本投稿は「Blockchain in Embedded Systems and Devices: Security, Reliability & Efficiency」の抄訳です。IoT（モノのインターネット）環境の組み込みデバイスにブロックチェーン技術を適用すると、セキュリティ、信頼性、効率性が大きく改善します。このブログ記事では、組み込みデバイス/システムにおけるブロックチェーンの仕組みとメリットについて解説します。執筆にあたり、e-GitsのSven Liess氏にも取材しました。
本ブログ記事の内容：
IIoT環境にブロックチェーン技術を取り入れると、ブロックチェーンでデータを共有し、集中型ネットワークを介さずにIoTデバイス同士が相互通信できるようになります。コンピューターシステムが分散ネットワーク化されるため、通信の改ざん耐性を確保できます。
IoTに接続するデバイスは今後、数千億～数兆個にまで増えるでしょう。しかし現在、そのほとんどが集中型コンピューティングシステム経由で通信しています。通信障害が発生することもありますが、ハッカーによる侵害なども多発します。莫大なコストもかかります。一方、ブロックチェーンはトランザクションなどのデータをデジタル台帳化するため、この問題を回避できます。個々のデータブロックは、直前のブロックを検証したうえで生成され、それらがつながってブロックチェーンが構築されます。
2015年に公表されたIBMの報告書「デバイス・デモクラシー：モノのインターネット（IoT）の未来のために」では、「集中型ネットワーク方式への依存から脱却しない限り、IoTの発展は行き詰まるだろう」と指摘しています。
報告書では、「既存のIoTソリューションの多くは、仲介者のサービスコストに加え、集中型クラウドや大規模なサーバーファームのインフラ費用や保守費用がかさむため、高コストである」としています。
ブロックチェーンを活用すると、IoTデバイス同士が安全かつスピーディーに通信できるため、こうした問題を解決できます。
ブロックチェーンはIoTを構成する組み込みシステム上で機能します。たとえば、家庭用サーモスタットに組み込まれたデバイスを使用すると、携帯電話を使って自宅の温度調節ができます。
つまり、コンピューターサーバーの集中型ネットワークを介すことなく、利用者の携帯電話がブロックチェーン経由でサーモスタットと直接的に通信できるのです。
IoT向けブロックチェーンの基礎ブロックチェーンはビットコインなどの仮想通貨の基盤に過ぎない、という印象をもつ人は多いでしょう。しかし仮想通貨向けの機能と同じ機能を、デバイスのIoT化やデバイス同士の通信にも役立てることができます。
その理由はブロックチェーン技術の仕組みにあります。ブロックチェーンでは、トランザクションを記録する分散型デジタル台帳が生成され、すべてのユーザーがこの台帳を共有します。つまり、単一のサーバー上ではなくネットワークを構成する各ノードにデータが保管されます。ネットワーク上で台帳にトランザクションを追加しようとする個人は、暗号方式で特定・認証されます。その後、ネットワーク上のノードによる承認を経て初めて、トランザクションが台帳に追加されます。
一連の流れにより、データの改ざん耐性を確保できると共に、IoT環境の組み込みシステムを効率的に検証することができます。その結果、ブロックチェーン技術を取り入れたIoTデバイス同士の安全な通信が可能になります。
.IoTデバイスのメーカーがブロックチェーン技術を活用すると、何十億個ものIoT接続デバイスを追跡管理し、連携できます。デバイス同士で通信やトランザクション処理を実行できるため、メーカー側のコストを大幅に削減できます。
ITサービス企業のMphasisが先日公表したホワイトペーパーでは、 ブロックチェーン技術がもたらすトランザクション関連コストの削減効果に着目しています。このホワイトペーパー（原題：Framework for Integration of Blockchain with IoT Devices）の要旨は以下のとおりです。
「デバイス間を行き来する何兆件ものトランザクション処理方式として信頼性の高いピアツーピア（P2P）通信モデルを適用することで、大規模・集中型データセンターのインストール費用や保守費用を大幅に低減できるほか、IoTネットワークを構成する何十億個ものデバイスに必要な演算機能やストレージ機能を分散させることもできる。これにより、単一ノードで障害が発生しても、ネットワーク全体が一時停止に陥ることはない。」
ブロックチェーンの機能特性とIoTの需要があいまって、両技術の融合が進んでいます。たとえばブロックチェーンを使うと、集中型コンピューターサーバー利用時などに発生する単一障害点を排除できるため、IoTデバイスにとっては大きなメリットになります。
実際にブロックチェーンをIoTデバイスに適用すると、通称「スマートコントラクト」を介してデバイス同士のインタラクションを生成したり監視することができます。スマートコントラクトとは、一定の条件下で自動執行される契約を意味します。端的に言えば、「XXが発生したら、XXを自動実行せよ」と命令するブロックチェーン上のコンピューターコードです。
たとえば食品店の場合、仕入先から出荷された冷凍食品が倉庫に到着した時点で支払いを自動実行する、などの活用事例が考えられます。また、「指定された温度管理が供給ライン全体で順守されていない」とIoTセンサーが検知した場合、冷凍食品を除く仕入品の支払いだけを自動実行することもできます。
ブロックチェーンをIoT環境の組み込みシステムに適用すると、様々なメリットを得られます。そのひとつがセキュリティの強化です。さらに自動処理の効率化、コスト削減などのメリットもあります。
以下は、組み込みシステム/デバイスへのブロックチェーン活用メリットの詳細です。
Mphasis社のホワイトペーパーでは、IoTが今後、前述のメリットを実現するためにはブロックチェーンが必要不可欠であることが強調されています。
ホワイトペーパーには、「ブロックチェーン技術は、IoTにおけるプライバシーや信頼性の確保に欠けている部分を埋め、問題を解決に導く。ブロックチェーンはIoT業界にとっての特効薬であり、IoTに接続する何十億個ものデバイスの追跡管理、トランザクション処理、デバイス同士の連携などに活用できるため、IoT業界を開拓する企業にとっても大幅なコスト削減が見込める。分散型アプローチのため、単一障害点がなくなり、IoTデバイスのエコシステムをさらに強靭化することができる」と書かれています。
組み込みシステムやIoTデバイスにブロックチェーンを適用する際は、多少の課題も発生します。一例として、大容量の処理能力やデータストレージが必要になります。法的な問題やコンプライアンス面での問題が発生する可能性もあります。
以下は、組み込みシステム/デバイスにブロックチェーンを適用する際の具体的な課題です。
組み込みデバイス/システムにおけるブロックチェーンの活用事例は豊富にあります。たとえば、車両サービスの追跡管理、車の所有者特定などに活用できるほか、サプライチェーンを流れる部品や支払い状況を安全かつ効率的に追跡管理することもできます。Walmartでは生鮮食品の管理にブロックチェーンを活用し、サプライヤー各社に生産地から店頭までのトレーサビリティ確保を義務付ける取り組みを始めました。
以下は、組み込みシステム/デバイスにおけるブロックチェーンの具体的な活用事例です。
IoTのメッセージプロトコル規格（MQTT）とブロックチェーンの併用効果に着目した事例があります。MQTTを使用すると、最小限の帯域幅で遠隔デバイスとネットワーク接続できるため、石油・ガス、自動車をはじめとする様々な産業における組み込みシステムの普及推進に役立ちます。
QtのツールとブロックチェーンをMQTTと組み合わせることで、サプライチェーン全体でセキュアな通信を実現できます。たとえば、センサーからQt Bluetooth経由で送信された環境データをMQTT通信でクラウドに転送する仕組みなどが考えられます。分散エッジデバイスからクラウドに転送されたデータは、ブロックチェーンEthereum（イーサリアム）を使って暗号化され、保護されます。
Qtは、組み込みデバイス/システムのセキュリティをいち早く確立したリーディングカンパニーです。実際、ビットコインの創始者（サトシ・ナカモトと名乗る個人または団体）が2009年に開発した史上初のビットコインウォレット（Bitcoin Qt）にもQtが使われています。今日、QtのテクノロジーはIoT環境に接続するデスクトップや組み込みシステムから、ウェアラブル/モバイルデバイスまで、あらゆるOS、プラットフォーム、および画面仕様に対応可能な単一のソフトウェアコードベースとして多くの開発者にご利用いただいています。
こうした理由から、Qtは 組み込みデバイスに最適なセキュリティを提供していると言えます。Qtアプリケーションとデバイスのセキュリティに関する短い動画（77秒）でその仕組みを解説しています。ぜひご覧ください。