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今話題のブロックチェーンを AWS で実現する仕組みをグラレコで解説

2020-02-03

AWS 最新ドキュメント紹介

Author : 安田茂樹

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本連載では、様々な AWS サービスをグラフィックレコーディングで紹介する awsgeek.com を、日本語に翻訳し、図の解説をしていきます。第 1 回目は「Amazon Managed Blockchain」を使ったブロックチェーンの仕組みについてご紹介します。

※ awsgeek.com は Amazon Web Services, Inc. プリンシパル・テクニカル・エバンジェリスト、ジェリー・ハーグローブが運営しているサイトです。

今話題のブロックチェーン。
興味はあるけどなんだか難しそう…と敬遠していませんか？

AWS では、「Amazon Managed Blockchain」という、フルマネージド型サービスを提供しています。フルマネージド型サービスとは、基本的なインフラ部分は AWS が設定・管理するサービスのことです。そのため利用者側での機器の購入やインフラの準備は不要。たった数クリックで小規模〜大規模なブロックチェーンを構築できるため、ブロックチェーンを始めるハードルが低くなっています。

では、ブロックチェーンがどのように成り立つのか、図とともに見ていきましょう。

そもそもブロックチェーンとは何 ?

ブロックチェーンは「分散型台帳技術」と呼ばれ、ネットワークに参加している全てのメンバーが過去の全てのトランザクション (取引) 記録の同一のコピー (台帳と呼びます) を保持する技術のことです。そのため、参加メンバーのうち何人かの台帳が壊れたとしても、他のメンバーが全く同じ台帳のコピーを持っているため、過去の記録が消えることがなく、継続して取引が行えます。

「耐障害性が高い」、「改ざんが困難」という特徴があるため、今後の企業間・個人間の取引技術として注目されています。

また、ブロックチェーンには大きく分けて 3 つの種類があります。

パブリックチェーン : 誰でも参加できるオープンなブロックチェーン。管理者が存在せず、世界中の不特定多数がお互いに承認し合うブロックチェーンの仕組みです。Bitcoin や Ethereum をはじめとするブロックチェーンはパブリックチェーンの仕組みを採用しています。
プライベートチェーン : 許可されたユーザーのみが参加できる閉じられたブロックチェーン。単一の企業または組織内で運営されます。管理者が存在します。
コンソーシアムチェーン : 許可されたユーザーのみが参加できる閉じられたブロックチェーン。　複数の企業または組織にまたがって運営されます。複数の管理者が存在します。

AWS が提供しているブロックチェーンのサービス

AWS のフルマネージド型サービス「Amazon Managed Blockchain」を使うと、AWS アカウントをお持ちの複数の企業間または個人間で、オープンソースソフトウェアの「Hyperledger Fabric」を使った「コンソーシアムチェーン」が構築できます (2020 年 1 月現在)。

Hyperledger Fabric には「チャネル」と呼ばれる 1 つのネットワークを分割して、データの共有範囲を設定できる仕組みがあるため、全メンバーに取引情報を見られる心配が無く、取引ごとに必要なメンバー間だけで情報を共有できます。企業間・個人間のプライベートな取引に適しています。

ブロックチェーンの構成要素

一般的に、ブロックチェーンは以下の 3 つの構成要素から成り立っています。

スマートコントラクト
合意形成の仕組み
台帳

それぞれの構成要素について見ていきましょう。

「スマートコントラクト」とは

スマートコントラクトとは、トランザクション (取引) 内容および履行条件を事前にプログラム言語でコードに記載しておき、履行条件が満たされた際に自動的にトランザクションが実行される仕組みの事です。

例：自動販売機で、利用者が 100 円入れたら (履行条件)、ジュースを出す (トランザクションの実行)。

なお、Hyperledger Fabric ではスマートコントラクトの事を「チェーンコード」と呼びます。

「合意形成の仕組み」とは

ブロックチェーンでは、事前に決められた合意アルゴリズムに基づき合意形成されます。

この図では、メンバーの 3 分の 2 以上が承認し、かつ全員が正しい台帳を保持している場合に合意が成立するアルゴリズムの例を示しています。

「台帳」とは

各トランザクションの記録 (ブロック) がチェーンでつながった集合体を「台帳」と呼びます。ブロックチェーン内の全メンバーが同一の台帳 (過去の全トランザクション履歴) を保持しています。(図の 1)

一方、現時点の価値情報 (預金残高など) は、ステート DB と呼ばれるデータベースに保持されています。(図の 2)

それでは具体的に Hyperledger Fabric を使ったトランザクションの流れを見ていきましょう。

トランザクションには 3 つのコンポーネントが関わっています。

トランザクションのプロポーザル (取引の提案) を送信する Amazon EC2 クライアント
プロポーザルを検証・承認する複数の Peer ノード
トランザクションの順序付け (Ordering) をし、ブロックチェーンネットワーク内の Peer ノードに送信する Ordering サービス

上の図の 1〜6 までのトランザクションの流れは次のようになります。

送信側の EC2 クライアントは、トランザクションのプロポーザルを Peer ノードに対し送信します。
Peer ノードはチェーンコードでトランザクションのシミュレーションを行います。
Peer ノードは署名つきの YES または NO の応答を行います。これをエンドースメントと呼びます。
EC2 クライアントはエンドースメントを含むトランザクションを Ordering サービスに転送します。
Ordering サービスは EC2 クライアントからエンドースメントを含むトランザクションを受け取った後、順序づけ (Ordering) を行い、ブロックを作成します。その後、全ての Peer ノードに作成したブロックを送付し、検証させます。
全ての Peer ノードは、ブロックを受け取った後検証し、ブロックをそれぞれのチェーンに追加 (コミット) します。

以上の流れでトランザクションが完了します。

では、Hyperledger Fabric のネットワーク構成はどのようになっているのでしょうか。