中央銀行から見たブロックチェーン技術の可能性とリスク

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ぎんとかりこめ
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1 IBM Blockchain Summit 中央銀行から見たブロックチェーン技術の可能性とリスク日本銀行決済機構局 FinTech センター長岩下直行本資料の内容や意見は発表者個人に属します日本銀行あるいは決済機構局の公式見解を示すものではありません

2 目次 1.Bitcoin, Blockchain and DLT 2.Bitcoinの誕生前史 3.Bitcoinの誕生 4.BlockchainとDLT 5. 主なユースケース 6.Blockchain 2.0とthe DAO 事件 7.Blockchainと中央銀行 2

3 1.Bitcoin, Blockchain and DLT 3

4 Bitcoin から始まったイノベーション概念の発生順にみれば Bitcoin Blockchain DLT(Distributed Ledger Technology) そこでまずは Bitcoin の歴史を訪ねてみる 4

5 2.Bitcoin の誕生前史 5

6 Satoshi Nakamoto 論文 (2008 年 ) 6

7 Bitcoin に先立って開発されていた主な技術 1985 年アカデミックな業績 1David Chaum, Blind Signature (1983) サービス提供者 ( サービス名 ) 1990 年 1995 年 2Haber Stornetta, Hash-chain Time Stamping (1991) 3 岡本太田, 理想的電子現金 (1993) 2Surety (Digital Notary, 1992) 1Digicash (ecash, 1994) 3NTT- 日銀金融研究所 (open-loop 型電子現金実験システム, 1996) 2000 年 4 松本岩村佐々木松木, ヒステリシス署名 (2000) 4 日立 ( 原本性保証システム, 2002) 2005 年 7

8 そもそも電子現金 (Electronic Cash) とはユニークな番号等によって個別に特定可能なデジタル情報を一種の紙幣 (= 電子紙幣 ) とみなしこれを送信することにより価値を移転する方式テシタル署名利用者技術的特徴点発行機関電子紙幣の発行電子紙幣の送信テシタル署名データベース照合電子紙幣の還流テシタル署名利用者セキュリティの基本思想発行機関は還流した電子紙幣をデータベースの情報と突合チェックすることによってその正当性を確認し二重使用を防止する利用者は相互に認証を行いながら電子紙幣を受け渡すことで価値を移転させるソフトウエアだけで実現することも IC カード等のデバイスを利用することも可能送信してもデータは消えないため発行機関がデータベースを構築し二重使用をチェックする必要があるほか利用者間の送受信等が複雑になりシステム構築管理のコストが高くなりがち仮に電子紙幣の偽造が発生したとしても発行機関に還流した時点で正当性がチェックされるため偽造の事実が見逃されることはなくシステム全体が崩壊するリスクは小さい利用者のプライバシーを保護する観点から偽造や二重使用が発覚した場合のみ実名の把握を可能とするような制御された匿名性の技術を利用することが可能 8

9 ecash は David Chaum が発明した blind signature と呼ばれる暗号技術により取引の匿名性を実現した closed-loop 型電子現金預金者 1. 乱数 x と r を生成 2. ハッシュ値 h(x)*r e を計算 3.h(x)*r e を銀行に送信 7.s[h(x)*r e ]*r -1 mod n =[h(x) d *r] *r -1 mod n = h(x) d mod n =s[h(x)] を計算 8.x と s[h(x)] を提示することで電子現金を支払えば銀行の署名が検証できるが x が銀行に還流しても匿名性を維持できる 1 Digicash 社の ecash 発行依頼発行支払い銀行 4. 預金者の口座から引落 5. デジタル署名 s[h(x)*r e ] =[h(x)*r e ] d mod n =h(x) d *r mod n を計算 6.s[h(x)*r e ] を預金者に送信加盟店 9.x と s[h(x)] を検証し受領 10.x と s[h(x)] を銀行に示し換金注 : (e,n) 及び (d,n) は各々銀行の RSA 暗号によるデジタル署名の公開鍵と秘密鍵 r -1 は r r -1 mod n=1 となる正整数還流 9

10 2 Surety 社の Digital Notary Digital Notaryはハッシュ値を連鎖させることで電子的なタイムスタンプを実現するサービス毎週ハッシュ値を新聞掲載することで信頼性を確保する仕組み TSA (Time Stamp Authority) ( 公表 ) Newspaper SRHk SRHi-1 SRHi= hash(srhi-1, RHi) SRHk 第 i round Y1=hash(X1, X2) RHi= hash(y1, Y2) Y2=hash(X3, X4) 利用者ハッシュ値 H1 を TSA に送付 X1=hash(H1, H2) X2=hash(H3, H4) X3=hash(H5, H6) X4=hash(H7, H8) H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 10

11 3NTT と日銀金融研究所による電子現金実験システム A 銀行発行依頼書 : 発行依頼書電子マネー発行機関 B 銀行利用者利用者利用者 ( 商店 ) 登録機関 ( 利用環境 ) コインを分割利用できるネットおよび商店店頭の双方で利用可能 ( セキュリティ対策の強化 ) IC カードの耐偽造性による事前対策と電子マネーへの属性情報の埋め込みによる事後対策の二重の対策を組み込み ( 現金のメリットの継承 ) 利用者間での転々流通が可能 ( open-loop 型 ) プライバシー保護の観点から取引の匿名性を実現 11

12 4 日立の原本性保証システム ( 経済産業省の汎用電子申請システムへの適用例 ) 原本性保証システムはヒステリシス署名を用いて電子文書の事後的な改竄を防止する仕組み電子文書のデジタル署名を生成する際にそれ以前の署名等を署名生成記録として署名に埋め込みすべての署名が相互に関連づけられることにより署名生成者自身でも偽造が困難となる ( 出典 ) ニューメディア開発協会研究成果レポート第 7 号 2002 年 7 月 12

13 Bitcoin の誕生前史を読み解くと Bitcoin が考案される前から Bitcoin の特徴である 1 乱数とデジタル署名を用いた電子現金 2 分割可能性 open-loop 性匿名性の付与 3 ハッシュ関数や署名の chain による改竄防止については様々な技術が考案され実装されていたことが分かるしかしシステムリソースの不足やコスト利便性の問題から当時はそれらの技術が広く普及することはなかった ecash は既存の通貨建てで発行された電子マネー的なものであったが Chaumian digital cash と呼ばれる模倣プロジェクトの中には独自の通貨単位を導入した仮想通貨的なものもあったそれらは全て特に注目されることもなく消滅している 13

14 3.Bitcoin の誕生 14

15 2009 年 1 月 9 日のメール 15

1,200 Bitcoin の価格と利用者数の推移ビットコインの交換価値と利用者数 1,200 利用者数 ( 万人 ) 中国人民銀行が金融機関によるビットコインの取り扱いを禁止 1,000 交換価値 (USD) Bitfinex65 億円盗難 1,000 800 半減期 (25 12.5BTC) 800 600 600 400 400 キプロス危機 Mt.

16 1,200 Bitcoin の価格と利用者数の推移ビットコインの交換価値と利用者数 1,200 利用者数 ( 万人 ) 中国人民銀行が金融機関によるビットコインの取り扱いを禁止 1,000 交換価値 (USD) Bitfinex65 億円盗難 1, 半減期 ( BTC) キプロス危機 Mt.Gox の破綻 /11/1 2012/12/1 2013/1/1 2013/2/1 2013/3/1 2013/4/1 2013/5/1 2013/6/1 2013/7/1 2013/8/1 2013/9/1 2013/10/1 2013/11/1 2013/12/1 2014/1/1 2014/2/1 2014/3/1 2014/4/1 2014/5/1 2014/6/1 2014/7/1 2014/8/1 2014/9/1 2014/10/1 2014/11/1 2014/12/1 2015/1/1 2015/2/1 2015/3/1 2015/4/1 2015/5/1 2015/6/1 2015/7/1 2015/8/1 2015/9/1 2015/10/1 2015/11/1 2015/12/1 2016/1/1 2016/2/1 2016/3/1 2016/4/1 2016/5/1 2016/6/1 2016/7/1 2016/8/1 2016/9/1 2016/10/1 2016/11/1 0 16

17 Bitcoin の発掘の仕組みビットコインは発行主体を持たずインターネット上の P2P ネットワークで情報が共有される誰でも利用者となることができソースコードや取引履歴の検証を可能とすることで信頼を確保計算能力を提供してシステム全体の維持管理に貢献すること (= 発掘 ) に対し一定の報酬が与えられるこの報酬を求めて専門業者が膨大な計算能力を投入して発掘を進めている 17

18 Bitcoin の半減期前後の相場変動 JPY/BTC 相場 Bitfinex 事件半減期 18

19 何故 Bitcoin が成功したのか 1 peer-to-peer による分散コンピューティングの採用 CPU ストレージ通信のコスト低下によって一般ユーザーが保有するインターネット上のリソースだけで稼働可能になった 2 Proof of Work(PoW) を基準とした報酬付与によるインセンティブ付けでビザンチン障害耐性を獲得 1 の結果生じる分散システム内の不整合を制御する手法を導入これも安価な CPU リソースが普及したために可能となったもの 3 独自通貨単位 (BTC) の採用による投資機会の提供決済手段として用いるのであれば法定通貨建ての方が便利だが交換価値を維持する費用が掛かるシステムを支えるマイニングの報酬の分だけ仮想通貨を追加発行して賄うことで外部からの費用投入なしにシステムを維持することが可能になったシステム維持費用の自給自足が可能な仕組みを構築できたことが現在の成功の一因と考えられる 19

20 その成功は今後も続くだろうかデジタル通貨は特定の個人や機関の負債ではなく当局による裏付けもないさらに本源的価値はゼロであり結果的にその価値は他の財サービスないしソブリン通貨に後日交換されるという信頼にのみ由来するしたがってデジタル通貨の保有者のほうがソブリン通貨の所有者よりも価格変動流動性リスクに起因するコストや損失に直面する可能性が高い (BIS/CPMI デジタル通貨報告書 <2015> より ) 20

21 4.Blockchain と DLT 21

22 Blockchain と DLT の定義を巡って Bitcoin が注目を集め類似の技法で新たな仮想通貨が開発されるようになると技術面に着目したそれらの総称として Blockchain という言葉が使われるようになったまたその技術を仮想通貨以外にも適用することが提案されるようになると Bitcoin そのものと深くリンクした Blockchain という用語からより汎用的な印象のある DLT(Distributed Ledger Technology) という用語が使われるようになった Blockchain と DLT について広く合意された定義があるわけではないが日本ブロックチェーン協会 (JBA) は以下のような狭義広義の Blockchain の定義を提唱しているビザンチン障害を含む不特定多数のノードを用い時間の経過とともにその時点の合意が覆る確率が 0 へ収束するプロトコルまたはその実装をブロックチェーンと呼ぶ電子署名とハッシュポインタを使用し改竄検出が容易なデータ構造を持ち且つ当該データをネットワーク上に分散する多数のノードに保持させることで高可用性及びデータ同一性等を実現する技術を広義のブロックチェーンと呼ぶ 22

23 Blockchain と DLT を巡る様々な理解英国政府レポート Distributed Ledger Technology: beyond block chain <2016> 日本ブロックチェーン協会 (JBA)<2016> BIS/CPMI デジタル通貨報告書 <2015> Bitcoin Blockchain Bitcoin 狭義 Blockchain Bitcoin デジタル通貨広義 Blockchain DLT 適用業務範囲がデジタル通貨からより一般的なものに拡大するところに注目して DLT を広く捉えているビザンチン耐性を持つものが狭義 Blockchain ビザンチン耐性を持たないが似たような構成をしていれば広義 Blockchain DLT DLT は分散型の決済メカニズム履行を可能とする中心的イノベーションを描写する一般的な用語として使われている 23

24 英国政府 DLT: beyond block chain の分類法スタート元帳のコピーは何部? 多数誰が元帳を利用できる? 誰でも元帳の完全性を維持するのは誰? 1 部所有者グループだけ信頼できる元帳管理者伝統的な元帳システム ( 例 ) 銀行預金システム参加者許可式プライベート型共有元帳参加者許可式パブリック型共有元帳ユーザーなら誰でも自由参加式パブリック型共有元帳出典 : Distributed Ledger Technology: beyond block chain, A report by the UK Government Chief Scientific Adviser,

25 プライベートなブロックチェーンとパブリックなブロックチェーンプライベート型コンソーシアム型パブリック型管理者単独の機関複数のパートナー存在せずノード参加者管理者による許可制管理者による許可制制限なし合意形成厳格ではないことが可能厳格ではないことが可能取引速度高速高速低速厳格であることが必要 (PoW PoS 等 ) 現在金融業界が実証実験のターゲットとしているブロックチェーン Bitcoin Ethereum 等の仮想通貨の基盤に利用されているとはいえ現在の金融業界の Bitcoin は危ないものだが private/consortium 型のブロックチェーンなら大丈夫という考え方は二重の意味で問題がある 1public 型の可能性を放棄 2consortium 型のブロックチェーンにおける合意形成問題 25

26 5. 主なユースケース 26

27 Blockchain の様々なユースケース技術の使い方 \ 分野 1. Bitcoin などを仮想通貨としてそのまま使う 2. Bitcoin などの元帳機能のみを利用する 3. オリジナルの分散元帳を構築する国際送金金融産業行政 CivicTech 証券ポストトレードサプライチェーン銀行勘定系システムの構築証券ポストトレード小切手の電子化 KYC/AML 貿易金融社会保障支払の改善国際援助の透明化サプライチェーン知財管理ヘルスケア消費税徴税事務の改善学位認定臨床試験の研究記録土地登記法人登記 27

9 万件の処理意図的なノードダウンによる負荷検証ハッキングプログラムを用いた検証 DR/BCP

28 住信 SBI ネット銀行の実証実験概要実験結果概要銀行勘定系を想定した実証実験検証項目大量口座検証高負荷時検証環境負荷検証改竄防止検証内容当社口座数を想定した 250 万口座を作成夜間バッチを想定した 9 万件の処理意図的なノードダウンによる負荷検証ハッキングプログラムを用いた検証 DR/BCP 分野において効果一方周辺アプリケーション領域に課題 ( 出典 ) 日本銀行金融高度化センターワークショップ提出資料 28

29 日本取引所の分散型台帳 WP から Blockchain ではなく分散型台帳技術 (DLT) と表記している 29

30 パブリック型ではなくコンソーシアム型を選択出典 : 日本取引所 JPX ワーキングペーパー金融市場インフラに対する分散型台帳技術の適用可能性について 2016 年 8 月 30

31 証券決済 DVP 実現の対応案安定したファイナリティと十分な発行量を保証する法定デジタル通貨を中央銀行が発行し DLT 上で取り扱う事を可能とすればこれらの問題を抜本的に解決する可能性がある出典 : 日本取引所 JPX ワーキングペーパー金融市場インフラに対する分散型台帳技術の適用可能性について 2016 年 8 月 31

32 6.Blockchain 2.0 と the DAO 事件 32

33 Bitcoin 以外の仮想通貨も注目される 33

34 Blockchain 2.0 近年ブロックチェーン 2.0 と呼ばれる新たなサービスが勃興している bitcoin のような仮想通貨としてのブロックチェーンを 1.0 とした時に契約の機能を果たすものを 2.0 と位置付ける呼称スマートコントラクトスマートプロパティ DAO (Decentralized Autonomous Organization) DAC (Decentralized Autonomous Corporation) 契約書をブロックチェーンに載せ契約を執行させる機能を持たせたもの資産契約書をブロックチェーンに載せたもので契約を執行させる機能はない分散型自動化組織スマートコントラクトをさらにまとめて自動執行するようにしたもの DAOの会社版出資をして株主のために配当を支払うこと等を自動的にブロックチェーン上で行うその一類型として DAO がある ( 一般名詞としての DAO) 34

35 The DAO とは The DAO( 固有名詞 ) はドイツの IoT ベンチャー企業である Slock.it 社が DAO( 一般名詞 ) のコンセプトを実証するために 2016 年 4 月 30 日に Ethereum 上に組成した事業ファンド組織を運営する役員を置かず Ethereum 上で出資したメンバーが投票によってガバナンスする仕組み Slock.it 社は IoT を活用したシェアリングエコノミーの展開を目指しておりスマートロック (IoT 接続された電子的な錠 ) が装備された車家などを Ethereum 決済によって利用可能とする事業を展開その一部は AirB&B でも活用されている The DAO は 2016 年 5 月に出資を募り 5 月 28 日までに人の投資家から約 156 億円を調達した 35

36 The DAO の基本構造投票 TheDAO Smart Contract Code JAVA に翻訳 TheDAO の基本契約 Ethereum Virtual Machine Ethereum 出資 The DAO のファンド 156 億円投資投資家投資物件 36

37 The DAO 事件 : 攻撃の手口 TheDAO Smart Contract Code Ethereum Virtual Machine Ethereum The DAO のファンド 156 億円 Attacker の出資分 The DAO のファンド split reward JAVA に翻訳 child DAO child DAO Attacker の出資分 + reward 総計約 50 億円 TheDAO の基本契約 1 回限りのはずの reward が Code のバグにより何回も繰返し送られてしまう Attacker の口座 7/17 Ethereum の Hard fork により阻止 37

38 The DAO 事件の教訓ブロックチェーンによる株式会社の再発明の試みはひとまず頓挫実験の最初から 156 億円もの資金を集めたのはリスクがあった既成の法制度に頼らない de-centralized な合意形成の仕組みが必要 / 有用であるとしてもその制度設計システム設計には更なる検討が必要問題発生と対応の過程でスマートコントラクトやブロックチェーンによる価値の保有そのものの問題が明らかにとはいえ IoT と連動した FinTech は有望と考えられており更なるチャレンジが予想されている 38

39 7.Blockchain と中央銀行 39

40 各国中央銀行がデジタル通貨に関心 40

41 銀行券銀行預金デジタル通貨基盤となる技術 AML プライバシー保護銀行券偽造防止技術対応困難対応不要不要銀行預金個人認証 + 勘定系対応可能対応困難必要デジタル通貨ブロックチェーン技術対応可能対応可能不要受渡における第三者の関与 41

42 Message from Governor Kuroda on the occasion of the establishment of the FinTech Center April 1, 2016 FinTech is gaining considerable attention in recent years as it applies new technologies -- including those of information and communications -- to innovative financial services. Considering that finance is closely associated with information, developments in information technology and its application can broaden the frontiers of financial services. In addition, such developments have the potential to improve the efficiency of financial services, and further bring a wide range of benefits to the economy as a whole through promoting new economic activities. In order to bring new products and services to life, the interaction of knowledge and creativity is extremely important. To foster FinTech and maximize its contribution to the economy as a whole, constructive and interactive communication among a wide range of players, including those affiliated with traditional finance industry and academic community, is required. Bearing this in mind, the Bank today established the FinTech Center within its Payment and Settlement Systems Department. The Bank aims to reinforce its efforts in which the developments of FinTech will contribute to enhancing financial services and achieving sustainable growth of Japan's economy. The Bank will also endeavor to play an active role as a catalyst for promoting interaction among financial practices and innovative technologies, research and study, and the needs of the economic society. The Center will serve as a hub for such interaction. I hope that a wide range of parties involved in financial innovations and FinTech will give support to and take full advantage of the Center's activities. Haruhiko Kuroda Governor of the Bank of Japan 42

43 日本銀行の FinTech 検討体制決済機構局金融機構局金融高度化センター金融機関 IT の見直し商流情報データの活用 FinTech センターブロックチェーン技術オープン API 決済高度化金融研究所情報技術研究センター暗号技術電子マネー生体認証国際標準化その他の関係局 FinTech ネットワーク 43

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