が最初に採用されたアプリケーションがビットコインの生成であったため、この 2 つの言葉は同じ意味として捉えられがちですが、実際、ブロックチェーン技術はさまざまなアプリケーションに適用できます。

ブロックチェーン技術は、暗号資産取引の記録に最適ですが、その他の資産取引にも幅広く使用されています。この価値に目を向けた企業は、業務の効率化、データ サイロ化の解消、取引の透明性向上、取引コストの削減を目的としたブロックチェーン開発への投資を始めています。今日では、さまざまな業界でブロックチェーン技術が活用され、収益アップに貢献しています。

ブロックチェーンの活用事例

ブロックチェーンの活用事例

ブロックチェーン開発に投資することで、以下のようなさまざまな分野で業務の効率化や競争優位性を獲得できます。

  • ヘルスケア - 患者の診療記録などを安全に管理。より信頼性の高い臨床試験プロセスを実現

  • 不動産 - 土地や建物の所有権に関する情報を正確に記録

  • 金融 - グローバルな決済、納税、仲介コスト削減、マネーロンダリング対策

  • 投票 - 二重投票を防止し、公正を確保
  • サプライ チェーン - 生産者から消費者に届くまでの正確なトレーサビリティを実現
ブロックチェーン ソリューションの利点

ブロックチェーン ソリューション導入のメリット

企業がブロックチェーン ソリューションを導入した場合、企業と従業員の双方にとって以下のようなメリットが考えられます。

  • 透明性向上 - 取引が開始されると、ネットワーク上で検証が必要になります。その取引に結び付けられた情報 (ハッシュ値) に対してすべての参加者 (ノード) が合意する必要があり、ハッシュ値が一致すれば取引が成立します。したがって、ネットワーク参加者は、分散台帳内のすべての取引履歴にアクセスできます。履歴情報を一つでも変更する場合は、その後に紐づくすべての情報を変更する必要があるため、事実上不可能であり、記録された情報は常に正確、安全かつ透明性が高いと判断できます。

  • 不正リスクの低減 - 何を取引 (販売) するかに関係なく、特に資産の所有者や場所が頻繁に変わる場合は、取引履歴が複雑化します。すべての取引をブロックチェーン上に記録して管理すると、資産の取引履歴を明らかにする監査証跡に瞬時にアクセスできるようになります。ブロックチェーン内にある変更不可の履歴と照合することで、不正行為を防止でき、高い信頼性を維持できます。

  • 時短と効率化 - 紙の帳簿、スプレッドシート、サードパーティのツールを使用して取引履歴を手作業で管理しているのであれば、もっと価値の高いタスクに時間を有効活用できます。このような従来の管理方法ではミスが生じやすいため、何度も同じ作業を繰り返して精度を上げる必要があります。ブロックチェーンを導入することで、これらの作業がすべて自動化されてシンプルになり、ワークフローのボトルネックが解消できる上に、全員が常に最新の台帳に基づいて作業できるようになります。

  • コスト削減 - 無駄なコストの削減は、企業の成長促進と収益アップにつながります。ブロックチェーンは、サードパーティに頼らずに信頼性と正確性を維持できます。すべての取引はネットワーク参加者の合意によって成立しているため、取引履歴の確認作業に貴重な時間を費やす必要はありません。
ブロックチェーン開発の課題

ブロックチェーン開発の課題

ブロックチェーン エコシステムが進化し、多様なユースケースが誕生する一方で、ブロックチェーン開発者は 3 つの大きな問題 (セキュリティ、スケーラビリティ、分散化) を抱えています。「ブロックチェーンのトリレンマ」とも呼ばれ、いずれの要素も犠牲にすることなく、これらの問題を解決する方法が求められています。

分散化

分散化は、業界がブロックチェーンを導入する主な理由の 1 つです。たとえば、金融の世界ではブロックチェーン ソリューションを使用することで、顧客が自由に暗号通貨を売買できるようになるため、資産管理をすべて金融機関に委ねる必要がありません。金融機関が介入する代わりに、すべての取引は (単一のノードではなく、複数のノード グループによる) 合意形成によって成立します。これらの取引は一度承認されると、二度と変更できません。

分散型システムのデメリットは、合意が形成されるまでに複数の承認プロセスが必要になるため、時間がかかることです。ブロックチェーン開発者は、このプロセスを高速化するソリューションを考えなければなりません。

スケーラビリティ

ブロックチェーンの世界的な普及には、ニーズに比例して増加する取引量に対応する処理能力が求められると同時に、信頼性の高い動作とサイバー攻撃に対する耐性が必要です。前述のとおり、ブロック サイズが大きくなると、処理速度が低下します。

ビットコインの場合、サイバー脅威のリスクを減らすために、ブロック サイズの上限が 1MB に制限されています。しかし、各コインは無限に取引を続けることができるため、取引ごとに各ブロックに記録されるデータ容量は増加します。ブロック サイズに制限があると、すぐに上限に達してしまい、処理速度が著しく低下します。

ビットコインは、このブロックサイズ問題についての議論を始めましたが、いずれすべてのブロックチェーン アプリケーションに当てはまる問題でもあります。開発者は、処理速度を低下させることなく、ブロック容量を拡大する方法などを考える必要があります。

セキュリティ

セキュリティは、ブロックチェーン開発における最大のメリットである一方、開発者に大きな課題をもたらします。ブロックチェーンは安全な技術として認識されていますが、サイバー犯罪者の標的にもなっています。ブロックチェーンのセキュリティが脅かされれば、その波及効果で、分散管理やスケーラビリティにも影響が及びます。また、規制当局による監視がないため、セキュリティ侵害が発生した場合に介入する管理機関が存在しません。

ブロックチェーンにおけるセキュリティ侵害の可能性は非常に低いのですが、過去にはインフラの既知の脆弱性を狙って攻撃をした人物がいるのも事実です。開発者は、ビジネス効果を高めるだけでなく、最高レベルのセキュリティを保証するブロックチェーン ネットワークを構築することが求められます。

ブロックチェーン ソリューションの開発には多くの課題が伴いますが、まだ始まったばかりです。日々着実に進歩しており、すでに多くの成功事例があります。

 

ブロックチェーン技術を導入するタイミングの見極め方

ブロックチェーン技術を導入するタイミングの見極め方

ブロックチェーン技術は確かに多くのメリットがありますが、すべての組織やプラットフォームの問題を解決できる万能なソリューションではないことを理解しておくことも重要です。ブロックチェーン開発が適しているかどうかを判断する前に、考えるべき基本事項がいくつかあります。

  • データを保存する場所が必要なのか?もしそうなら、ブロックチェーンの導入に急ぐ必要はないかもしれません。まず、実際に保存するデータ量を把握してください。たとえば、中小企業の場合は、データをローカルに保存して管理できるため、投資価値は低いと考えられます。一方、複数のデータベースを管理する大規模データ ストレージが必要で、これらに多数のユーザーがアクセスする大企業ビジネスでは、ブロックチェーン技術を利用することで、社員全員が透明性の高い最新の台帳に簡単にアクセスでき、業務を効率化できます。

  • データを頻繁に更新し、共有する必要があるか?ブロックチェーン技術は、紙ベースのデータ管理などの非効率的なフローを排除できます。たとえば、頻繁に取引が行われ、履歴に基づいたビジネスを展開している企業にとっては、プロセスを自動化し、承認されたメンバーからの複数入力を可能にし、データの改ざんを防ぐことができるブロックチェーン ソリューションが非常に有効です。

  • 取引速度が遅くて問題が生じているか?ブロックチェーンは、特定のワークフローを低速化する問題を解消できますが、一般的にはアクセラレータを使用せずにトランザクション レベルで大幅な高速化をサポートすることは不可能です。取引スピードより、アプリケーションのセキュリティを重視する場合には、ブロックチェーン ソリューションが有効です。

  • 第三者による認証は必要か?ビジネスによっては、データの管理や認証のために仲介者が必要な場合があります。そういう場合は、ブロックチェーンを使用する意味がありません。一方、サードパーティのソリューションに依存しない企業にとっては、ブロックチェーンは完全な透明性を提供し、ノード間の合意による認証を可能にする理想的なソリューションとなります。また、仲介業者を介することで発生するコストや遅延も削減できます。

ゼロから始めるブロックチェーン ソリューション開発

ゼロから始めるブロックチェーン ソリューション開発

ブロックチェーン ソリューションの構築は、十分な考察と時間が必要なプロジェクトであり、個別のビジネス要件によって大きく異なります。とはいえ、そのニーズや目的とは関係なく、基本的にはいくつかのステップで開発を進める必要があります。

ステップ 1: 解決すべき問題を確認する

ブロックチェーン ソリューションがもたらすメリットに目を奪われがちですが、忘れてはならないのは、万能なソリューションではないということです。まず、何を優先すべきなのかを正確に打ち出す必要があります。事業全体のニーズを俯瞰し、上記で詳しく説明したブロックチェーン開発のユースケースを参考に考えてみてください。

解決したいと思う課題の概要を書き出し、問題を明確化することを推奨します。実際にブロックチェーン ソリューションがこれらの問題を解決できるのかを確認します。そこで、現在のソリューションをブロックチェーン アプリケーションに移行すべきか、またアプリケーションを一から構築すべきかを判断します。

ステップ 2: ビジネス要件を作成する

次に、ビジネス要件を作成し、抜けがないようにまとめる必要があります。完全なエコシステムを実現するために、オンチェーンで必要な技術とオフチェーンで必要な技術を考えます。これらの詳細に基づいて、より具体的な製品ロードマップを作成することで、開発期間を延長することなく、必要な人材を確保できます。

ステップ 3: コンセンサス メカニズムを特定する

次に、コンセンサス メカニズム (分散型コンピューター ネットワーク内で信頼性、安全性、合意を達成するために使用される手法) を特定します。コンセンサス メカニズムには多くの種類がありますが、現在最も普及しているメカニズムは次のとおりです。

  • Proof of work

  • Proof of stake

  • Byzantine fault-tolerant

  • Deposit-based consensus

  • Proof of elapsed time

コンセンサス メカニズムは、各事業のニーズや目的に大きく依存するため、よく検討し、最適な手法を見極めることが重要です。

ステップ 4: 最適なブロックチェーン プラットフォームを選択する

ブロックチェーン アプリケーションのプラットフォーム選択は、開発チームに求められるスキルに関係するため、正しく選択することが重要です。適切な開発を行うためには、十分な考察と時間が必要です。自社のビジネス ニーズに合致するプラットフォームを選択してください。

評価の際には、解決したい問題、コンセンサス メカニズム、コスト、開発者要件、スケジュールなどを考慮します。

ステップ 5: ブロックチェーン ノードを設計する

ブロックチェーン ネットワークをパーミッション型またはパーミッションレス型のいずれにすべきか、また使用するプログラミング言語、その他必要な項目を決定しておく必要があります。必要なネットワーク タイプ (プライベート、パブリック、ハイブリッド)、ブロックチェーン ノードの運用方法 (クラウド、オンプレミス、あるいはその両方)、使用する OS (Ubuntu、CentOS、Debian、Windows、Red Hat など) も決定します。このステップではさまざまな要素を考慮する必要があるため、すべての選択肢を慎重に精査し、目的、リソース、予算に合わせて判断してください。

ステップ 6: ブロックチェーンの構成を考える

ほとんどのブロックチェーン プラットフォームでは、以下の構成要素についてあらかじめ計画しておく必要があります。

  • パーミッション

  • 資産の発行

  • 資産の再発行

  • 資産の交換

  • キー管理

  • マルチシグネチャ

  • パラメーター
  • ネイティブ アセット

  • アドレス形式

  • キー形式

  • ブロック シグネチャ

  • ハンドシェイク

上記の要素は、途中で変更できるものもありますが、開発を成功に導くためには、常に前もって計画を立てることが大切です。

ステップ 7: API を構築する

アプリケーション プログラミング インターフェイス (API) があらかじめ提供されているプラットフォームもあれば、そうでないプラットフォームもあります。要件によって異なりますが、一般的に次の API を構築する必要があります。

  • キーペアとアドレスの生成

  • 監査関連機能の実行

  • データ認証 (デジタル署名やハッシュによる)

  • データの保存と取得

  • スマート アセット ライフサイクル管理

  • スマート コントラクト

ステップ 8: ユーザー インターフェイスを設計する

アプリ全体の枠組みが決定したら、次は各ソフトウェア コンポーネントのユーザー インターフェイス (UI) を設計します。設計した API は、バックエンドの UI に統合されます。ビジュアル デザインはアプリ全体の外観に反映され、テクニカル デザインはアプリのアーキテクチャに反映されます。

ステップ 9: ブロックチェーン アプリケーションを最適化するアクセラレータを選択する

ブロックチェーン アプリケーションを構築した後、運用を成功に導くためには何が必要でしょう。計算負荷の高いブロックチェーン アプリケーションには、優れた性能、柔軟性、電力効率を実現するハードウェア アクセラレータが必要です。

アクセラレータは、取引の検証、ガバナンス、データ ストレージなど、ブロックチェーンの個々の構成要素の最適化にも役立ちます。トランザクションの負荷を複数のコンポーネントに分散させて、トランザクションのスピードと情報のアウトプットを高速化できるため、時間とストレージ スペースの節約に不可欠です。

SOM を用いたスマート セキュリティ カメラ機能と顔認識

FPGA ブロックチェーン アクセラレータで最高のパフォーマンスを実現

ブロックチェーン開発は大きな見返りを期待できますが、適切な機能を備えて企業がかかえる問題点を解消できるシステムを構築できた場合に限ります。適切な用途にブロックチェーン ソリューションを導入した場合には、無類の透明性、業務効率化、コスト削減を実現できます。また、最大限の投資効果を得るためには、ソリューションの実現に適切なテクノロジを採用することも重要です。

Varium ブロックチェーン アクセラレータ カード

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Vitis プラットフォーム

さらに、ザイリンクスの Vitis™ 統合ソフトウェア プラットフォームと、クラウドの FPGA アクセラレーション ボードを利用することで、FPGA の特性を活かしたブロックチェーン アルゴリズムの高速化を簡単に実現できます。