ビットコインの仕組みをわかりやすく図解！ 電子署名・ブロックチェーン・マイニングについて解説

「最近話題のビットコインってどんな仕組みなんだろう。。。」

そう考えている方も多いのではないでしょうか？

確かに、「ビットコインの仕組み」と言うと高度な数学や難しい暗号技術を知っていないと理解できないような気がしますよね。

実は、ビットコインの仕組みは非常に簡単です！

この記事ではビットコインの仕組みを、初心者でも理解できるようにたくさんの図を用いて解説していきます。

最後まで頑張って読んで、ビットコインの仕組みを完全に理解しましょう！

ビットコインはただの通貨ではない

ビットコインは暗号資産(仮想通貨)と呼ばれるものの一つですが、厳密には"通貨"ではありません。

「ビットコイン」というお金・コインは実際には世界中のどこにも存在しませんし、誰も発行していません。

確かに、ビットコインは通貨として決済に使用されてはいますが、実際には第三者がビットコイン(BTC)を利用したサービスを勝手に展開しているだけです。

ではビットコインとは何なのでしょうか？

答えは、ビットコインはデータを安全に管理し、管理者がいなくてもそれを送り合うことのできる決済システムです。

この記事では、そんなビットコインの仕組みを分かりやすく解説していきます！

「まずビットコインの概要をざっくりおさらいしておきたいな。」という方はこちらの記事をご参考ください。

ビットコインは全てが公開されている

ビットコインを構成するプログラム

ビットコインを構成するプログラム(ソース)、つまりビットコインの設計図は全て公開されています。

⇨こちらから確認することができます。

ビットコインには管理者が存在しないため、基本的には有志の人たちがビットコインの開発を進めています。

ですが、開発に参加している人たちがもしプログラムを不正に書き換えようとしたら大変ですよね。

そこでビットコインでは、リアルタイムで稼働しているプログラムを全世界に公開することで、不正が行われてもすぐに善意ある人たちに気づいてもらえる仕組みになっているのです。

誕生から現在までの全ての取引情報

ビットコインが誕生したのは2009年ですが、その誕生当初から現在までの取引履歴は全て確認することができます。

⇨こちらのサイトから簡単に確認できます。

そのため、ビットコインを使った不正取引やデータの改ざんが実行されたとしても、その異変にすぐに気づくことができ、取引情報を改ざんするこができないようになっています。

特定の管理者に頼らないために公開している

ではビットコインはなぜ、普通なら最も隠すべき情報を全て公開しているのでしょうか？

それは、ユーザー全員でデータを管理して特定の国や団体に頼らないようにするため、です。

特定の管理者に権力が集中してしまうと、その管理者に何か問題が起こったときに通貨が使えなくなってしまうリスクがあります。

例えば2013年にキプロスでは、銀行に預けているお金から強制的に最大9.9%もの税金を取る、という政策を打ち出しました。

これにより自国で使っていたユーロよりも、管理者のいないビットコインの方が安全だと判断した国民が増え、ビットコインの需要が爆発的に増加しました。

私たち日本人にはあまりピンときませんが、特定の誰かに頼りすぎてしまうと、もしもの時に一瞬でその通貨が使えなくなる可能性があるんです。

一方ビットコインでは、ビットコインネットワークの利用者全員でデータを管理・監視し合っています。

これによって、特定の管理者に頼ることで発生するリスクをなくすことができます。

また、この画像にもあるようにビットコインには信頼性を担保する人・モノが存在しません。

しかしすでに、ビットコインを「価値あるもの」として認識している人は世界中に存在しています。

それは一体なぜなのでしょうか。

その秘密こそが、ビットコインを構成する「電子署名」「ブロックチェーン」「マイニング」といった仕組みによるものなのです。

ビットコインを送金する仕組み：電子署名

ビットコインの仕組みを理解するための第一歩としては、まずビットコイン取引における署名の重要性を理解する必要があります。

特に、「公開鍵」「秘密鍵」について理解しておくことが重要です！

ビットコインにおける署名とは

電子署名とはその名前の通り、書類上の署名ではなくインターネット上の署名です。

普段はあまり意識していないと思いますが、インターネット上では、

• 取引する相手は誰？
• 別人がなりすましている可能性はない？
• 契約内容は本当に信用できるの？

といった懸念が存在しています。

電子署名とは、インターネット上の取引における上記のような様々なリスクを防ぐために非常に重要な技術です。

ビットコインを安全に取引できるのは電子署名技術のおかげなのです。

まだピンとこないかもしれませんが、具体的な仕組みを理解すればきっと分かるようになるはずです。

それでは見ていきましょう。

 

公開鍵からビットコインアドレスが作られる

いきなり、「ビットコインアドレス」「秘密鍵」「公開鍵」という難しい言葉が出てきてしまいました。

安心してください。この3つはイメージで覚えてしまえば簡単です！

(赤枠の部分について解説していきます↓)

公開鍵とは、その名前の通り、一般に公開されている鍵です。

公開鍵の最も重要な役割は、取引履歴が本当に正しいのかを検証することです。

上の図では、取引履歴の署名が公開鍵により検証されて「正しい！」と証明されています。

当たり前のことのようですが、ビットコインの安全性を保つために非常に重要な仕組みです。

 

 秘密鍵が取引履歴の偽造を防止する

秘密鍵とは、インターネット空間における自己証明書です。

一般公開されている公開鍵とは異なり、誰にも教えてはいけません！(銀行口座の暗証番号と同じですね。)

例)「7rf8d38ud23j49fj3kdi5m4b73g487jdo8w20kfm6i1」

↑秘密鍵はこのように英数字がランダムで設定されたものです。

秘密鍵の最も重要な役割は、取引履歴に自分で署名するということです。

上の図では、取引履歴に秘密鍵で署名をすることで取引履歴が「施錠」されています。

公開鍵は「解錠」用の鍵、秘密鍵は「施錠」用の鍵、と覚えると分かりやすいと思います！

 

 暗号資産(仮想通貨)の公開鍵と秘密鍵についてもっと詳しく知りたい方はこちら↓

ビットコインが管理される仕組み：ブロックチェーン

「ビットコイン」と同じくらい「ブロックチェーン」という単語はよく耳にしますよね。

ブロックチェーンは、ビットコインの根幹をなす技術です！

それでは見ていきましょう！

分散して管理される公開取引台帳

ブロックチェーンとは、デジタルデータを管理者がいなくても安全に管理するためのシステムのことです。

分散型台帳技術とも呼ばれており、ビットコインのデータが保存されている場所でもあります。

上の図のように、不特定多数のコンピューターでデータが分散管理されているため、

1. データ紛失のリスクが低い
2. 保存されるデータの透明性が高い
3. 管理コストが低い

という3つの特徴を持っています。

ブロックチェーンの概要について理解してもらったところで、具体的な仕組みについて解説していきます。

 

ブロックにはビットコインの送金履歴が記録される

ブロックチェーンとは、その名前のとおり、ブロックがチェーン状に繋がったものです。

では「ブロック」とは何なのでしょうか？

ブロックとは、ビットコインの取引履歴をたくさんまとめて保管する場所のことです。

ブロックにもCDやDVDと同様にデータ容量があり、ビットコインのブロックの容量は1MB（メガバイト）と定まっています。

ただ、ブロックにはビットコインの取引履歴がそのまま記録される訳ではありません。

上の図のように、ハッシュ関数で暗号化されてからブロックに記録されます。
(ハッシュ関数については後ほど解説)

なお、ハッシュ関数によって暗号化されたデータから元の取引履歴を解読することは不可能です。

これはハッシュ関数の一方向性という性質によるものです。

 

 ブロックチェーンの仕組みについてもっと詳しく知りたい方はこちらの記事をご覧ください。↓

ビットコインが発行される仕組み：マイニング

ここでは、マイニングについて解説します。

まず、マイニングの2つの役割について確認しておきましょう。

 では、それぞれ解説していきます。

ブロックをチェーン状に繋げる作業

先ほどブロックチェーンのブロックには、ビットコインの取引履歴がハッシュ関数によって暗号化されたデータが記録されている、と述べました。

つまり、ビットコインの取引が増えればその分ブロックの数も増えていき、その取引情報(トランザクション)が正しいものかどうかを確認する必要があります。

この時、新規ブロックを既存のブロックチェーンに繋げることでデータを保存していくのですが、そのためにはコンピューターによる膨大な計算作業が必要なんです。

この計算作業こそがマイニングの正体です。

また後ほど詳しく解説しますが、マイニングを行うとビットコイン(BTC)が新規発行される仕組みになっており、マイナーたちはその報酬を目当てにマイニングを行っています。

 

ハッシュ関数からナンスを探す計算競争

では、具体的にどのような計算問題を解いているのでしょうか？

答えは、コンピューターによって「ハッシュ関数」から「ナンス」を探し出す計算競争を行っている、です。

ここでは、

• ハッシュ関数とは
• ナンスとは

に焦点を当てて、解説していきます。

 

ハッシュ関数SHA-256とは

先ほど、ブロックチェーンの仕組みの解説でもハッシュ関数について少し触れましたが、ここではさらに詳しく解説します。

正式には「ハッシュ関数SHA-256」と言います。

すなわち、ハッシュ関数とは、「一方向性を持つ関数」だと言うことができます。

もっと簡単に言うと「代入した値から答えを出すのは簡単なのに、答えからは代入した値が絶対に分からない性質を持つ関数」のことです。

「ハッシュ関数」と聞くと、とても難しそうですが実は非常に簡単です！

ビットコインの仕組みを理解するために、絶対に知っておきたい言葉なので覚えておきましょう！

なお、ハッシュ値はこちらのサイトで簡単に算出することができるので、時間がある時に見てみてください！

 

ナンスとは

ビットコインのブロックの中には、

• 前のブロックのハッシュ値
• 取引データ（ハッシュ関数で暗号化）
• ナンス

という3つの情報が入っています。

ブロックを繋げる(＝マイニングを成功させる)には、この3つの情報をハッシュ関数に掛け、その答えであるハッシュ値が決められた数字よりも小さくならなければならないルールになっています。

ブロックを繋げる作業に取りかかる時点で「前のブロックのハッシュ値」と「取引データ」はすでに分かっています。

後はまだ分かっていない「ナンス」をかたっぱしから代入していくだけです。

条件に当てはまるナンスを一番最初に見つけ出した人がマイニング成功者となり、求められた新たなハッシュ値はそのブロックに保存され、また次のブロックを繋げるときに必要となるのです。

これがマイニングによって行われる計算競争の主な流れです。

 

マイニングによりビットコインが新規発行される

↑このグラフは、ビットコインの総発行量を表しています。

ビットコインのマイニングを行うコンピューターは短時間に膨大な計算をしなくてはならないので、通常では考えられないほどの膨大な電気代がかかります。

では、なぜ彼らは巨大な電気代を出してまで熾烈な計算競争に参加するのでしょうか？

その答えは、先ほどマイニングの2つ目の役割として紹介した「ビットコインの新規発行」にあります。

 

図を見ると、総発行量の増加率が緩やかになってきている、すなわちビットコインの新規発行量は年々減少してきているということが分かります。

このようにビットコインは新規発行量を少しずつ減少させるようにプログラムされているのです。

これを半減期と言います。

世界中のコンピューター（マイニングを行う人たち＝マイナー）はこの新規発行されるビットコインを目当てにマイニングを参加しているんです！

その結果、ビットコインのブロックが順調に既存ブロックチェーンに繋がり、私たちが快適にビットコインを取引することができる仕組みが作られている、というわけですね。

マイニングの仕組みについてさらに詳しく知りたい方はこちら↓

ビットコインが取引される仕組み：取引所

取引所と販売所の仕組み

ビットコインを購入・取引するには、暗号資産(仮想通貨)取引所または販売所に口座開設する必要があります。

暗号資産(仮想通貨)の取引所と販売所の違いは

• 誰がビットコインを取引するか
  
• どのようにビットコインを注文するか

という2点です。

また、一般的には取引所と販売所を合わせたものが「暗号資産(仮想通貨)取引所」と呼ばれています。

暗号資産(仮想通貨)の取引所と販売所の違いについてさらに詳しく知りたい方はこちら↓

実際にビットコインを購入してみよう

ビットコインを購入するなら国内取引所のCoincheck(コインチェック)がおすすめです。

Coincheck(コインチェック)は東証一部のマネックスグループが運営する暗号資産(仮想通貨)取引所です。

ビットコインを取引所と販売所の両方で購入ができ、どちらも取引手数料は無料です。

アプリを使えば、スマホ一つで出かけている間でもビットコイン取引ができるのでとても便利です。

しかもCoincheckのアプリは国内の暗号資産(仮想通貨)アプリの中では一番人気で、270万DLを突破するほどです！

ビットコインに投資するならCoincheckを使っておけばまず間違いです！

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ビットコインの仕組みまとめ

ビットコインが世界中で注目されている理由やその将来性の高さが、お分かりいただけたのではないでしょうか

ビットコインは管理者がいなくても安全に通貨として機能させることができる全く新しい決済システムです。

将来性の高さに気づかれた方は、ぜひビットコインに投資してみてはいかがでしょうか。

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(Coincheck公式)