ブロックチェーンとデータベースの違いは何ですか？

ブロックチェーンのコア構造を理解する

ブロックチェーンは、暗号化されたハッシュを使用してリンクされた一連の不変のブロックにデータを記録する分散型デジタル元帳です。各ブロックには、トランザクションまたはレコードのリスト、タイムスタンプ、およびハッシュを介した前のブロックへの参照が含まれています。この構造により、データがブロックに書き込まれると、その後のすべてのブロックを変更する必要があることが保証されます。ブロックチェーンの最も顕著な特徴は、その分散型の性質です。つまり、チェーン全体を制御する単一のエンティティはありません。代わりに、ブロックチェーンのコピーは、ピアツーピアネットワーク内の複数のノードにわたって維持されます。これらのノードは、仕事の証明（POW）や株式証明（POS）などのコンセンサスメカニズムを通じて、新しいブロックを検証および伝播します。

従来のシステムとは対照的に、ブロックチェーンは、変更を認証するために中央当局に依存していません。ネットワークのすべての参加者は、独立してトランザクションを検証できます。システムの透明性により、アクセスできる人なら誰でもトランザクション履歴全体を表示できます。不変性は重要な特性です。データが確認され、ブロックチェーンに追加され、変更または削除することはできません。これにより、ブロックチェーンは、暗号通貨取引、サプライチェーン追跡、スマートコントラクトなど、監査可能性と信頼を必要とするアプリケーションに非常に適しています。

従来のデータベースがどのように構造化されているか

データベースは、電子的に保存およびアクセスされるデータの編成されたコレクションです。ほとんどのデータベースは、集中アーキテクチャを使用しています。つまり、単一のサーバーまたはクラスターのサーバーがすべてのデータ操作を管理します。ユーザーは、クエリ、更新、セキュリティを処理するデータベース管理システム（DBMS）を介してデータベースと対話します。一般的なタイプには、行と列のあるテーブルを使用するリレーショナルデータベース（MySQLやPostgreSQLなど）、および柔軟なドキュメントベースの構造をサポートするNOSQLデータベース（MongoDBなど）が含まれます。

ブロックチェーンとは異なり、データベースは操作を読み取り、書き込み、更新、削除することを許可します。データは、認定ユーザーによっていつでも変更または削除できます。アクセス制御は、ユーザー許可と認証プロトコルを介して実施されます。データベースの速度と効率は、一般にブロックチェーンよりもはるかに高くなります。これは、トランザクションごとに複数のノードにわたってコンセンサスを必要としないためです。ただし、この効率は集中化のコストでもたらされます。単一の失敗ポイントがあり、データベースを管理する管理者または組織に信頼を置く必要があります。

コンセンサスメカニズムと集中制御

最も重要な違いの1つは、変更の検証方法にあります。ブロックチェーンでは、元帳に追加するたびに、コンセンサスメカニズムを通じて合意する必要があります。例えば：

• 仕事の証明において、鉱夫は複雑な数学的パズルを解決してトランザクションを検証し、新しいブロックを作成するために競争します。
• ステークの証明では、バリデーターは、担保として「利害関係」である暗号通貨の量に基づいて選択されます。

これらのメカニズムにより、単一の参加者が元帳を操作できないことが保証されます。このプロセスは透明であり、すべてのネットワーク参加者が検証可能です。この分散契約モデルは、仲介者の必要性を排除します。

対照的に、データベースは集中制御に依存しています。データベース管理者（DBA）または事前定義された一連のルールは、変更を加えることができる人を支配します。信頼が中央当局に置かれているため、コンセンサスの必要はありません。これにより、トランザクション処理が速くなりますが、中央サーバーが失敗した場合、データの改ざん、検閲、システムのダウンタイムなどのリスクが導入されます。

データの不変性と編集可能性

不変性は、ブロックチェーンの決定的な特性です。トランザクションが確認され、ブロックに埋め込まれると、変更することは事実上不可能になります。これは、暗号化とネットワークの分散性を通じて実施されます。誰かが以前のブロックでレコードを変更しようとすると、そのブロックのハッシュが変更され、後続のすべてのブロックが無効になります。ネットワーク内のノードは、攻撃者がネットワークのコンピューティングパワーの51％以上を制御しない限り、そのようなチェーンを拒否します。これは、 51％の攻撃として知られるシナリオであり、非常に費用がかかり、実行が困難です。

一方、データベースは、柔軟性と編集可能性のために設計されています。レコードは、必要に応じて更新、上書き、または削除できます。これは、修正が必要な銀行システムや、投稿が編集されるコンテンツ管理システムなどのアプリケーションに不可欠です。データベースはロギングまたは監査証跡を実装できますが、これらはオプションであり、管理者が無効または操作することができます。データを変更する機能により、データベースは動的環境でより実用的になりますが、永続的な改ざん防止レコードを必要とするシナリオには適していません。

パフォーマンスとスケーラビリティの考慮事項

ブロックチェーンは通常、従来のデータベースと比較してトランザクションスループットが低くなっています。たとえば、Bitcoinは1秒あたり約7回のトランザクション（TPS）を処理しますが、イーサリアムはネットワークの輻輳に応じて約15〜30 TPを処理します。対照的に、OracleやGoogle Spannerなどの最新のデータベースは、数万のTPSを処理できます。理由は、コンセンサス、暗号化の検証、およびノード全体のデータ複製のオーバーヘッドにあります。

スケーラビリティは、多くのブロックチェーンネットワークにとって課題のままです。 Layer-2プロトコル（BitcoinのLightning Network、Ethereumの楽観的なロールアップ）などのソリューションは、メインチェーンからのトランザクションをオフロードして速度を向上させることを目的としています。ネットワークが小さなパーティションに分割されているシャードは、別のアプローチが調査されています。

データベースは、集中設計により、本質的にスケーラブルです。これらは、インデックス、キャッシュ、および水平または垂直のスケーリングを通じて最適化できます。ただし、分散化やセキュリティを損なうことなくブロックチェーンをスケーリングすることは、複雑なエンジニアリングの課題です。

ユースケースとアプリケーションの適合性

ブロックチェーンは、信頼、透明性、および不変性が最も重要なアプリケーションに最適です。例は次のとおりです。

• 暗号通貨取引。ユーザーは銀行に依存せずに所有権を検証する必要があります。
• 条件が満たされたときに契約を自動的に実行するEthereumのようなプラットフォームでのスマートコントラクト。
• 製品の旅のすべてのステップが記録され、検証可能なサプライチェーン追跡。

データベースは、高速データ処理と頻繁な更新を必要とするアプリケーションに適しています。これらには以下が含まれます：

• 在庫とユーザーのデータが絶えず変化するeコマースプラットフォーム。
• 迅速なコンテンツ配信とユーザーの相互作用が必要なソーシャルメディアネットワーク。
• エンタープライズリソースプランニング（ERP）システム。データの精度とリアルタイムの更新が重要です。

両方のテクノロジーがデータを保存していますが、彼らの設計哲学は根本的に異なるニーズに対応しています。それらを選択することは、分散化とセキュリティが速度と柔軟性の必要性を上回るかどうかによって異なります。

よくある質問

ブロックチェーンは通常のデータベースのように使用できますか？はい、しかし制限があります。ブロックチェーンはデータを保存できますが、頻繁に読み取り/書き込み操作に最適化されていません。コンセンサスの要件により、データの挿入は遅く、高価です。データの整合性と監査可能性がパフォーマンスよりも重要である場合に使用するのが最適です。

ブロックチェーンからデータを削除することは可能ですか？いいえ。ブロックチェーン上のデータは、設計により不変です。録音したら、削除することはできません。一部のブロックチェーンバリエーションにより、データは新しいトランザクションを通じて「無効」として「マークされている」ことができますが、元のレコードは元帳の歴史では表示されています。

すべてのブロックチェーンはBitcoinと同じように動作しますか？いいえ。Bitcoinは仕事の証明を使用していますが、他のブロックチェーンでは、株式の証明、委任された株式の証明、ビザンチンの断層許容度などのさまざまなコンセンサスモデルを使用しています。さらに、一部のブロックチェーンは許可されています。つまり、Bitcoinのオープンで許可されたネットワークとは異なり、認定された参加者のみが参加できることを意味します。

データベースをブロックチェーンのように分散化することはできますか？技術的には、はい。 IPFのようなシステムと分散データベースを組み合わせて、部分的な分散化を実現できます。ただし、特別に設計されていない限り、組み込みのコンセンサスと暗号化の不変性がありません。信頼のない検証を使用した真の分散化は、ブロックチェーンのユニークな機能のままです。