JP6931331B2 - Blockchain management system, blockchain management method and blockchain management program - Google Patents

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本発明は、複数のブロックチェーンを管理するためのシステム、方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a system, method and program for managing a plurality of blockchains.

従来、分散データベースであるブロックチェーンは、改竄が困難なデータ記録方式として、様々なシステムへの活用方法が提案されている(例えば、非特許文献1〜3参照)。 Conventionally, a blockchain, which is a distributed database, has been proposed as a data recording method that is difficult to falsify, and is used in various systems (see, for example, Non-Patent Documents 1 to 3).

Satoshi Nakamoto. Bitcoin: A peer−to−peer electronic cash system, 2008.Satoshi Nakamoto. Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system, 2008. Sompolinsky, Y., Zohar, A.: Accelerating bitcoin’s transaction processing. Fast money grows on trees, not chains. IACR Cryptology ePrint Archive 2013 (2013)881.Somplinsky, Y. et al. , Zohar, A. : Accelerating bitcoin's transaction processing. Fast money grows on trees, not chains. IACR Cryptography ePrint Archive 2013 (2013) 881. Lewenberg, Y., Sompolinsky, Y., Zohar, A.: Inclusive block chain protocols. In:Financial Cryptography and Data Security − 19th International Conference, FC2015, San Juan, Puerto Rico, January 26−30, 2015, Revised Selected Papers. (2015)528−547.Lewenberg, Y. et al. , Somplinsky, Y. et al. , Zohar, A. : INCLUSIVE block chain protocols. In: Financial Cryptography and Data Security-19th International Convention, FC2015, San Juan, Puerto Rico, January 26-30, 2015, Selected Paper. (2015) 528-547.

ところで、通常、ブロックチェーンでは、記録されたデータの正当性を保証するために、所定のコンセンサス・アルゴリズムによって利用者全体の合意形成を行うが、この処理は、演算及び通信のコストが大きかった。
また、複数の組織によってローカルなブロックチェーンがそれぞれ運用されると、各ブロックチェーンの規模の低下に伴って信頼性が低下すると共に、全体のコストが増大していた。
By the way, in blockchain, in order to guarantee the correctness of recorded data, consensus building is usually performed by a predetermined consensus algorithm for all users, but this process requires a large amount of calculation and communication costs.
In addition, when local blockchains are operated by a plurality of organizations, reliability decreases as the scale of each blockchain decreases, and the overall cost increases.

本発明は、低コストで複数のブロックチェーンそれぞれの信頼性を向上できるブロックチェーン管理システム、ブロックチェーン管理方法及びブロックチェーン管理プログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a blockchain management system, a blockchain management method, and a blockchain management program that can improve the reliability of each of a plurality of blockchains at low cost.

本発明に係るブロックチェーン管理システムは、複数のノードがそれぞれ、互いに異なるブロックチェーンを構成するブロックチェーン管理システムであって、各ノードは、他のノードのブロックチェーンに収納されたブロックから、ランダムに1以上のブロックを選択し、当該ブロックのハッシュ値を取得する選択部と、自身が直前に生成したブロックのハッシュ値に加えて、前記選択部により選択された前記1以上のブロックのハッシュ値を含めて、新たなブロックを生成する生成部と、を備える。 The blockchain management system according to the present invention is a blockchain management system in which a plurality of nodes form blockchains different from each other, and each node is randomly selected from blocks stored in the blockchains of other nodes. In addition to the selection unit that selects one or more blocks and acquires the hash value of the block and the hash value of the block that it generated immediately before, the hash value of the one or more blocks selected by the selection unit is added. Including, it includes a generation unit that generates a new block.

前記選択部は、所定期間内に生成されたブロックから選択してもよい。 The selection unit may be selected from blocks generated within a predetermined period.

前記ブロックチェーン管理システムは、前記他のノードのブロックチェーンに収納されたブロックのハッシュ値を一時記憶するバッファ部を備えてもよい。 The blockchain management system may include a buffer unit that temporarily stores the hash value of a block stored in the blockchain of the other node.

前記選択部は、前記直前に生成したブロックのハッシュ値の少なくとも一部を入力とした選択関数により、前記1以上のブロックを選択してもよい。 The selection unit may select one or more blocks by a selection function in which at least a part of the hash value of the block generated immediately before is input.

本発明に係るブロックチェーン管理方法は、複数のノードがそれぞれ、互いに異なるブロックチェーンを構成するブロックチェーン管理方法であって、各ノードは、他のノードのブロックチェーンに収納されたブロックから、ランダムに1以上のブロックを選択し、当該ブロックのハッシュ値を取得する選択ステップと、自身が直前に生成したブロックのハッシュ値に加えて、前記選択ステップにおいて選択された前記1以上のブロックのハッシュ値を含めて、新たなブロックを生成する生成ステップと、を実行する。 The blockchain management method according to the present invention is a blockchain management method in which a plurality of nodes form blockchains different from each other, and each node is randomly selected from blocks stored in the blockchains of other nodes. In addition to the selection step of selecting one or more blocks and acquiring the hash value of the block and the hash value of the block generated immediately before itself, the hash value of the one or more blocks selected in the selection step is added. Including, the generation step to generate a new block, and the execution of.

本発明に係るブロックチェーン管理プログラムは、複数のノードがそれぞれ、互いに異なるブロックチェーンを構成するためのブロックチェーン管理プログラムであって、各ノードに、他のノードのブロックチェーンに収納されたブロックから、ランダムに1以上のブロックを選択し、当該ブロックのハッシュ値を取得する選択ステップと、自身が直前に生成したブロックのハッシュ値に加えて、前記選択ステップにおいて選択された前記1以上のブロックのハッシュ値を含めて、新たなブロックを生成する生成ステップと、を実行させるためのものである。 The blockchain management program according to the present invention is a blockchain management program for a plurality of nodes to form blockchains different from each other, and each node is composed of blocks housed in the blockchains of other nodes. In addition to the selection step of randomly selecting one or more blocks and acquiring the hash value of the block and the hash value of the block generated immediately before itself, the hash of the one or more blocks selected in the selection step. It is for executing a generation step to generate a new block including a value.

本発明によれば、低コストで複数のブロックチェーンそれぞれの信頼性が向上する。 According to the present invention, the reliability of each of the plurality of blockchains is improved at low cost.

実施形態に係るブロックチェーン管理システムの機能構成を示す図である。It is a figure which shows the functional structure of the blockchain management system which concerns on embodiment. 実施形態に係るブロックの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the block which concerns on embodiment. 実施形態に係るブロック間の接続の様子を例示する図である。It is a figure which illustrates the state of the connection between blocks which concerns on embodiment.

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図1は、本実施形態に係るブロックチェーン管理システム1において、管理対象である複数のブロックチェーンを管理するノード10(情報処理装置、又は装置群)の機能構成を示す図である。
ブロックチェーンを管理する各組織のノード10は、それぞれが互いに異なるブロックチェーンを構成し、バッファ部11と、選択部12と、生成部13とを備える。
Hereinafter, an example of the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration of a node 10 (information processing device or device group) that manages a plurality of blockchains to be managed in the blockchain management system 1 according to the present embodiment.
The nodes 10 of each organization that manages the blockchain form blockchains that are different from each other, and include a buffer unit 11, a selection unit 12, and a generation unit 13.

バッファ部11は、他のノード10により構成されているブロックチェーンに収納されたブロックのハッシュ値を一時記憶する。
例えば、各ブロックチェーンに収納されたブロックのハッシュ値は、ブロードキャストされ、各ノード10のバッファ部11にインデックスと対応付けて記憶される。
バッファ部11は、所定期間内に生成されたブロックのハッシュ値を格納し、例えば、生成から時間の経過した古いブロックほど高確率で削除されてもよい。
The buffer unit 11 temporarily stores the hash value of the block stored in the block chain composed of the other nodes 10.
For example, the hash value of the block stored in each blockchain is broadcast and stored in the buffer unit 11 of each node 10 in association with the index.
The buffer unit 11 stores the hash value of the blocks generated within a predetermined period, and for example, the older the block whose time has passed since the generation, the older the block may be deleted with a higher probability.

バッファ部11の機能は、バッファ関数により実装されてよい。バッファ関数は、インデックスとハッシュ値との対応表を管理し、指定されたインデックスに対応するハッシュ値を返す。また、バッファ関数は、ランダムFIFO(First In, First Out)方式により、例えば実行の都度、古いブロックをバッファの対象から除外し、一定の期間に生成されたブロックのハッシュ値を新たに追加する。 The function of the buffer unit 11 may be implemented by a buffer function. The buffer function manages the correspondence table between the index and the hash value, and returns the hash value corresponding to the specified index. In addition, the buffer function uses a random FIFO (First In, First Out) method to exclude old blocks from the buffer target each time it is executed, and newly adds a hash value of blocks generated in a certain period of time.

選択部12は、他のノード10のブロックチェーンに収納されたブロックから、ランダムに1以上のブロックを選択し、選択したブロックのハッシュ値を取得する。
このとき、選択部12は、バッファ部11に記憶されたハッシュ値から選択することで、所定期間内に生成されたブロックのハッシュ値を取得する。
The selection unit 12 randomly selects one or more blocks from the blocks stored in the blockchain of the other node 10, and acquires the hash value of the selected block.
At this time, the selection unit 12 acquires the hash value of the block generated within a predetermined period by selecting from the hash values stored in the buffer unit 11.

また、選択部12は、自身が直前に生成したブロックのハッシュ値の少なくとも一部を入力とした選択関数により、1以上のブロックを選択してもよい。具体的には、選択部12は、例えば、直前に生成したブロックのハッシュ値の所定ビットを抽出し、選択関数に入力することでインデックス(整数値)を一意に決定し、このインデックスに対応するブロックのハッシュ値を取得する。 Further, the selection unit 12 may select one or more blocks by a selection function in which at least a part of the hash value of the block generated immediately before itself is input. Specifically, the selection unit 12 uniquely determines an index (integer value) by extracting a predetermined bit of the hash value of the block generated immediately before and inputting it to the selection function, and corresponds to this index. Get the hash value of the block.

生成部13は、各ノード10自身が直前に生成したブロックのハッシュ値に加えて、選択部12により選択された1以上のブロックのハッシュ値を含めて、新たなブロックを生成する。 The generation unit 13 generates a new block by including the hash value of one or more blocks selected by the selection unit 12 in addition to the hash value of the block immediately generated by each node 10 itself.

図2は、本実施形態に係るブロックチェーンに収納されるブロックの構成を示す図である。
ブロックチェーンの各ブロックに記録される複数のトランザクションデータは、例えばマークルハッシュツリー等の木構造により管理され、この木構造のルートハッシュがブロックに収納される。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of blocks housed in the block chain according to the present embodiment.
A plurality of transaction data recorded in each block of the blockchain is managed by a tree structure such as a Merkle hash tree, and the root hash of this tree structure is stored in the block.

また、ブロックには、直前のブロックのハッシュ値と、他のノード10で生成された1以上のブロックのハッシュ値が収納され、これらを合わせて作成者の電子署名が付与される。
なお、通常のコンセンサスの処理で用いられるNonceは省略可能であり、これにより処理負荷が低減される。
In addition, the hash value of the immediately preceding block and the hash value of one or more blocks generated by the other node 10 are stored in the block, and the electronic signature of the creator is given by combining these.
The Nonce used in the normal consensus processing can be omitted, thereby reducing the processing load.

図3は、本実施形態に係るブロックチェーン管理システム1におけるブロック間の接続の様子を例示する図である。
この例では、3つのノードA,B,Cがそれぞれ、ブロックチェーンを運用しており、ノードAは番号1,4,7の順にブロックを生成し、ノードBは番号2,5,8の順にブロックを生成し、ノードCは番号3,6,9の順にブロックを生成している。
FIG. 3 is a diagram illustrating a state of connection between blocks in the blockchain management system 1 according to the present embodiment.
In this example, three nodes A, B, and C each operate a blockchain, node A generates blocks in the order of numbers 1, 4, and 7, and node B generates blocks in the order of numbers 2, 5, and 8. Blocks are generated, and node C generates blocks in the order of numbers 3, 6 and 9.

例えば、4番のブロックは、同一のブロックチェーンにおける直前の1番のブロックのハッシュ値に加えて、ノードBが運用しているブロックチェーンの2番のブロックのハッシュ値を収納する。
同様に、例えば、8番のブロックは、同一のブロックチェーンにおける直前の5番のブロックのハッシュ値に加えて、ノードAが運用しているブロックチェーンの1番のブロックのハッシュ値を収納する。
For example, the fourth block stores the hash value of the second block of the blockchain operated by the node B in addition to the hash value of the immediately preceding first block in the same blockchain.
Similarly, for example, the 8th block stores the hash value of the 1st block of the blockchain operated by the node A in addition to the hash value of the 5th block immediately before in the same blockchain.

このように、複数のブロックチェーンに収納されるブロックは、それぞれ他のブロックチェーンのブロックのハッシュ値を含むことで相互に接続される。時間が経過するにつれて、この相互接続がシステム全体で密になることで、各ブロックの信頼性が高まる。
なお、各ブロックチェーンにおいてブロックを生成するタイミングは、必ずしも同期されなくてもよく、ノード10それぞれにおいて独自の周期で生成されたブロックのハッシュ値がバッファ部11に一定期間保持される。
In this way, the blocks stored in the plurality of blockchains are connected to each other by including the hash values of the blocks of the other blockchains. Over time, this interconnection becomes denser throughout the system, increasing the reliability of each block.
The timing of generating blocks in each blockchain does not necessarily have to be synchronized, and the hash value of the blocks generated in each node 10 at its own cycle is held in the buffer unit 11 for a certain period of time.

本実施形態によれば、ブロックチェーン管理システム1は、複数のブロックチェーンを複数のノード10により分散して構成する。各ブロックチェーンのブロックには、直前のブロックのハッシュ値に加えて、他のノード10で生成されたいずれかのブロックのハッシュ値がランダムに選択されて格納される。
したがって、ブロックチェーン管理システム1は、複数のブロックチェーンのブロック同士を相互に参照することにより、単独のブロックチェーンでの改竄を抑制できる。各ブロックチェーンでは、時間の経過に従って、システム内の他の全てのブロックチェーンを参照することになるため、相互チェックの効果によって低コストで複数のブロックチェーンそれぞれの信頼性を向上できる。この結果、通常のNonceを用いたコンセンサスの処理が不要となり、高速かつ分散処理可能なブロックチェーンが実現される。
According to the present embodiment, the blockchain management system 1 is configured by distributing a plurality of blockchains by a plurality of nodes 10. In the block of each blockchain, in addition to the hash value of the immediately preceding block, the hash value of any block generated by the other node 10 is randomly selected and stored.
Therefore, the blockchain management system 1 can suppress falsification in a single blockchain by mutually referencing the blocks of a plurality of blockchains. Since each blockchain refers to all other blockchains in the system over time, the effect of mutual checking can improve the reliability of each of the plurality of blockchains at low cost. As a result, a consensus process using a normal Nonce becomes unnecessary, and a blockchain capable of high-speed and distributed processing is realized.

さらに、ブロックチェーンの数が増えても、単体のブロックチェーンのコストは増加しないため、並列度を上げることで、効率が向上する。
また、ブロックチェーン間で相互参照されるデータはハッシュ値のみであるため、秘密情報の漏洩を防ぐことができ、安全性は担保される。
Furthermore, even if the number of blockchains increases, the cost of a single blockchain does not increase, so increasing the degree of parallelism improves efficiency.
In addition, since the only data that is cross-referenced between blockchains is the hash value, it is possible to prevent leakage of confidential information and ensure security.

ブロックチェーン管理システム1は、バッファ部11に他のノード10で生成されたブロックのハッシュ値を一時記憶することにより、直近以外の過去のブロックをランダムに選択してハッシュ値をブロックに含めることができる。
したがって、ブロックチェーン管理システム1は、ブロックチェーンの相互接続をより複雑にし、信頼性を向上できる。さらに、複数のブロックが選択されることにより、さらに密な接続が可能となり、信頼性の向上が期待できる。
The blockchain management system 1 temporarily stores the hash value of the block generated by the other node 10 in the buffer unit 11, thereby randomly selecting a past block other than the latest block and including the hash value in the block. can.
Therefore, the blockchain management system 1 can make the interconnection of blockchains more complicated and improve the reliability. Furthermore, by selecting a plurality of blocks, a closer connection is possible, and improvement in reliability can be expected.

また、ブロックチェーン管理システム1は、選択する他のノード10のブロックを、所定期間内に生成されたブロックに限定することにより、バッファ部11の容量及び処理負荷を抑制できる。 Further, the blockchain management system 1 can suppress the capacity and processing load of the buffer unit 11 by limiting the blocks of the other nodes 10 to be selected to the blocks generated within a predetermined period.

ブロックチェーン管理システム1において、各ノード10は、他のノード10のブロックを選択する際に、自身が直前に生成したブロックのハッシュ値の少なくとも一部を入力として一意なインデックスを求める。
したがって、選択されるブロックは、直前のブロックから一意に決まるので、検証が容易になる。
In the blockchain management system 1, when selecting a block of another node 10, each node 10 obtains a unique index by inputting at least a part of the hash value of the block generated immediately before.
Therefore, the selected block is uniquely determined from the immediately preceding block, which facilitates verification.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、前述した実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. Moreover, the effects described in the above-described embodiments are merely a list of the most preferable effects arising from the present invention, and the effects according to the present invention are not limited to those described in the embodiments.

前述の実施形態では、ブロードキャストされたハッシュ値がバッファ部11により記憶されたが、選択の対象とするブロックを例えば直近のものに限定することで、バッファ部11が省略されてもよい。この場合も、選択関数により得られるインデックスに対して、直前のブロックを選択するルールが決められる。 In the above-described embodiment, the broadcast hash value is stored in the buffer unit 11, but the buffer unit 11 may be omitted by limiting the block to be selected to, for example, the latest block. In this case as well, a rule for selecting the immediately preceding block is determined for the index obtained by the selection function.

また、前述の実施形態では、コンセンサスの処理に用いられるNonceを不要としたが、Nonceを含むブロックからなるブロックチェーンがふくまれていてもよい。ブロックチェーン管理システム1は、複数のノード10それぞれが独自のポリシで運用するブロックチェーンを相互に接続することにより、全体の信頼性を向上できる。 Further, in the above-described embodiment, the Nonce used for the processing of the consensus is not required, but a blockchain composed of blocks including the Nonce may be included. The blockchain management system 1 can improve the overall reliability by interconnecting the blockchains operated by each of the plurality of nodes 10 according to their own policies.

ブロックチェーン管理システム1によるブロックチェーン管理方法は、ソフトウェアにより実現される。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、情報処理装置(コンピュータ)にインストールされる。また、これらのプログラムは、CD−ROMのようなリムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。さらに、これらのプログラムは、ダウンロードされることなくネットワークを介したWebサービスとしてユーザのコンピュータに提供されてもよい。 The blockchain management method by the blockchain management system 1 is realized by software. When realized by software, the programs that make up this software are installed in the information processing device (computer). Further, these programs may be recorded on a removable medium such as a CD-ROM and distributed to the user, or may be distributed by being downloaded to the user's computer via a network. Further, these programs may be provided to the user's computer as a Web service via a network without being downloaded.

1 ブロックチェーン管理システム
10 ノード
11 バッファ部
12 選択部
13 生成部
1 Blockchain management system 10 nodes 11 buffer part 12 selection part 13 generation part

Claims (6)

複数のノードがそれぞれ、互いに異なるブロックチェーンを構成するブロックチェーン管理システムであって、
各ノードは、それぞれ、
他の1以上のノードのブロックチェーンに収納されたブロックから、ランダムに1以上のブロックを選択し、当該ブロックのハッシュ値を取得する選択部と、
自身が直前に生成したブロックのハッシュ値に加えて、前記選択部により選択された前記1以上のブロックのハッシュ値を含めて、新たなブロックを生成する生成部と、を備えることで、前記複数のノードが相互参照されるブロックチェーン管理システム。
A blockchain management system in which multiple nodes form different blockchains from each other.
Each node, respectively,
A selection unit that randomly selects one or more blocks from the blocks stored in the block chain of another one or more nodes and acquires the hash value of the block.
Itself in addition to the hash value of the block generated immediately before, including a hash value of the one or more blocks selected by the selection unit, by providing a generator for generating a new block, a plurality A blockchain management system in which the nodes of are cross-referenced.
前記選択部は、所定期間内に生成されたブロックから選択する請求項1に記載のブロックチェーン管理システム。 The blockchain management system according to claim 1, wherein the selection unit selects from blocks generated within a predetermined period. 前記他のノードのブロックチェーンに収納されたブロックのハッシュ値を一時記憶するバッファ部を備える請求項1又は請求項2に記載のブロックチェーン管理システム。 The blockchain management system according to claim 1 or 2, further comprising a buffer unit for temporarily storing a hash value of a block stored in the blockchain of the other node. 前記選択部は、前記直前に生成したブロックのハッシュ値の少なくとも一部を入力とした選択関数により、前記1以上のブロックを選択する請求項1から請求項3のいずれかに記載のブロックチェーン管理システム。 The blockchain management according to any one of claims 1 to 3, wherein the selection unit selects one or more blocks by a selection function in which at least a part of the hash value of the block generated immediately before is input. system. 複数のノードがそれぞれ、互いに異なるブロックチェーンを構成するブロックチェーン管理方法であって、
各ノードは、それぞれ、
他の1以上のノードのブロックチェーンに収納されたブロックから、ランダムに1以上のブロックを選択し、当該ブロックのハッシュ値を取得する選択ステップと、
自身が直前に生成したブロックのハッシュ値に加えて、前記選択ステップにおいて選択された前記1以上のブロックのハッシュ値を含めて、新たなブロックを生成する生成ステップと、を実行することで、前記複数のノードが相互参照されるブロックチェーン管理方法。
A blockchain management method in which multiple nodes form different blockchains from each other.
Each node, respectively,
A selection step of randomly selecting one or more blocks from the blocks stored in the blockchain of another one or more nodes and acquiring the hash value of the block, and
Itself in addition to the hash value of the block generated immediately before, including the hash value of the selected the one or more blocks in the selecting step, by executing the a generation step of generating a new block, the A blockchain management method in which multiple nodes are cross-referenced.
複数のノードがそれぞれ、互いに異なるブロックチェーンを構成するためのブロックチェーン管理プログラムであって、
各ノードに、それぞれ、
他の1以上のノードのブロックチェーンに収納されたブロックから、ランダムに1以上のブロックを選択し、当該ブロックのハッシュ値を取得する選択ステップと、
自身が直前に生成したブロックのハッシュ値に加えて、前記選択ステップにおいて選択された前記1以上のブロックのハッシュ値を含めて、新たなブロックを生成する生成ステップと、を実行させることで、前記複数のノードを相互参照させるためのブロックチェーン管理プログラム。
A blockchain management program for multiple nodes to configure different blockchains from each other.
For each node ,
A selection step of randomly selecting one or more blocks from the blocks stored in the blockchain of another one or more nodes and acquiring the hash value of the block, and
Itself in addition to the hash value of the block generated immediately before, including the hash value of the selected the one or more blocks in the selecting step, by executing the a generation step of generating a new block, the A blockchain management program for cross-referencing multiple nodes.
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