1. ブロックチェーン技術の基本と
応用の可能性
Developers Summit 2016 / 19-B-7 / #devsumiB
株式会社 Orb チーフコンサルタント
慶應義塾大学 SFC 研究所 上席所員
斉藤 賢爾
kenji@imagine-orb.com / ks91@sfc.wide.ad.jp
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.1/47

2. このセッションでは
2008 年に分散タイムスタンプサーバ技術として提案
されたブロックチェーンは、今やデジタル通貨のみな
らず、契約や企業の自動経営まで、新たな社会基盤と
しての様々な応用可能性が取り沙汰されています
しかし、その技術的特性は意外なほど未だ周知されて
いません
このセッションでは、ブロックチェーンの技術を基礎
から解説するとともに、その限界と向き不向きを明確
にした上で、噂されるさまざまな応用可能性について
検討を加えます
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.2/47

3. 自己紹介
斉藤 賢爾 (さいとう けんじ)
株式会社 Orb チーフサイエンティストコンサルタント (論文は書いてます)
慶應義塾大学 SFC 研究所 上席所員 (村井純 研究室)
一般社団法人アカデミーキャンプ 代表理事
経歴
1993 年、コーネル大学より M.Eng 取得
(コンピュータサイエンス)
2006 年、慶應義塾大学より博士号取得 (政策・メディア)
慶應義塾大学 DMC 機構、同 大学院 政策・メディア研究科、
同 SFC 研究所にて 15 年以上にわたり P2P および
デジタル通貨等の研究に従事
福島のこどもたちのための「アカデミーキャンプ」を実施
⇒ つながってるね！
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4. 近著 (1)
『未来を変える通貨
ビットコイン改革論』(2015)
Kindle 版
紙はオンデマンド
ビットコインの技術を不必要
に詳細なところまで解説
その課題を明らかに
表紙は「反撃に遭うビザンチ
ン将軍の軍隊」
cf. ビザンチン将軍問題
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.4/47

5. 近著 (2)
『お金のギモン！ 何で私に
聞くんですか？』(2015)
Kindle 版
一般的なお金のギモンに答え
ているはずが . . .
「給料はなぜ安いか」等
貨幣から見た文明論に発展
ビットコインの向こう側にある
議論
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.5/47

6. 本日のメニュー
1. ブロックチェーンってなんだっけ？
2. 応用可能性？
3. Hack the Real (Reality Bites)
4. これからボクらはどうすればよいのか
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.6/47

7. 1. ブロックチェーンって
なんだっけ？
「新聞」の代わり
群衆が (出来事の証拠としての)「新聞」を発行できる
としたら？
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8. ブロックチェーンとは？
ブロック (塊) のチェーン (連鎖)
ブロック ← 取引 (TX) の集まり
取引 (TX) ← 状態の変化の記述 (例 : 送金)
パブリッシングのプラットフォーム (新聞の代わり)
“A timestamp server works by taking a hash of a block of
items to be timestamped and widely publishing the hash,
such as in a newspaper or Usenet post”
“To implement a distributed timestamp server on a
peer-to-peer basis, we will need to use a proof-of-work
system similar to Adam Back’s Hashcash, rather than
newspaper or Usenet posts”
– Satoshi Nakamoto (2008)
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.8/47

9. 基礎技術 - 暗号学的ハッシュ関数
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10. 基礎技術 - デジタル署名
本人が送ったものであり改竄されていないことが証明できる
RSA, DSA, ECDSA (楕円曲線 DSA) 等
ビットコインでは取引はデジタル署名されるが、狭義の PKI は用いない
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.10/47

11. 課題をざっくり捉える
ブロックチェーンの技術は 3 層に分けて考えられる
1. コンセンサスのプロトコル
⇒ 現実と同期して動く上で問題がある
2. ダイジェストを格納するブロックの連鎖の構造
⇒ 想定されていたほど強固ではない
3. デジタル署名によるデータ構造
⇒ 有益
課題の解決と、課題が解決されたことを前提とする
応用の探究を同時に進める必要がある
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.11/47

12. コンセンサスのプロトコル
振り返って見たときに
あれがコンセンサスだったのか . . . みたいな
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.12/47

13. ブロックチェーンの概要 (ビットコインの場合)
1. 各マイナーは、過去 10 分ほどの間に収集した取引データを
ブロックに格納し、マイニング (くじ引き) を行う
2. 成功したらネットワーク内にブロードキャストする
3. 各マイナーは、それをチェーンの新しい末尾と認めるなら、
その後ろにブロックを繋げるべく 1 に戻る
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.13/47

14. 取引の連鎖 (ビットコインの場合)
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.14/47

15. ダイジェストを格納するブロック
の連鎖の構造
Proof of Work (作業証明) とマイニング
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.15/47

16. Proof of Work とは？
計算コストを投入したことの証明
作業は困難だが、その結果の検証は容易
それにより、スパムや不正行為を抑止する
例 : Hashcash (1997)
メールヘッダに SHA-1 ハッシュ値の最初の 20 ビット (当時)
が 0 になるような乱数を用いたスタンプを載せる
1 通のメールの送信準備に 1 秒ほどかかる
受信側での確認は一瞬で、スタンプが無効ならスパムと扱う
ハッシュ値/ダイジェストを用いる場合の一般化
あるターゲット以下になるようなダイジェストとなるデータを
見つけよ
ハッシュ値も数なので大小を比較できる
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17. マイニング (ビットコインの場合)
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18. ターゲットの調整 (ビットコインの場合)
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19. POW による保護
取引はデジタル署名されていて内容は元々改ざんできないが、消される可能性がある
Proof Of Work (作業証明) を課すことで改ざんを抑止する . . .って言うけど
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20. 過去2年間のハッシュレートの推移
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21. Proof of Work の課題 (ビットコインの場合)
エネルギー消費
大規模発電所 1∼2 個分くらい (高い？低い？)
パワーの集約 (権力の分散 → 経済力の問題)
ASIC 化
マイニングプール
結局がんばればコンセンサスを覆せる
ブロックチェーンを維持する動機と無関係
全ブロックを保存していなくてもマイニング自体
は可能
ただし取引を検証できないが . . .
最近の軽量化プロトコルを利用可能
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22. デジタル署名によるデータ構造
いわゆる UTXO 構造
UTXO : Unspent TX Output
自己充足構造になっていて、誰でも正しさを検証できる
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23. 取引とデジタル署名 (ビットコインの場合)
M から A に 60BTC 送る例
条件や署名は実際にはスクリプトのかたちで記述される
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24. 2. 応用可能性？
これまでのあらすじ
FinTech 部門の台頭
「法」を置き換えるぜ
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.24/47

25. ブロックチェーンの (現在までの) 応用
通貨
例 : ビットコイン、ライトコイン、. . .
存在証明
例 : Proof of Existence
ネームサービス
例 : ネームコイン
DAO/DAC — 自律分散 (企業) 組織
例 : ビットコイン、. . .
ユーザを株主、ビットコインを株式、採掘者たちを従業員と考えれば
そのプログラムコードは、株式の移転を業とするその組織の経営の仕方を
記述していると見なすこともできる
多様な自律分散アプリケーションの可能性
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.25/47

26. ブロックチェーンをめぐる金融機関等の動向 1
銀行等 (2015 年)
BNY Mellon 社内で社員向け報奨プログラムとして独自コイン発行を行う
等、同技術を実験中
4 月
UBS ブロックチェーン研究ラボをロンドンに開設、スマート債券、
リーガソン開催
4 月
USAA バックオフィス業務効率化のためのブロックチェーン研究
チーム立ち上げ
5 月
DBS IBM と共同でブロックチェーン技術に関するハッカソン開催 5 月
Barclays ブロックチェーン関連ベンチャー Safello 社（スウェーデン）
と協働開始
6 月
Deutsche Bank 8 領域をターゲットにブロックチェーン技術調査に着手 7 月
BNP Paribas ポストトレード処理効率化のためにブロックチェーン技術を
実証中
7 月
ING Bank セキュリティ向上目的でブロックチェーン認証を実験 7 月
Citi ブロックチェーン技術をベースにしたデジタル通貨関連
システム Citicoin を実験中
7 月
R3CEV 30 金融機関が参加する分散型台帳を活用した金融プラット
フォームの研究開発
9 月
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27. ブロックチェーンをめぐる金融機関等の動向 2
証券他 (2015 年)
NASDAQ 未公開株式市場プラットフォーム「linq」、Chain.com と協働 6 月
SWIFT ブロックチェーンを使った送金ネットワーク研究 7 月
VISA ブロックチェーンの研究着手（米、印、シンガポール 3 拠点） 8 月
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28. ブロックチェーンをめぐる金融機関等の動向 3
中央銀行等 (2015 年)
FRB 他主要中央銀行 ブロックチェーンを使った通貨のデジタル化と決済
ネットワークの構築に関して IBM と非公式協議
3 月
イングランド中央銀行 ビットコインフォーラムメンバーに 5 月
欧州銀行協会（EBA） ブロックチェーン関連レポート公開 5 月
シンガポール金融管理局 FinTech ハブとなるべく 225M ドルの投資計画表明 7 月
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.28/47

29. 専用ブロックチェーンの善し悪し
応用毎にブロックチェーンをつくる発想
e.g. コンソーシアムによるブロックチェーンの運用
小さいブロックチェーンは攻撃耐性に劣る
小さい規模であれば従来の耐ビザンチン障害
プロトコルが応用可能
e.g. ハイパーレッジャー (Hyperledger)
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.29/47

30. DAC/DAO revisted
Distributed/Decentralized Autonomous
Corporation/Organization
自律分散組織 - 経営が自動化された組織
例 : ビットコイン
ユーザを株主、コインを株式、採掘者たちを従業
員と考えれば . . .
そのプログラムコードは、株式の移転を業とする
その組織の経営の仕方を記述していると見なすこ
ともできる
一般化して考えると「法」のあり方が変わっていく
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.30/47

31. イーサリアム
Vitalik Buterin, “Ethereum White Paper: A NEXT
GENERATION SMART CONTRACT &
DECENTRALIZED APPLICATION PLATFORM”
ブロックチェーン技術を応用
そこにプログラミング言語を載せる
スマートコントラクトのための分散アプリケーション
基盤
スマートコントラクト :
デジタルに表現される資産を予め定められた
ルールに従って自動的に移転させる仕組み
現在の金融・貨幣経済システムを時代遅れにする？
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.31/47

32. 3. Hack the Real (Reality Bites)
分散システムのリテラシー
現実 vs. ブロックチェーン
ブロックチェーンはビザンチン将軍問題を解かない
ワンネスの罠
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.32/47

33. 分散システムのリテラシー
CAP 定理
Consistency (一貫性)
読み出しは直前の書き込みの
内容を返す
Availability (可用性)
必ず有限時間内に応答する
Partition tolerance
(分断耐性)
ネットワークが分断されても
動作する
⇒ 3 つは同時に満たせない
止まらないブロックチェーン
の罠
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.33/47

34. 現実 vs. ブロックチェーン
思考実験
ビットコインで支払うと、上空を飛ぶドローンが
運んできた缶ジュースを落としてくれるという
サービスを作るとする
ドローンはいつ缶ジュースを落とせばよいのか？
実時間で進行する現実と、ブロックチェーンの動作は
かけ離れている
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.34/47

35. ブロックチェーンにおけるトークン
希ではあるが、後戻りの可能性をもつ (確率的？そうではない？)
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.35/47

36. IoT とブロックチェーンのつれない関係
「サイバーフィジカル」であるためには
IoT の要素はどうしても必要だが . . .
アクチュエーション (物理世界への働きかけ)
いつ I/O を出すのか？
EVM (イーサリアム仮想マシン) 等からは出せない
(複数のマイナーが冗長に実行するため)
ブロックが確定する時刻だとすれば . . .
確定しないのだから確率的にしか扱えない
将来の I/O を予約することは実用上可能かも
しかし洗濯機すら制御できないのでは？
cf. ADEPT by IBM
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.36/47

37. ビザンチン将軍問題
n 人の将軍がそれぞれの軍隊を率いている
攻めるか、撤退するか、合意しなければならない
地理的に隔離されていて、メッセンジャーを通して
しか通信できない
メッセンジャー = 伝令者
高々f 人の忠実でない将軍がいる
という前提で、以下を満たせ
忠実な将軍は全員、同じ計画に合意する
合意された計画は、忠実な将軍の誰かの発案と
等しい (裏切り者にだまされない)
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.37/47

38. ビザンチン将軍問題を解く
ランポートらによる解
n > 3f であれば解ける
通信路について条件がある
ブロックチェーンで解だと言われているもの
全体の投入資源量を R、裏切り者の投入資源量を
F として
R > 2F であれば解けている
⇒ 条件が議論されているように見えない
無条件には解けないはず
本当は暗黙に条件がある
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.38/47

39. 本当は怖い P2P
例題: P2P オークション問題
隣接する 3 つのノードに出品情報の転送を依頼
〆切後、その 3 つのノードからしか入札が
なかったと判明
競争相手を減らす戦略が採られた
参加者は利己的にプロトコルから逸脱しうる
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.39/47

40. エクリプス攻撃
裏切り者がネットワークを分断し、互いを見えなくする
ブロックチェーンの場合は、分岐が永続する
f = 1 で原理的に可能 ⇒ 資源の総和 R は無関係
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.40/47

41. ブロックチェーンへのエクリプス攻撃の研究例
E. Heilman, et. al., “Eclipse Attacks on Bitcoin’s
Peer-to-Peer Network”, 24th USENIX Security
Symposium, 2015
改善策を提案し採用される
Takuya Shibuta, “Analysis of Eclipse-Attack
Vulnerability on Single Global Ledger
Cryptocurrencies”, 慶應義塾大学大学院政策・
メディア研究科修士論文, 2015
上記改善策も不十分であることを示唆
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.41/47

42. スケーラビリティとワンネスの罠
取引の増加に伴い、データ構造を維持するための
コストが直線的に上昇する
「世界がひとつ」でなければ動作しない
大規模災害や政変などによりネットワークが分断
されると正しく動作しない
技術を進化させるガバナンスが利きにくい
一部で違うことを試してうまくいったら全体で採用、ということが
できない
以上は分権できない構造による欠点
逆に、分権できる分散コンセンサス基盤には
大きな期待と可能性がある
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.42/47

43. 4. これからボクらはどうすれば
よいのか
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.43/47

44. これからの可能性は？
前提となる共通理解
不特定多数のノードで構成されうる、権利関係のパブリッシングのプラット
フォームがあるとしたら有益だということは、ビットコインにより示された
分散型合意システムに向けたアプローチ
あくまでブロックチェーンを用いる
カラードコイン/オープンアセッツ, サイドチェーン ← ビットコイン 2.0
イーサリアム, NEM ← 新たなグローバルチェーン
eris, mijin, Orb 1 ← エンタープライズ ブロックチェーン
トラストに前提を置く
リップル ← リップル合意
特定多数でよしとする
ハイパーレッジャー ← Practical Byzantine Fault Tolerance 系
他には？ (分権方向はどうした)
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.44/47

45. まとめ
ブロックチェーンには一定の応用可能性がある
未知の構成要素から成り、不確実性が許容できる
システム向き
リスクを取れるなら OK
しかし以下のような応用に向かない
決定的な動作を必要とするシステム
実時間と同期して動作する必要があるシステム
ブロックチェーンが可能にするとされる世界には
インパクトがある
「貨幣経済」や「法」を置き換えていく可能性
その探究・追究はきっと楽しい
ブロックチェーン技術の基本と応用の可能性 – デブサミ 19-B-7 – #devsumiB – 2016-02-19 – p.45/47