どのタイプのデジタル元帳とデータベースがブロックチェーンテクノロジーですか

キーポイント：

• ブロックチェーンテクノロジーは、分散型台帳データベースを基本的に利用しています。従来の銀行が使用しているような単一の集中データベースではありません。
• この分散された性質により、非常に安全で、単一の故障ポイントに耐性があります。
• さまざまなブロックチェーンタイプが存在し、それぞれがユニークなコンセンサスメカニズムとデータ構造を採用し、機能とアプリケーションに影響を与えます。
• 基礎となるデータ構造とアルゴリズムを理解することは、ブロックチェーンの可能性と制限を評価するために重要です。

ブロックチェーンテクノロジーとは、どのタイプのデジタル元帳とデータベースですか？

ブロックチェーンテクノロジーは、革新的なタイプの分散デジタル元帳です。単一のエンティティが管理する従来のデータベースとは異なり、ブロックチェーンは、ネットワーク内の複数のコンピューター（ノード）に広がる共有された複製されたデータベースです。この分散構造は、その決定的な特徴であり、そのセキュリティと透明性の原因です。各トランザクションは「ブロック」として記録され、暗号化ハッシュを使用して前のブロックに鎖でつながれ、不変の年代順の記録を作成します。

「元帳」という用語は、財務台帳のように機能し、トランザクションを追跡するため、適切です。ただし、金融取引に限定されません。あらゆるタイプのデータを記録できます。ブロック内のデータは通常、機密性と整合性を確保するために暗号化されます。

データベースの側面は非常に重要です。ブロックチェーンは、トランザクションの全歴史を保存し、透明で監査可能な記録を提供します。これは、アクセスと変更制御が単一の管理者の手に集中している集中データベースとは対照的です。ブロックチェーンの分散的な性質により、操作や検閲に対してはるかに耐性があります。

さまざまなブロックチェーンタイプには、さまざまなデータベース構造とデータモデルが採用されています。たとえば、一部のブロックチェーンは単純なキー価値ストアを使用していますが、他のブロックチェーンはより複雑なグラフデータベースを利用してデータポイント間の関係を表しています。データベース構造の選択は、アプリケーションの特定の要件に依存します。

ブロックチェーンの固有の不変性は大きな利点です。ブロックがチェーンに追加されると、検出せずに変更または削除することは不可能ではないにしても非常に困難です。これは、ブロックの暗号化のリンクと元帳の分布の性質によるものです。各ノードは、ブロックチェーンのコピーに追加する前に、新しいブロックの有効性を個別に検証します。

コンセンサスメカニズムとデータベースへの影響：

ブロックチェーンに新しいブロックが追加される方法は、コンセンサスメカニズムによって支配されます。これらのメカニズムは、新しいトランザクションとブロックの有効性に関するノード間の一致を確保するために設計されたアルゴリズムです。異なるコンセンサスメカニズムには異なるプロパティがあり、データベースのパフォーマンス、セキュリティ、およびスケーラビリティに影響します。

• Bitcoinが使用するこのメカニズムは、ワークの実装（POW）では、ブロックを追加するために計算的に集中的な問題を解決するためにノードを必要とします。これによりセキュリティが保証されますが、エネルギー集約型になる可能性があります。データベースは比較的ゆっくりと更新されます。
• Proof-of-Stake（POS）： CardanoのようなPOSシステムでは、ノードが選択するようにノードが選択されています。これは一般に、POWよりもエネルギー効率が高くなります。データベースの更新は高速になる可能性があります。
• 委任されたProof-of-Stake（DPOS）： DPO、EOSに雇用されているDPOは、取引を検証する選出された代表者に対する投票権を代表します。これにより、トランザクションの速度が高速になりますが、集中化に関する懸念が高まります。

コンセンサスメカニズムの選択は、データベースのパフォーマンス特性に直接影響し、トランザクションスループットやレイテンシなどの要因に影響を与えます。

ブロックチェーン内のデータ構造：

基本的なブロック構造を超えて、ブロックチェーン内でさまざまなデータ構造が使用され、機能と効率が向上します。これらには以下が含まれます：

• Merkle Trees：これらの階層データ構造は、大量のデータを効率的に要約し、ブロック内のトランザクションインクルージョンの迅速な検証を可能にします。
• ブルームフィルター：ブロックチェーンにトランザクションが存在するかどうかをすばやく確認するために使用される確率的データ構造により、検索効率が向上します。
• パトリシアの木：これらの木のような構造は、いくつかのブロックチェーンで使用され、アカウントの残高やその他のデータを保存して効率的に取得します。

これらの基礎となるデータ構造を理解することは、ブロックチェーンデータベースがどのように機能し、パフォーマンスを最適化するかを把握するために不可欠です。データ構造の選択は、特定のアプリケーションとそのパフォーマンス要件に依存します。さまざまなブロックチェーンでは、これらまたは他のデータ構造の組み合わせを使用して、パフォーマンス特性を最適化する場合があります。

一般的な質問と回答：

Q：ブロックチェーンはリレーショナルデータベースですか？

A：伝統的な意味ではありません。データを保存しますが、SQLデータベースなどのテーブルや構造化されたクエリを使用してリレーショナルモデルを使用しません。これは、分散型台帳または付属のみのデータベースとしてより正確に説明されています。

Q：ブロックチェーンでデータはどのように保護されていますか？

A：データセキュリティは暗号化を通じて保証されます。各ブロックは、暗号化のハッシュを使用して前のブロックにリンクされているため、検出せずにデータを改ざんすることが非常に困難です。障害の単一のポイントが存在しないため、元帳の分散された性質はセキュリティをさらに強化します。

Q：ブロックチェーンテクノロジーは、非クリプト通貨アプリケーションに使用できますか？

A：絶対に。ブロックチェーンの機能は、暗号通貨をはるかに超えています。サプライチェーン管理、投票システム、ヘルスケア記録、および安全で透明なデータ管理を必要とする他の多くの分野でアプリケーションを見つけています。不変性と透明性の機能は、これらのコンテキストで非常に価値があります。

Q：ブロックチェーンテクノロジーの制限は何ですか？

A：スケーラビリティは、多くのブロックチェーン、特にPOWを使用しているブロックチェーンにとって課題のままです。コンセンサスメカニズムに応じて、トランザクション速度は遅くなり、エネルギー消費が高くなる可能性があります。ブロックチェーンを取り巻く規制と法的フレームワークはまだ進化しています。

Q：ブロックチェーンは従来のデータベースとどのように異なりますか？

A：従来のデータベースは集中化され、単一のエンティティによって管理されており、単一の障害点が発生しやすくなります。ブロックチェーンは分散化されており、複数のノードに分布しているため、検閲や操作に非常に回復力があり、耐性があります。ブロックチェーンデータの不変性ももう1つの重要な違いです。