NEC、世界最速毎秒10万件超の取引を可能にするブロックチェーン技術を開発

ブロックチェーンは、複数の参加者がデータの記録と共有を行い、データの保証や改ざん防止を行うが、記録速度や参加ノード数の拡張性に課題があった。この課題はブロックチェーンが参加ノード間の合意形成に用いるアルゴリズムに起因していた。今回、NECは、記録性能、参加ノード数で従来を超える性能を持つ合意形成アルゴリズムを備え、かつ関係者外からデータを秘匿可能なソフトウェアを開発、これにより高速性と安全性の両面で世界一の性能を実現し、さらに、IoTデバイスからの高速参照も可能にした。

NECは「社会ソリューション事業」に注力しており、今回開発した高速でセキュアなブロックチェーン向け技術によって、金融機関における本人確認業務の効率化や、スマートグリッドにおける電力取引の決済効率化の実現に貢献していく。

背景

ブロックチェーンは、参加者がインターネット上でデータの記録と共有を行うための仕組みである。信頼できる組織や中央サーバを介さなくても改ざんされていないデータを共有していることを保証できるという特徴がある。現在、ビットコインを始めとする仮想通貨の処理に活用されているほか、セキュアな情報共有の手段として注目を集め、世界各地で証券取引、貿易取引、エネルギー取引、サプライチェーン、公文書管理など多岐にわたる用途での実証実験が活発に行われている。

このように大きな注目を浴びる一方、ブロックチェーンには課題もあり、一つは、ブロックチェーンが用いる合意形成アルゴリズムに起因する、記録速度や参加ノード数の限界性。ビットコインのブロックチェーンは誰もが自由に活用できるが、毎秒7件の書き込みが性能限界とされており、ビジネス向け用途を想定した参加者限定型のブロックチェーンにおいても、参加ノード数が数十ノードを超えると性能が極端に悪化してしまう。もう一つの課題は、データの秘匿性。全ての参加者が全ての記録を見ることができるため、個人情報や企業秘密を記録するには支障がある。

今回、NECは、記録性能でも参加ノード数でも従来を上回る拡張性を持ち、データの秘匿性についても従来にない保証を与えるソフトウェアを開発し、高速性と安全性の両面で世界一の性能を実現している。また、来るべきIoT時代に備え、IoTデバイスからのブロックチェーンデータ参照および検証も高速にする方式を開発した。

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以下、NEC社より引用

新技術の特長

トラステッドハードウェアをフル活用して高い処理速度を実現
参加ノード数が200ノード程度の大規模環境下で、毎秒10万件以上の記録性能を実現しました。これは、近年の汎用プロセッサが備えるトラステッドハードウェアTEE(注)のセキュリティ機能を最大限を活用して、参加ノードが合意形成するために必要な通信量ならびに通信回数を削減することで実現しています。
取引情報のプライバシーを保護
取引情報を全参加ノードに一律に公開するのではなく、取引情報の公開範囲を限定できる仕組みを開発しました。これにより、特定グループ内の取引情報はグループに属するノードにのみ公開するという制御が可能になります。
IoTデバイスからも高速で安全なデータ参照を実現
IoTデバイスがブロックチェーンのデータを参照する際に、個々の参加ノードが故障や悪意により記録と異なる情報を回答する場合があるため、複数の参加ノードに問い合わせて検証する必要があり、処理能力が限られるIoTデバイスには負担になります。そこで、参照の際にも、各参加ノードのTEEを活用して、IoTデバイスでも高速な検証を可能にしました。
本技術により達成された性能は、世界規模のクレジットカード取引を支えるシステムに必要とされる、毎秒数万件を上回っており、記録性能やノード数の制約によってブロックチェーンの適用を断念していたケースへも対応が可能になります。また取引情報のセキュリティとプライバシーを保証することで、個人情報や企業秘密にあたる取引の取扱も可能になります。
NECでは、現在取り組んでいる金融機関との実証実験(PoC)を進めるとともに、今後は金融以外への応用も視野に入れ社会インフラに要求される性能や機能を実現するブロックチェーンおよび上位レイヤの研究開発を進めます。

(注)TEE (Trusted Execution Environment). メモリ空間の一部を特定のプログラムからしか読み書きできない領域として保護する機能。たとえ管理者権限があってもその領域は読み書きできないため、サーバやPCが攻撃者に乗っ取られても、その領域内で行われる処理は正しいことが保証されます。代表例にはIntel SGXやARM TrustZoneなど。