ブロックチェーンとは何ですか？ ネットワーク、コード、およびそのアーキテクチャを作成する方法

人工知能や機械学習と同様に、ブロックチェーンは急速に成長しており、今日の業界で主流のテクノロジーになっています。 ブロックチェーン技術はもはやBFSIセクターに限定されるものではなく、ヘルスケア、ガバナンス、小売、ロジスティクスなどの他のドメインでその存在を知らしめています。 ただし、Blockchainは一般的な語彙で使用されていますが、Blockchainアーキテクチャとその機能を認識している人は多くありません。

この投稿では、ブロックチェーンとブロックチェーンアーキテクチャについて知っておく必要のあるすべてのことについて説明します。 まず、基本から始めましょう。

世界のトップ大学からオンラインソフトウェアプログラムを学びましょう。 エグゼクティブPGプログラム、高度な証明書プログラム、または修士プログラムを取得して、キャリアを早急に進めましょう。

ブロックチェーンとは何ですか？

ブロックチェーンは、金融取引を保存および記録するために1991年に設計された分散型分散型台帳です。 ただし、価値のあるものは何でも保存できます。 基本的に、Blockchainは、1つの中央サーバーに接続されるのではなく、相互接続されたWebまたはコンピューターのネットワークです。 このネットワーク内のすべてのマシン（またはノード）は、全会一致で合意された制約を順守しながら、データの共有状態を定義して合意できます。システムは複数のノードで構成されていますが、単一のノードが全体のコンセンサスなしにデータを変更することはできません。通信網。

ブロックチェーンは分散ネットワークであるため、ネットワーク内の各ノードは、新しいエントリを維持、承認、および更新します。 各メンバーは記録と手順を相互検証し、それによってブロックチェーンネットワークを有効かつ安全にします。 このように、メンバー同士が信頼していなくても、共通の立場で団結することができます。

名前が示すように、ブロックチェーンは、ピアツーピア（P2P）ネットワーク内の接続されたすべてのマシンによって共有される特定の情報を含むブロックで構成されます。 これらのブロックは、トランザクションのセットをバンドルし、P2Pネットワーク内のすべてのノードに同じものを配布するデータ構造です。 各ブロックは、高度に専門化された暗号化キーによって保護されています。 さらに、各ブロックには、ブロックの有効性を検証するブロックヘッダー（メタデータ）が含まれています。 ブロックのブロックメタデータは、次の6つのコンポーネントで構成されています。

• バージョン–ブロック構造の現在のバージョン。
• 前のブロックヘッダーハッシュ–このブロックの親ブロックへの参照。
• マークルルートハッシュ–ブロックに記録されたすべてのトランザクションの暗号化ハッシュです。
• タイムスタンプ–ブロックの作成時刻。
• nBits –ブロックヘッダーのターゲットしきい値のエンコードされた形式。
• ノンス（1回使用される数）–ブロックの作成者が希望どおりに操作できるランダムな値。

画像ソース

これらの6つのコンポーネントはブロックヘッダーを形成しますが、ブロックの残りの部分には、ブロックの作成中にマイナーによって含まれるトランザクションが含まれます。 ネットワーク内のユーザーは、そのようなトランザクションを作成し、それらをネットワークに送信してブロックに含めます。 これらのトランザクションが拡大し続けるにつれて、ブロックチェーンのサイズも拡大し続けます。

ブロックチェーンの分散化および分散機能により、ブロックチェーンは透過的で説明責任があります（ネットワーク内のすべてのユーザーがチェーンの変更について責任を負います）。 また、ブロックチェーンに記録されたすべてのものが暗号化によって保護されているという事実により、ブロックチェーンは安全で信頼性の高いものになっています。 ブロックチェーンのこれらの機能は、ブロックチェーンベースのアプリケーションを開発するためにブロックチェーンアーキテクチャに容易に投資しているすべての業界の愛好家にとって魅力的です。

ブロックチェーンアーキテクチャ

これで、ブロックチェーンアーキテクチャの基本がクリアされたので、さらに深く掘り下げていきます。 ブロックチェーンアーキテクチャは、次の2つのコアデータ構造で構成されています。

• ポインター–これらは別の変数の場所に関する情報を記録する変数です。 言い換えれば、彼らは別の変数の位置を指摘します。
• リンクリスト–これらは一連のブロックであり、各ブロックには一意のデータがあり、ポインターを介してそれに続くブロックにリンクされています。

画像ソース

このロジックを実行すると、チェーンの最初のブロック、別名Genesisブロックには、ポインターが含まれていません（開始ブロックです）。 同様に、チェーンの最後のブロックにはnullポインター（値がない）があります。

ブロックチェーンアーキテクチャの特徴

ブロックチェーンアーキテクチャには、次のようないくつかの固有の特性があります。

• 暗号化–ブロックチェーンに記録された各トランザクションは、関係するすべての利害関係者によって検証された複雑な暗号化計算によって保護されます。
• 分散化–ブロックチェーンネットワークの各メンバーは、完全なデータベースにアクセスできます。
• 来歴–ブロックチェーン元帳に含まれるすべてのトランザクションの発信元を追跡および監視できます。
• 不変性–トランザクションがブロックチェーンに記録されると、削除することはできません。 すべての当事者の同意がある場合にのみ、記録を変更することができます。
• 匿名性–ネットワーク内の各ユーザーは、システム自体を介して生成されたアドレスを持っています–彼らはIDを持っていません。 このようにして、ユーザーは匿名性を維持できます（特にパブリックブロックチェーン構造で必要です）。
• 透明性–ブロックチェーンの各メンバーはシステムにアクセスして操作を監視できるため、プロセスには完全な透明性があります。 1つのブロックを変更すると、チェーン全体を変更する必要があり、これが発生する可能性はほとんどありません（ブロックチェーンネットワークを上書きするには、膨大な計算能力が必要になります）。

ブロックチェーンアーキテクチャの種類

ブロックチェーンアーキテクチャには、主に3つのタイプがあります。

• パブリックブロックチェーンアーキテクチャ

パブリックブロックチェーンアーキテクチャでは、データとシステムの両方にアクセスできるのは、ブロックチェーンネットワークに参加する意思のあるすべての個人です。 ビットコイン、イーサリアム、ライトコインは、パブリックブロックチェーンシステムの優れた例です。

• プライベートブロックチェーンアーキテクチャ

パブリックブロックチェーンアーキテクチャとは異なり、プライベートブロックチェーンアーキテクチャは、特定の組織に属する許可されたユーザーのグループ、またはネットワークへの参加を招待されたユーザーのみが制御できます。

• コンソーシアムブロックチェーンアーキテクチャ

コンソーシアムのブロックチェーンアーキテクチャは組織のグループで構成されており、システムの手順は、割り当てられたユーザーの選択されたグループによって設定および制御されます。

パブリックブロックチェーンは、オープンエンドであり、契約またはシステムに参加する意思のある人なら誰でもアクセスできるため、純粋な分散型ブロックチェーンです。 すべてのレコードは、ネットワークに参加しているすべてのユーザーに表示されます。 それどころか、プライベートブロックチェーンは、より高いプライバシーを享受する選択されたユーザーグループによって管理および制御されるため、より集中化されたシステムの動作を示します。

ブロックチェーンアーキテクチャのコアコンポーネント

6つのコアコンポーネントがブロックチェーンアーキテクチャを構成します。 彼らです：

• ノード–ブロックチェーンアーキテクチャのユーザー/コンピューターを指します。 各ノードは、ブロックチェーン元帳全体の独立したコピーを保持します。
• トランザクション–ブロックチェーンシステムの最小の構成要素、つまり、ブロックに格納されているレコードと情報を指します。
• ブロック–これは、ネットワーク内のすべてのノード間で共有（分散）される一連のトランザクションを格納/記録するデータ構造です。
• チェーン–特定の順序で配置された一連のブロックの用語です。
• マイナー–これは、ブロックをブロックチェーン構造に追加する前にブロックを検証する特定のノードに使用される用語です。
• コンセンサスアルゴリズム–これは、ブロックチェーン操作を実行するために厳密に遵守する必要があるルールと手順のコレクションです。

以下に示すブロックチェーンアーキテクチャ図は、システムが分散型デジタルウォレットとしてどのように機能するかをさらに説明しています。

画像ソース

以前、ブロックメタデータのコンポーネントについて説明しました。 次に、ブロックチェーン内のブロックの要素を見ていきます。 各ブロックは次のもので構成されます。

• データ–ブロックのデータは、そのブロックが属するブロックチェーンアーキテクチャの種類に大きく依存します。 たとえば、ビットコインまたはライトコインの場合、ブロックに含まれるデータには、送信者、受信者、およびコインの数の情報が含まれます。
• ブロックのハッシュ–ハッシュは、指紋のような一意のキーです。 これは、数字と文字の複雑な組み合わせです。 各ブロックハッシュは、特定の暗号化ハッシュアルゴリズム（SHA256）を使用して作成されます。 ブロックが作成されるとすぐに、ハッシュキーが生成されます。 ブロックに変更を加えると、ハッシュも自動的に変更されます。 つまり、ブロックハッシュは、ブロックに加えられた変更を検出するのに役立ちます。
• 前のブロックのハッシュ–一意のハッシュキーを含むほかに、ブロックには直前のブロックのハッシュも含まれている必要があります。 ブロックチェーンアーキテクチャで接続されたチェーンを作成するのに役立つのはこの機能であり、そのセキュリティの背後にある主要な要素です。

ブロックチェーン内の検証されたすべてのブロックはジェネシスブロックから派生しているため、単一のブロックを破損または違反しようとすると連鎖反応が発生し、すべてのブロックの変更が促進されます。 これが発生すると、すべてのブロックが誤った情報を転送し、ブロックチェーン全体が無効になります。 ただし、コンセンサスアルゴリズムを介してブロックチェーンアーキテクチャに変更を加えることができます。

コンセンサスアルゴリズムとは何ですか？

コンセンサスアルゴリズムとは、個々のメンバーが所有するブロックチェーン元帳のローカルコピーが相互に整合性を保ち、最新バージョンに更新されることを保証するメカニズムまたはプロトコルを指します。 これにより、ブロックチェーンアーキテクチャ内の均一性と同期性が確保されます。 最も広く使用されている3つのコンセンサスアルゴリズムは次のとおりです。

プルーフオブワーク（POW）

POWでは、複雑な計算パズルを解いて、ブロックチェーンネットワークに新しいブロックを作成して追加する必要があります。 したがって、SHA256ハッシュアルゴリズムによって伝播されるように、256ビットハッシュを生成する特定の文字列を推測する必要があります。 ハッシュを検証するには何百万もの推測を行う必要があるため、「プルーフオブワーク」という名前が付けられています。

プルーフオブステーク（POS）

POSプロトコルは、システム内のすべてのノードを、トランザクションを検証してトランザクション料金を獲得できるバリデーターと見なします。 POSは、ブロックを検証するためにこれらのノードをランダムに選択します。ノードのランダム選択の背後にある確率は、ノードが持つステークの量によって異なります。

簡略化されたビザンチンフォールトトレランス（SBFT）

このアプローチでは、提案されたトランザクションをバンドルしてブロックチェーンに新しいブロックを作成する単一のノード（バリデーター）があります。 バリデーターはパーティと呼ばれます。 ここで、ネットワーク内の他のノードの最小数が新しく作成されたブロックを修正すると、コンセンサスが達成されます。

ブロックチェーンアーキテクチャを作成する方法は？

ブロックチェーンアーキテクチャを構築するには、まず、次の2つの点に注意する必要があります。

• ブロックチェーンネットワーク–1つまたはいくつかの組織の特定の環境内に配置されたブロックチェーンアプリケーションのインフラストラクチャに関係します。
• ブロックチェーンコード–ブロックチェーンアプリケーションが実行することを目的としたタスクと目標を指します。

今日、オープンソースソリューションが広く利用できるようになったおかげで、ブロックチェーンアーキテクチャの開発が容易になりました。 Linux FoundationのHyperledgerは、プライベートブロックチェーンアーキテクチャの構築に使用される最も人気のあるプラットフォームです。 Hyperledgerとは別に、EthereumとCordaもブロックチェーンアーキテクチャを開発するための優れたツールです。

画像ソース

ブロックチェーンネットワークを作成する方法は？

ブロックチェーンネットワークは、組織の1つまたはグループがブロックチェーンソリューションへの投資を決定したときに形成されます。 このネットワークは、スタッフを含む個々の組織として、またはすべての組織を組み合わせた技術インフラストラクチャの観点から全体として考えることができます。

通常、複数の関係者がブロックチェーンネットワークに関与しています。 ブロックチェーンアプリケーション/ソリューションの目的は、各メンバーがすべてのアクティビティをリアルタイムで追跡および監視できる透過的なピアツーピアシステムを形成することにより、これらの関係者を編成することです。 この機能は、トランザクションまたはビジネスに関連するすべてのリスクを排除するのに役立ちます。

ブロックチェーンネットワークでは、参加している各組織は、ブロックチェーンネットワーク（ピア）の固有のプロトコルおよび技術レイヤーと同期される元帳の個別のコピーを所有しています。 注文サービスは、ブロックチェーンネットワークでのトランザクションとその注文を管理するすべての関係者間で共有できます。 この場合も、メンバーシップサービスプロバイダー（MSP）機能を使用すると、ネットワーク内の特定のユーザーにアクセスして、ネットワークのプライバシーとセキュリティを維持できます。 最後に、ネットワークに含まれるすべてのトランザクションは総勘定元帳に記録されます。

ブロックチェーンコードを作成する方法は？

ブロックチェーンネットワークが設置されたら、関係者は、ブロックチェーンアーキテクチャ内で実行する必要のあるビジネストランザクションのタイプについて合意に達する必要があります。 このコンセンサスは、スマートコントラクトとして知られる法的合意の形で達成されます。 これはブロックチェーンコード、別名、チェーンコードです。 他の法的文書と同様に、スマートコントラクトには、参加者、資産、および発生するトランザクションの情報が含まれています。 各トランザクションには、トランザクションが実行されると発生するプロセスの概要を示すトランザクションプロセッサ関数が必要です。

ブロックチェーンアーキテクチャの利点

ブロックチェーンアーキテクチャを適切に設定することにより、組織は次のメリットを享受できます。

• コスト削減

企業は通常、サイバー攻撃の影響を受けやすい一元化されたデータベースの保守に多額の費用を費やしています。 ブロックチェーン構造が整っているので、組織がセキュリティやシステム違反について心配する必要がないことが1つあります。 したがって、システムセキュリティの強化に追加の費用をかける必要はありません。

• 透明性の向上

ブロックチェーン構造では、メンバーはいつでも任意のトランザクションの履歴を確認できます。 したがって、一元化されたデータベースとは異なり、これはメンバーが完全な透明性を享受する成長を続けるアーカイブです。

• データセキュリティ

ブロックチェーン構造に情報（データ）を入力すると、それを改ざんしたり破損したりすることはほとんど不可能です。 ブロックチェーンに加えられた変更は、ネットワーク内のすべてのメンバーによって検証される必要があるため、プロセスに時間がかかり、時間がかかります。 当然のことながら、データセキュリティの商はブロックチェーンアーキテクチャでは非常に高くなっています。

つまり、これがブロックチェーンアーキテクチャです。

これが、この新しいテクノロジーをもう少しよく理解するのに役立つことを願っています。

ブロックチェーンテクノロジーのキャリアは増加しており、ブロックチェーンはテクノロジー業界の顔を永遠に大きく変えました。 ブロックチェーン開発者になり、スマートコントラクトとチェーンコードを構築することに興味がある場合は、ブロックチェーンテクノロジーでIIIT-BとupGradの高度な証明書プログラムをチェックアウトしてください。