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弊社について 本社: 福岡県飯塚市 博多オフィス: 福岡県Ruby コンテンツ産業振興センター内 1999年7月設立 2

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(1)

ブロックチェーン入門

〜その仕組みとIoTへの適用の可能性、応用を探る〜

2016/11/16

株式会社ハウインターナショナル

取締役 CTO 高橋 剛

ET/IoT 2016 SEC先端技術入門ゼミ

(2)

本社: 福岡県飯塚市

博多オフィス:

福岡県Ruby・コンテンツ産業振興センター内

1999年7月設立

http://www.haw.co.jp/

弊社について

(3)

ブロックチェーン関連の実績等

● 実証実験等

複数の金融機関との共同研究や実証実験を実施中

● 製品・サービス開発

日本初のブロックチェーン実証環境

Chaintope

ブロックチェーン分析ツール

(4)

ブロックチェーンとは

Bitcoin等の仮想通貨を

支える技術および

類似システムの総称

P2Pや公開鍵暗号等の既存の

技術の組み合わせ

信用ある第三者の仲介なく

仮想通貨取引などができる

元来はデータ構造を指す言葉

だったが意味が拡大

(5)

Bitcoinとその子孫

Bitcoin

Altcoin

2009

サトシ・ナカモト論文

2008

Colored Coin

2015

Bitcoin 2.0

Distributed Ledger

2016

Ethereum

Hyperledger

Bitcoinから様々な派生プロジェ

クトが誕生し、技術的な実験や

検証が行われてきた

2015年以降は金融機関を始

め様々なプレイヤーが注目し、

参入を始めている

(6)

既存の金融システムとの違い

Alice

Bob

非中央集権モデル

中央集権モデル

Chirs

信用できる仲介者(金融機関や電子マ

ネー事業者等)を通じて取引

仲介者との口座開設やICカード入手な

どの事前手続きが必要

P2Pネットワーク上の信用のない不特

定多数の第三者を通じて取引

1zyxw

1abcd

1opqr

残高や口座番号等は仲介者が実質的

に管理

アドレスは参加者自身が管理し、残高

は全体が共有する分散台帳で管理

ソフトウェアのインストールとP2Pネット

ワークへの接続が必要

(7)

信頼を担保するのは誰か?

仲介者(金融機関等)

参加者全員

仲介者に信頼とその責任を集中さ

せ、その代わり多くの内部手続きや

法的な規制等により不正を抑止・

チェックする

正直者が得をする仕組みと、本当に

正直だったのかを全員で確認できる

透明性を組み合わせ、参加者全員で

信頼を分担する

Alice

Bob

非中央集権モデル

中央集権モデル

Chirs

1zyxw

1abcd

1opqr

(8)

セキュリティモデルの相違

情報をクローズにする

非中央集権モデル

中央集権モデル

データベース等への不正アクセスを防

ぐことで機密性・完全性を実現

不正アクセスのリスク要因となるため、

分散化ではなく性能向上により 可用性

を担保

情報をオープンにする

参加者が全ての取引情報をオープン

にし、相互監査により 完全制と可用性

を実現

参加者はプライバシーと保有する資産

の不正使用に対する 機密性を、自身

の秘密鍵と署名で担保

情報

セキュリティ

機密性

情報漏えい等

完全性

破壊・改ざん等

可用性

DoS攻撃耐性等

(9)

ブロックチェーンの特徴

所有権証明と移転

非可逆性の担保

自己組織化

公開鍵暗号

暗号学的ハッシュ関数

コンセンサスメカニズム

報酬の発生・分配

ブロックの生成・検証

対等な

データの伝播・保持

トランザクションの

生成・検証

公開鍵暗号・アドレス

P2Pネットワーク

どこにも登録不要で

取引ができる

改ざんや不正使用が

相当に困難

通信・データが

冗長化され障害に強い

非中央集権型(Decenterized)の分散データベースシステム

(10)

公開鍵暗号とアドレス

秘密鍵

公開鍵

アドレス

暗号学的

乱数を生成

計算はほ

不可能

楕円曲線を

使った演算

ハッシュ関数を

使った演算

計算はほ

不可能

1abcd...wxyz

暗号化・復号化

公開鍵を知る人は誰でも暗号化できる

秘密鍵の所有者のみが復号できる

Alice

署名

暗号化

復号化

署名(ハッシュ値の

暗号化)

署名検証

(署名の復号化)

対象データのハッシュ値を秘密鍵で暗号化したものが署名

署名を公開鍵で復号化してハッシュ値が一致すると検証成功

対象データをアリスが認めたという証拠になる

ハッシュ値

元データ

暗号データ

対象データ

署名・署名検証

(11)

暗号学的ハッシュ関数

ブロックハッシュやトランザクションIDの算出に使用

データの指紋として扱える

4176E32BD4C3F5E23993A6C3F

73D6F9B9F74D95FA2DCD9DE02

B3836482BFBF5F

7EFCCCB0F344D6892E43AA514

3EEC73B87E4C748ED2CC2F3D4

B7C5DE54CF67D1

※この例では暗号学的ハッシュ関数として SHA256を利用

私アリスはボブに

0.1BTCを送ります

計算容易

復元困難

私アリスはボブに

0.2BTCを送ります

類似性あり

類似性なし

(=類推困難)

元データ

ハッシュ値

(12)

トランザクションの連鎖による所有権移転

TX-Zを基に

1abcdから

1zyxwへ100

送金

TX-Yを基に

12345から

1abcdへ100

送金

TX-Xを基に

19876から

12345へ100

送金

参加者全員の

公知の事実

TX-Zの宛先アドレス 1abcdの

保有者しかできない署名が付さ

れている

TX-Zを使った人はまだいない

TX-Zは公知の事実なので、

Aliceは少なくとも100保有して

おり、送金は有効である

1abcd

1zyxw

TX-Z

TX-Y

署名検証

参加者が認めている公知の事実をもとに新しい取引(トランザクション)を検証する

Alice

署名

Alice

トランザクショ

ン生成

Bob

全員が認めたら取引は成立する

(13)

入力

出力

実際のトランザクションの連鎖

TX-C

入力0

TX-A:出力0

署名&公開鍵

入力1

TX-B:出力2

署名&公開鍵

出力0

アドレスB

0.3BTC

出力1

アドレスC

0.05BTC

出力2

アドレスA

0.05BTC

入力

出力

出力

TX-A

TX-B

出力2

アドレスA

0.2BTC

出力0

アドレスA

0.2BTC

項目 入金 TX-A:出力0 0.20 BTC TX-B:出力2 0.20 BTC 項目 出金 アドレスB 0.30 BTC アドレスC 0.05 BTC アドレスA 0.05 BTC

アドレスAに対応

した秘密鍵により

署名を生成

どの入力からも参照されていない出

力(UTXO)のみ利用可能

参照した出力の全送付

額が入力に流入する

自分への

お釣り

(14)

P2Pネットワークでの自己組織化

2bd98e...

3ab45f...

4cf4e5...

Alice 0.2 Bob 0.2

3ab45f...

Bob 0.2

生成したトランザクションをP2Pネットワーク経由で全参加者に共有する

各参加者のノードはトランザクションの検証を行う

検証済みのトランザクションは各自保持する

2bd98e...

3ab45f...

4cf4e5...

Alice 0.2 Bob 0.2

(15)

各ノードのトランザクションの差異

1ae670...

76a7ab...

4cf4e5...

4cf4e5...

1ae670...

76a7ab...

58ba88...

76a7ab...

ネットーワーク上の距離や伝搬遅延、ロスト、不正(2重使用など)によ

(16)

ブロックチェーンによる非可逆性の担保

….

….

….

….

Header

….

….

Alice 0.2

約10分

Header

Bob 0.2

約10分

約10分

3ab45f...

定期的に計算競争を行い、勝者が持っているトランザクションの一群(ブロック)を

正と決める

ハッシュ計算の総当りでしか解けない問題(Proof of Work)を使う

勝者は報酬を得ることができる

確定済ブロック

未確定ブロック

前ブロック Hash 値 前ブロック Hash 値 ・データ構造は定義どおり ・入力合計≧出力合計 ・各インプットが参照するアウト プット は他で使用されていない ・各インプットが参照するアウト プット のアドレスの所有者は  インプットの署名者である        : ・データ構造は定義どおり ・ブロックのハッシュ値が現在の  難易度より小さい        :

(17)

分散合意の方法

➔ 多数のノードによる分散合意問題

➔ 厳密な分散合意は困難(ビザンチン将軍問題)

➔ ある条件で選ばれたノードが合意内容を決定する

確率的計算

膨大な回数の試行が必

要な確率的計算を解くこ

とができるか

(Proof of Work)

資産保有率

資産の保有率が高い

(Proof of Stake)

取引量など

取引量が多いなど活発

な活動をしている

(Proof of Importance /

Activityなど)

この他にもこれらのミックスや、特定の参加者の

持ち回りなど様々な方法が考案されている

(18)

ブロックチェーンの分岐

● 正しく計算されたブロックは複数存在しえる

● 長くなった枝を正統なチェーンとみなす

分岐は時々発生するが2ブロック以上続くことはまれ

….

….

...

...

...

...

(19)

分岐の悪用

● 送金したと見せかけておく

● 後から改ざんブロックを生成して追い越せば不正が可能

● 現実には計算量の寡占が必要で相当困難

….

….

...

...

...

...

...

Alice 0.2 Bob 0.2

改竄

(20)

Open Asset Protocol

● Bitcoin上で動くカラードコインの一種

Bitcoinの既存の機能を活用し、トランザクションの中に別の取引情報を持たせ

ることで実現

● 発行主体のある資産を表現し、流通させることができる

発行主体があるため債権債務関係を構成可能

● 活用例:NASDAQ プライベート市場など

(21)

Open Asset Protocol

アセットID

1対1対応

Bitcoinアドレス

アセットアドレス

トランザクション ID(TxID)

発行者アドレス* 0.000006 BTC Marker Output 0.000000 BTC 発行者アドレス(おつり) 49.699594 BTC 取引手数料 0.000100 BTC

● 資産は誰でも自由に発行でき、IDで識別される

● 取引にはOAPに対応したトランザクションを生成できるソフトウェアが必要

(22)

Bitcoinブロックチェーンに投票権の発行と移転を記録

地域のグルメイベントの人気店投票で実証実験を実施

電子投票システムへの応用

第8回

フクオカRuby大賞

優秀賞受賞

(23)

ブロックチェーンが適するシーン

一般的な勘定系システム

C-Aを重視

信 頼 性の高いハードとネットワー

クを前 提としているため、一 貫 性

に問 題が生じにくく、性 能も上げ

やすい。また、一貫性に大きな問

題 が 生 じるときには、サービスを

停止してメンテナンスできる。

ブロックチェーン

P-Aを重視

信 頼 性の低いハードとネットワー

クでの利用を前提とし、管理者が

おらず 全 体 をコントロールできな

いため、ある程 度の一 貫 性の問

題 発 生を見 込んだ設 計がなされ

ている。

一貫性

C

onsistency

分断耐性

P

artition

Tolerance

可用性

A

vailability

IoTとの親和性は高い

tsuneo © 123RF.com Kirsty Pargeter © 123RF.com

(24)

ブロックチェーンのよくある誤解

● 改ざんされたくないデータを安全に保管できる

事実だが全員で同じデータを持つため大量のデータ保管には適さない

● タダ同然で利用できる

数円程度の取引手数料が必要

● 既存のデータベースを置き換えてコストを削減できる

記録できる容量・用途が限られるので他のDB等との連携が必要

● Bitcoinは怪しいので使わない方がいい

2009年から成長しつづけており、無視できない

むしろ有効活用することが今後もとめられる

(25)

相互接続型

外部連携イメージ

情報が事業者毎に分断化

接続先が爆発的に増えてしまう

ハブ&スポーク型

外部連携イメージ

中継点に通信や情報が集中

ある程度の規模がなければ立ち上げ

にくい

ブロックチェーンを活

用した外部連携

イメージ

通信や情報をブロックチェーン全体と

して分散管理

徐々にスケールさせて行くことが可能

サービスのハブとしてのブロックチェーン

(26)

プライベートチェーン

データベースの一部をBCに置き換えた

構成

エンドユーザーの鍵は事業者が管理

し、ユーザー認証して接続

BCは社内ネットワークからのみ接続

コンソーシアムチェー

ン型

データベースの一部をBCに置き換えた

構成

エンドユーザーの鍵は事業者が管理

し、ユーザー認証して接続

BCには連携企業内でVPN等を構築し

て接続する

パブリック

チェーン型

エンドユーザーと事業者・連携企業は

対等な立場でBCを利用

エンドユーザーは専用アプリなどで鍵を

管理し直接BCに接続

連携企業もそれぞれ直接BCに接続

ブロックチェーンの構成パターン

※ブロックチェーンをBCと略

(27)

IoTへの応用例

所有者はコンセント使用権(開始日時と期限あり)をBitcoinブロックチェーン上の

トークンとして発行

使用権のあるユーザーは、スマートフォンアプリからBLE経由でコンセントを

ON/OFFできる

使用権をブロックチェーンで制御できる電源ソケット

(28)

マイクロペイメントチャネル

100

100

….

130

70

100MB DATA

0.0001 BTC

100MB DATA

0.0001 BTC

….

2者間の少額決済を低コストに実現する技術

開設時に互いに拠出金が必要だが、取引手

数料を抑えられる

決済の即時性も向上

(29)

IoTとマイクロペイメント

200m 走行

0.001 BTC

走行距離に応じて都度支払を

行う

200m 走行

0.001 BTC

降車時には一切精算不要

0.0001 BTC

データ送付先を指定してセン

サーデータを時間購入

24h DATA

センサー設置者は副収入を得

られる可能性

0.0001 BTC

24h DATA

(30)

IoTとブロックチェーンの連携可能性

取引等のアクションを利用/生成する

利用:使用権の移転、決済

生成:自動発注、他のデバイスへの権限委任など

改ざんを防ぎたいデータの記録

データのハッシュなどを記録することでタイムスタンプとする

4cf4e5...

….

2bd98e...

Alice 0.2

382ab4...

9a8cba...

1c145b...

Bob 0.2

使用権

の移転

決済

IoTデバイス等

エビデンスが求められるデータが適合する

(31)

ブロックチェーン技術のレイヤー化が進む

下層:広く普及した技術への収斂する可能性が高い(Bitcoinなど)

上層:アセットの変換・ステート管理・認証・秘匿化など

技術標準化の動きも出始めている

パブリックチェーンを活かすツール・サービスの発展

相互変換・分析・監視・運用環境 etc…

プライベートチェーンの将来は未知数

ブロックチェーンのこれから

TCP/IP

HTTP, SMTP etc

Side Chain

Bitcoin/Altcoin

Colored Coins

FintechやIoTなどのアプリケーション

Bitcoin 2.0

ブロックチェーンの相互運用のプロトコル

Private

Chain

SSL, OAuth,

DKIM etc

インターンネットに例

えると…

(32)

参照

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