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ブロックチェーン技術が次第に知名度を広げてきました。これは、データをブロックという塊にして次々に鎖のように繋げていく形になっています。これにより改ざんに強い構造を実現し、これまでになかった新しい仕組みを実現することができるようになりました。これに伴い、ブロックチェーンをプログラミングできる人材の需要も高まっています。

この記事では、ブロックチェーンのプログラミングに関心を持っている方に向けて、そのプログラミングに必要な基礎知識からその難易度まで解説します。

ブロックチェーンの生い立ち

二進数

ビットコインをはじめとする仮想通貨の認知度の上昇により、ブロックチェーン技術への関心も高くなってきました。もともとブロックチェーン技術はビットコインの基盤技術として考案され、サトシナカモトという謎の人物により、暗号技術のメーリングリストに公開された論文によって公になりました。その論文のタイトルは『Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System』です。その後、その論文の有用性に気づいた複数の有志たちによってビットコインとして具体化されました。

そのため、ブロックチェーン技術はそれ単体として生まれたのではなく、論文のタイトルにある通り、ビットコインを実現するための技術として登場したものです。

続く人々によって、ビットコインのブロックチェーン技術を応用して、より複雑な処理が可能になるよう改良されたブロックチェーンが開発されたり、より早い処理ができる仕組みが考案されたりすることでさまざまなバリエーションが生まれました。

ブロックチェーンの構成技術

黒いキーボード

ブロックチェーンはデータの塊をブロックとして、そのブロックを要約したデータを次のブロックに取り込み繋げていくことで、データの前後関係を保ちながら一貫性を保つ構造をしています。このため、特定のデータが改ざんされたとしても、そのデータを含むブロックの後ろに続くブロックのデータが全て変わってしまうため、ネットワークの参加者によって気づかれてしまいます。

この仕組みを実現するため実に多くの構成技術を持っています。以下ではそのうちのいくつかを紹介します。

暗号技術

ブロックチェーン技術の中には、数多くの暗号技術が用いられています。ハッシュ関数や楕円曲線暗号は特に頻出の暗号技術です。

ハッシュ関数は、特定の入力データを一定の長さの値に変換できる関数です。大きな特徴の1つとして、出力された値からは入力値を逆算できないことが挙げられます。この特徴を生かして、ブロックチェーンのありとあらゆる部分で利用されています。

また、楕円曲線暗号もブロックチェーンでは重要な暗号技術で、高度な数学理論を利用して、逆算することが非常に困難な出力データを得ることができます。楕円曲線暗号はブロックチェーンの中でも、秘密鍵と呼ばれる絶対に外部に漏らしてはいけないデータを、公開鍵と呼ばれる公開できるデータに変換する際に利用されています。

公開鍵暗号方式

公開鍵暗号方式は、簡単にまとめると、秘密鍵という自分で管理すべきデータと、公開鍵というオープンにできるデータの両方を使うことで、やりとりしているデータの正しさを証明する暗号方式です。ブロックチェーンにおいてやりとりしているデータが正しいかどうかは死活問題のため、非常に重要な構成技術と言えます。

P2Pネットワーク

P2PはPeer(仲間) to Peer(仲間)の略で、P2Pネットワークとは対等な立場にあるコンピューター同士の連携で成立するネットワークのことです。既に紹介したサトシナカモトによるビットコインの最初の論文のタイトルにも、P2Pという単語が入っているように、ブロックチェーン技術の根幹はP2Pネットワークです。

P2Pネットワークは、中央制御する存在がおらず、ネットワークに参加しているコンピューター同士の相互通信によって成立しています。そのため、いくつかのコンピューターがダウンしたとしても、システム全体は健全でいられるといったメリットがあります。

コンセンサスアルゴリズム

コンセンサスアルゴリズムは、P2Pネットワーク上で特定の合意形成をして確定するために必要な手続きのことです。例えば、ビットコインのブロックチェーンの場合だとProof of Work(PoW)というコンセンサスアルゴリズムが採用されています。このアルゴリズムはサトシナカモトの論文で触れられているものです。

PoWは、ある特定の計算を不特定多数が同時に行い最初に答えを出した人の計算結果を採用するといった方式を取っています。最初に計算に成功した人には、報酬が与えられる仕組みになっています。

現在では、PoW以外にもProof of StakeやProof of Importance、Proof of Consensusといったさまざまなバリエーションが考案され、実際に実装されています。

スマートコントラクト

スマートコントラクトはブロックチェーン上で処理が自動的に実行される機能のことです。ビットコインのブロックチェーンでは極めて単純な処理しか実行できませんでした。それをより複雑な処理ができるように拡張させたブロックチェーンが次々と誕生しました。代表格はEthereum(イーサリアム)やNEO(ネオ)などといったものが挙げられます。このようなブロックチェーン上で構築されたアプリケーションはDapps(分散型アプリケーション)と呼ばれています。

複雑な処理をプログラミングによって自動的に実行できるようになったことのインパクトは非常に大きく、さまざまな業界で利用されるようになっています。例えば、食品のトレーサビリティでは早い段階で利用されています。トレーサビリティは追跡可能性と訳し、生産物の生産された時点から流通、小売、最終消費者まで一貫して、怪しい動きがないかを確認できることを言います。ブロックチェーンの改ざんに強い性質を利用することで、食品が生産されてから消費者の口に入るまでに安全な管理の元、流通したのかを随時追跡できるようになりました。

また、スマートコントラクトはゲームでも利用されています。ゲーム内のコインや所有物、アイテムなどの資産の動きをブロックチェーン上に記録しつつ運用することができるため、あたかも本物のお金やアイテムのように取引をすることができます。このことで、よりリアルなゲーム体験をすることができ、1つの経済圏を作り出すことが可能です。

このようにスマートコントラクトのプログラミングができることは、全く新しい経済圏や仕組みをつく出すことができるのです。

ブロックチェーンのプログラミング、難易度は?

黒い机の上のパソコン

ここまでブロックチェーンの生い立ちから構成技術、スマートコントラクトのように基本的な概念について触れてきました。ではここからは、ブロックチェーンのプログラミングの難易度はどのくらいなのかを考えてみましょう。

とは言え、ブロックチェーンのプログラミングには、大きく2つの方向性が存在します。ここまでお読みいただいたみなさんであれば、なんとなくお気づきかもしれませんが、ブロックチェーンそのもののプログラミングとスマートコントラクトのプログラミングは別の世界の話です。そのため以下ではこの2つを分類して解説します。

ブロックチェーンそのもののプログラミング

ブロックチェーンそのもののプログラミングとは、最初に紹介したサトシナカモトの論文を読んでビットコインを作り上げたように、ブロックチェーン自体をゼロから構築することです。既に紹介した通り、ブロックチェーンの構成技術は多種多様でそれぞれに高い専門性を必要とします。そのため、このタイプのプログラミングの難易度は非常に高いというべきでしょう。

このタイプのプログラミングが必要なのはどのような場面でしょうか。例えば、現在でも多くの仮想通貨がハードフォークを行なっています。ハードフォークとは、ブロックチェーン全体のアップデートのようなもので、場合によっては仮想通貨が2つに分裂することもあります。この事態になった時、対応に追われるのは仮想通貨取引所です。

仮想通貨取引所は、ハードフォークするブロックチェーンについて取引を間違いなく行なったり成立させたりするため、さまざまな処理を行います。このような場面ではブロックチェーンそのもののプログラミングスキルが必要となります。

スマートコントラクトのプログラミング

スマートコントラクトのプログラミングは基本的に既に存在するブロックチェーン上で実行されるプログラムを書くため、ブロックチェーンそのもののプログラミングに比べて難易度はグッと下がります。極端に言えば、記事の前半で紹介したブロックチェーンの仕組みを知らなくてもある程度までは実行することができます。

しかし、ユーザーフレンドリーなDappsを開発を目指したり、トラブルに対処したりする場合は、ブロックチェーンの技術面をある程度は理解しておく必要があるでしょう。

スマートコントラクトをプログラミングする際は、基盤とするブロックチェーンで採用されているプログラミング言語を使うこととなります。そのため、その言語を習得するコストが必要となりますが、一旦マスターしてしまえば、さまざまなDAppsを開発することが可能です。

まとめ

この記事ではブロックチェーンのプログラミングに関して、必要となる基礎知識からそのプログラミングの難易度まで解説してきました。ブロックチェーン技術は仮想通貨にとどまらない大きな可能性を期待されており、その力をひきだせる人材が望まれています。ブロックチェーンそのもののプログラミングは難易度が高く、スマートコントラクトのプログラミングは比較的難易度が低いため、手をつけられそうな部分からチャレンジして、ブロックチェーンの世界に一歩踏み出してみませんか。

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