ブロックチェーンとは?仕組み・特徴をわかりやすく解説【初心者向け】

ビットコインをはじめとした仮想通貨を支えるブロックチェーンについて、その仕組みや特徴を初心者にもわかりやすく説明します。ブロックチェーンとは何なのか?全くのブロックチェーン/仮想通貨初心者の方でもその起源や仕組み、使われている技術を読めば一発で理解!

ブロックチェーンとは?仕組み・特徴をわかりやすく解説【初心者向け】のイメージ

目次

  1. 1ブロックチェーンとは?基礎知識と仕組みを初心者にもわかりや解説!
  2. 2ブロックチェーンとはそもそもどこで生まれた?
  3. 3ブロックチェーンとは「数々の仮想通貨を支える仕組み」!
  4. 4ブロックチェーンとはそもそも何!?
  5. 5初心者の人にもわかるように説明すると、ブロックチェーンとは?
  6. 6初心者にもわかる!ブロックチェーンを支える仕組みや技術の名称!
  7. 7ブロックチェーンの仕組みと技術④ Proof of Work(プルーフオブワーク)
  8. 8ブロックチェーンにも課題がある?
  9. 9ブロックチェーンが今後世界を変えると言われる所以は?ブロックチェーンの応用!
  10. 10まとめ
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ブロックチェーンとは?基礎知識と仕組みを初心者にもわかりや解説!

この数年で急速に普及が進んでいる仮想通貨。その仮想通貨を支えるのがブロックチェーンという技術です。皆さんはブロックチェーンについてどの程度の知識を持っているでしょうか?
この記事をご覧の方の中には、今まで全くブロックチェーンに触れたことがない初心者の方も多いと思います。今回はブロックチェーンの基礎知識について、初心者の方にもできるだけわかりやすく解説して深く理解を深めてもらおうと思います。

 

ブロックチェーンとはそもそもどこで生まれた?

まず最初の基礎知識として、ブロックチェーンが世に出てきたきっかけについて紹介しましょう。
世の中に初めてブロックチェーンという言葉が出てきたのは、
2008年にサトシ・ナカモトと名乗る人物からビットコインシステムに関する論文が投稿された際、その中の技術の一つとして掲載された時とされています。
この人物は非常に謎の多い人物で、現在も本人は名乗り出てきておりません。
ブロックチェーンという技術は、もともとビットコインという仮想通貨の運用技術の一つとして提案され、それが発展した結果、今の形となりました。

 

ブロックチェーンとは「数々の仮想通貨を支える仕組み」!

今やブロックチェーンはビットコインだけでなく、そのほかの仮想通貨や違う分野のシステムにも多く取り入れられています。
しかし、ブロックチェーンの特徴をわかりやすく一言で説明するのは非常に困難であるといえます。その理由は、ブロックチェーンとは単に一つの技術を指す言葉ではなく、様々な技術が重なりあって多くのメリットを生み出している総合的なものだからです。
そのためこの記事では、初心者の方にもできるだけわかりやすく理解できるよう、ブロックチェーンの基礎知識を主要な技術を元に一つ一つ解説していくことで、できるだけ多くの情報を得てもらえるように作成しています。
尚、具体例に関しては特に断りがない限り、ビットコインまたは仮想通貨を元に説明を進めていきます。

 

ブロックチェーンとはそもそも何!?

さてそろそろ本題に入りましょう。恐らく初心者の方が一番気になるのが、結局ブロックチェーンとはいったい何なのか?というところでしょう。
今のままでは「ブロックがチェーン上に並んでるんだろ?!」といってもそう間違いではありません。そこでまず基礎知識として、「どんな分野」の「何に使われている」「どんなものか?」という説明が必要でしょう。

分野については、上記ですでに仮想通貨に関する技術であることを触れていますので、その他の部分の特徴を説明していきます。

専門家によるブロックチェーンの定義は

まずは日本ブロックチェーン協会(JBA)がまとめたブロックチェーンの定義をご覧ください。

① 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。
② 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。

 

 

正直言ってこれだけを見て「なるほど!」と思う方は非常に少ないのではないか思います。
実際基礎知識が入ってる人でも理解するのには難しい言い回しです。
ブロックチェーンとは新しい技術と既存の多くの技術が組み合わさってできている技術ですので、しっかりと理解するには関連する技術に対して一つ一つ理解をしていく必要があります。
ここから先は、今度こそブロックチェーンの名前の由来、概要、特徴、使われている技術、そして実用例をできるだけわかりやすく説明していきたいと思います。

初心者の人にもわかるように説明すると、ブロックチェーンとは?

では、ブロックチェーンとは何なのかをもう少しわかりやすくかみ砕いていきましょう。ブロックチェーンを簡単にまとめると、以下の三つで表せます。

① ブロックチェーンとは「データベース技術である」
② ブロックチェーンとは「データとして安全に価値を流通させることができる仕組み」
③ ブロックチェーンとはデータがブロック状でつながって管理される仕組み」


コンピュータやネットワークの基礎知識がない方にとっては、「データベース」という言葉だけでも「?」という感じになるかもしれません。それぞれわかりやすく解説していきましょう。

基礎知識① ブロックチェーンとは「データベース技術である」

根本的な技術の話として、ブロックチェーンはデータベースの一種といえます。
データベースとは、コンピュータなどによって一定の形式で集められた情報の集まりを指します。

わかりやすく言うと、脳に記憶をしまうことができるのと同じで、コンピュータ等にデータをしまい込むために使われる仕組みです。
ブロックチェーンには、ビットコインによる取引が発生した際、その取引データがブロック状に整理されて記録されているのです。

基礎知識② ブロックチェーンとは「データとして安全に価値を流通させることができる仕組み」

これはわかりやすく言い換えれば、ずばりお金を流通させることができる仕組みであるということです。ブロックチェーンのような広く広まった技術においてこれは非常に大きな特徴であるといえます。
お金を扱うからには、システムが2重支払いや支払金額が違っていた、ということは許されません。ブロックチェーンには、分散型台帳技術Proof of Workといった、システム上のトラブルや第三者による改ざんを防ぐ仕組みが備わっており、仮想通貨を扱うにあたり非常に高い信頼性を実現しています。
尚、これら技術の詳しい働きについては後ほど詳しく説明します。

基礎知識③ ブロックチェーンとは「データがブロック状でつながって管理される仕組み」

ビットコインの取引データは、一定期間ごとにブロックにまとめられ、それが鎖のように連なっていることから「ブロックチェーン」と呼ばれます。名前の通り、これはブロックチェーンの一番大きな特徴といえるでしょう。
ブロックチェーンには、ビットコインの取引データが最初に発生した2009年1月3日から現在まですべての取引記録が保存され、暗号化されて公開されています。
このブロック化には、お金のような価値のある情報を流通させるための秘密が大きく関わっておりデータがブロック状に連なっているのには技術的に大きな理由があります。次の項からその理由についても詳しく説明していきます。
尚、ブロックチェーンに保存されている内容はすべて公開されており、取引したウォレットアドレス(ビットコインにおける口座番号だと思ってください)が分かればhttps://blockchain.info/でいつでも確認することができる仕組みになっています。

ここまで見て頂き、ブロックチェーンの名前の由来やその技術がデータベースの一種であること、お金などを扱うが故に信頼性に特化した対策技術を持っていることがお分かりいただけたと思います。
ここからはそのブロックチェーンを支える仕組みや技術を、またそれに関わる用語を解説します。
それらはブロックチェーンだけでなくビットコインの基礎知識でもありますので、よりわかりやすく説明していきます。

 

初心者にもわかる!ブロックチェーンを支える仕組みや技術の名称!

次はブロックチェーンに使われている技術について、より深く学んでいきます。まずは代表的な技術にどんなものがあるか見てみましょう。

・ウォレットとウォレットアドレス
・トランザクション(取引データ)
・分散型台帳技術
Proof of Work(プルーフオブワーク)
・マイニング


ここから後半3つは基礎知識としては少し難しくなってきますが、最後まで読み進めていただければ初心者の方でもその特徴をおさえて理解できるようになるかと思います。それでは一つ一つわかりやすく説明していきます。

ブロックチェーンの仕組みと技術① ウォレットとウォレットアドレス

ウォレットと聞くと、多くの方が財布をイメージされるのではないかと思います。しかし、仮想通貨におけるウォレットは、特徴が大きく2つにあります。
① モバイルアプリやウェブサービス上で使用できるビットコインの口座のこと
② 
ブロックチェーンで利用されている公開鍵暗号の「秘密鍵」と「公開鍵」を表す文字列「アドレス」のこと

一つは単純に、ウォレット=口座と考える見解です。確かにこの方が非常に単純でわかりやすく理解できると思います。しかし、技術的な見方で考えた場合、②の方が本来のウォレットアドレスの考え方に近いといえます。下の図を見てみましょう。

この秘密鍵と公開鍵をペアで運用する方式を、公開鍵暗号方式といいます。
秘密鍵とは所有者しか知らない暗号です。自分のウォレットアドレスからビットコインを出す際、この秘密鍵が必要になります。この秘密鍵を紛失してしまうと、二度と復元させることはできません。
対して公開鍵は、その名の通り誰にでも公開されているものです。

上記①の「モバイルアプリやウェブサービス上で使用できるビットコインの口座」をわかりやすく例えると、公開鍵は銀行口座(公開しても問題ない)、秘密鍵は暗証番号といえるでしょう。例えばビットコインを送金する場合でも、送金相手の公開鍵のウォレットアドレスが分かれば送金は可能なわけです。尚、既にビットコインを扱ったことがある方の中には秘密鍵を見たことがない方もいらっしゃると思います。

bitflyerなどのウェブサービスをご利用の場合は、ウォレットアドレスをウェブサービスの運営側で一括管理をしています。そこで割り当てられたIDとパスワードを使って利用者の秘密鍵と公開鍵に紐づける仕組みになっています。秘密鍵は元々27文字~34文字に暗号化された形になっており、非常に覚えにくいことから、利用者が覚えやすいようにサービスが作られているのも特徴の一つといえるでしょう。
ですので、「秘密鍵を見たことがない!」という場合があったとしても、あわてる必要はありません。普段の運用でビットコインを使用できているのであれば問題はないでしょう。

ブロックチェーンの仕組みと技術② トランザクション

ブロックチェーンの世界でいうトランザクションとは「取引」のことを指します。
これまで何度か「取引データ」という言葉を使ってきましたが、まさにその取引データのことをトランザクションと呼ぶわけです。
このトランザクションを10分に1回ひとまとめにしてブロックチェーンが作られます。

 

ブロックチェーンの仕組みと技術③ 分散型台帳技術

分散型台帳技術はブロックチェーンという仕組みの中で最も重要な基礎知識の一つです。
分散型台帳技術とはブロックチェーンに格納されている仮想通貨の入出金データ(台帳データ)を不特定多数の端末に分散して管理する技術を言います。以下にその特徴をまとめてみました。

分散台帳という仕組み1.不特定多数の端末に分散してデータを管理している

従来では、大きなシステムを動かす場合、一つの大きなリーダー役の端末(サーバー等)が存在し、そこが中心となってシステムを動かしているケースがほとんどでした。
一方分散型台帳技術では、リーダー役の端末は存在せず、不特定多数の端末が同じデータをコピーしあい、全員で同じ仕事をしているのが特徴です。
このように同格の端末同士接続するネットワーク技術のことをPeer to Peer(P2P)と呼びますが、ブロックチェーン技術ではその技術を応用して使われています。

つまり、世界中のネットワークに接続された何千台ものパソコンがブロックチェーンに参加しそれぞれがデータを保持しているのです。

分散型台帳という仕組み2.参加している端末が同じデータを保持し、互いにチェックする機能がある

これは、①で説明したブロックチェーンに参加したすべてのパソコンが同じデータを持っていて、なおかつ全員がお互いのデータが同じかどうかチェックする機能があることを意味します。
仮想通貨で取引が発生した時、最初にデータを受け取ったパソコンは、バケツリレーのように次の端末にデータを移していき、最終的にすべてのパソコンが同じデータを持つような仕組みになっています。

下記の図にある「ノード」というのがブロックチェーンに参加したパソコンを指します。
※ここでは初心者の方にもわかりやすくするためにパソコンという言葉で説明します。

分散型台帳という仕組み3.暗号化技術を駆使することで、改ざんの検出を容易にする構造

分散型台帳技術では、データの内容が参加しているパソコン同士で確認され、ルールに則った書式のものだけが記録される仕組みになっています。
そのため、もし確認されたデータがルールに則ったものでない場合や改ざんの痕跡がある場合は、そのデータは破損していると認識され、他の端末を経由して即座に自動修復されます。

分散型台帳という仕組み4.上記1~3より、システム全体が停止することがない仕組みとなっている

データが壊れた場合は他の健全なパソコンを通して自動修復されるので、もし参加者のパソコンのうちの一つが壊れて正しい管理ができなくなった場合でも、他のパソコンがシステム全体を以前の状態に戻すことができます
システムが停止する=「参加したパソコンが一斉に停止する」(もしくは下記で説明する51%攻撃)ということになりますので、現在稼働しているパソコンの過半数がいきなり停止することがない限り、システムは壊れないということになります。
そして、その分散台帳技術に参加しているパソコンが多ければ多いほど、システムが停止する可能性が0に近づくという仕組みといえます。

 

「分散型台帳という仕組み」まとめ

同じ権限、同じデータを共有した世界中の不特定多数のパソコンで運用し、暗号化技術を駆使して決して壊れないシステム近づけていく

という技術であるということになります。

ブロックチェーンの仕組みと技術④ Proof of Work(プルーフオブワーク)

Proof of Work(以下PoW)とは、簡単に言えばブロックチェーンのデータ内に発生する可能性がある不正を監視、防止する役割をする働きです。ここでは一つのブロックが生成される過程を元に要点を解説します。

【PoWの特徴】
① 取引データは10分に1回、一つのブロックにまとめられて保存される。
② 
ブロックが生成される際、ブロックそのものに暗号化がなされる。
③ 
暗号化にはハッシュ関数(SHA-256)という技術が使われている。
④ 
暗号化はすべてのマイナーが一斉に計算し、一番早く計算が終わったものが採用され、同時にそのマイナーには報酬が支払われる。
⑤ 暗号化には約10分程度で終わるよう調整される。

ブロックを生成するために多大な労力をかける必要があるため、ブロック生成=Proof of Work(労力をかけたことの証明)と呼ばれる。
このPoWにより、すでに暗号化されたブロックの内容を改ざんすることが非常に困難になっています。具体的にどのような形で暗号化がされるかは「ビットコイン取引の流れ」の項で説明しますが、何しろ世界中のコンピュータ数千台がかりで計算されたものに対して改ざんをするわけですから、それだけでも非常に困難であることがお分かりいただけるかと思います。

PoWはそういった不正や改ざんを限りなく0に近づけるための仕組みであり、ブロックチェーンの堅牢性を示す最大の特徴といえます。

この途中で出てきたマイニングという言葉もブロックチェーンの最も大事な基礎知識の一つです。以下で詳しく説明しましょう。

ブロックチェーンの仕組みと技術⑤ マイニング

マイニング(mining)とは、英語で「採掘」を意味する言葉です。
マイニングをすると、実はお金をかけずにビットコインがもらえるということで、ビットコイン初心者の方でも聞いたことがあるかもしれません。
しかし、このマイニングはなかなか初心者の方が行うにはハードルが高いものがあると思います。
ここではそのマイニングとはそもそも何をしてるのということをわかりやすく説明いたします。

 

マイニングとは計算をしてブロックを作る仕組みのこと

ブロックを生成する際、ビットコインのネットワークに参加しているすべてのマイナーが総出で暗号化を行いますが、この時ある課題に沿って暗号化することが求められます。PoWの項で述べた通り、ブロックチェーンの暗号化には、ハッシュ関数という技術が使われており、ある文字列に対して特定の計算式を通すと、ハッシュ関数の規格に従って特定の文字列を返します(ブロックチェーンの場合はSHA-256という規格です)。
生成される文字列はランダムではなく、同じ文章に対しては必ず同じ文字列を返すような仕組みになっています。

 

では実際にどのような暗号化が求められるかを、https://blockchain.info/に記録されている内容を元に見てみましょう。

ハッシュと書かれている項目を見ると、最初に0がいくつも並んでいるのが分かります。ブロックチェーンではブロックを生成する際、最初の部分に0を〇個並べた値(ハッシュ値)を持つブロックを作りなさいという課題が出されます。
例えば写真にあるブロックNo490476ですとブロック生成の際、先頭18文字までがすべて0のハッシュ値を作るという課題が出されたことが分かります。
この時ハッシュ値の元となるのは以下の内容になります。

nonceとは、32bitの任意の値のことですが、簡単に0と1が32桁並んでいる文字列のことだと思えばわかりやすいでしょう。このnonceを調整し、ハッシュ値の最初が18個並んでいる値を割り出すのがマイニングという作業です。この時課題として出される内容は、その時ネットワークに参加しているマイナーの状況で決まります。
例えば、参加しているマイナーの数や性能が大きければ、難易度は難しくなりますし、小さければ簡単になります。出題される課題については、その時の状況に合わせて約10分程度で回答が出される程度に調整され、
最初に正しい回答を出したマイナーに対してビットコインによる報酬が出されるのです。この計算時間の調整も、ブロックチェーンの大きな特徴といえるでしょう。
このブロック生成時に発生する課題に対して回答を出す作業が、金鉱などで掘削をするような重労働になぞらえて、「マイニング」と呼ばれるようになったのです。
尚、ビットコインのネットワークは好きな時に参加離脱ができるため、2017年10月現在参加している正確なマイナーの数はわかりませんが、すでに数千、数万という数のマイナーが参加しているといわれています。

 

ブロックチェーンにも課題がある?

ここまでブロックチェーンの基礎知識について説明してきました。
しかし、本来メリットとデメリットは表裏一体の部分があります。ここからは、ブロックチェーンのデメリットやこれからの課題となっていることについて説明していきます。
初心者向けの内容から少し高度な話になりますが、ビットコインがビットコインキャッシュやビットコインゴールド等に分岐した話にもつながるところです。
具体的に分岐の話はここではしませんが、その裏にあった話を分かりやすく説明していけたらと思います。

 

ブロックチェーンの課題① 一度書き込んだデータを修正するのがまず不可能

ブロックチェーンの最大の特徴の一つに、改ざんを防止する役割があったことは、既に説明したと思いますが、それは元々間違った内容のデータがブロックに書き込まれてしまった場合でも同様です。
一度ブロックに書き込まれた内容を変更する手段はこの記事を執筆している時点(2017年10月)では存在しません。
もしブロックチェーンの中に絶対に間違えてはいけないデータが書き込まれてしまった場合、現時点ではそれを修正する手立てがないということになります。

 

ブロックチェーンの課題② 51%攻撃

ブロックチェーンにデータが書き込まれる際、その一部に不正や改ざんがあった時は、自動で修正されるという話を分散台帳技術の項で説明しました。
しかし、不正なデータを作るマイナーが過半数を超えた場合はどうでしょうか?
51%攻撃
とはその名の通り、その仮想通貨に参加するマイナーの51%以上が悪意のある端末グループである場合に発生するといわれています。

ブロックチェーンの分岐

ここでブロックチェーンの分岐について説明しなければなりません。
ブロックチェーンは、基本的に全ノードが同じ計算をして出た答えについて同意しますが、まれに違う計算結果が出てブロックが分岐することがあります。その場合、それぞれのノードは自分が正しいと思う方にブロックをつなげていきますが、やがてブロックの長さに差がつくと、短い方のブロックは分岐したところから破棄され、結果として正しいと合意した方が多いブロックが残るわけです。
話を戻すと、51%攻撃とは悪意のある端末グループがこのような状況を意図的に作り、不正を働く攻撃を言います。

51%攻撃の概要

では51%攻撃の流れを簡単にまとめてみましょう。

【51%攻撃の流れ】
① 
意図的に不正なブロックを作って分岐を発生させる
② 
不正なブロックを承認し続けて伸ばし、逆に正しいブロックは承認をせず作成を妨害する
③ 分岐したブロックチェーンの長さに差が生じ、最終的に本来正しいブロックチェーンは破棄され、不正なブロックチェーンが正当なブロックチェーンとして残る


ただ、この51%攻撃は、非常に非効率であるといわれています。正しいブロックとして承認し続けるには、ブロックチェーンネットワークに参加している全マイナーの51%以上の計算能力を確保する必要があり、実際にはこのような状況を整えるのは非常に難しいといわれているからです。
しかし、実際に2013年末にとあるビットコインのマイニングプール(マイニング作業をするために集まったグループのこと)が持つリソースが全体の50%に迫ったことがあり、現在でも中国がビットコインをはじめとした仮想通貨に力を入れていることから、今後も同じようなことが発生する可能性は0ではないと考えられています。

ブロックチェーンが今後世界を変えると言われる所以は?ブロックチェーンの応用!

2008年にビットコインが登場して以来、ブロックチェーンは様々な分野への応用が研究されています。ここではその一部を紹介しましょう。

不動産取引

食品管理

農業支援

個人認証

上記は一般的にもデータ管理が非常に重要なものばかりです。
不動産は権利関係、食品は偽造の防止、農業は生産地や生産者の管理、個人認証は・・・言うに及ばずだと思います。

ブロックチェーンの特徴でもある改ざんが事実上不可能な点を活かし、こういった不正や改ざんが許されない分野にも利用が広がってきているのです。もちろん、データの入力時に間違いが発生しないよう、その点もサブシステムとして合わせて開発が進められています。

 

まとめ

どうだったでしょうか?ブロックチェーンについて初心者だった方も、ここまで読み進めていただければ、初心者は脱出できるきっかけはつかめたのではないかと思います。
しかし今回の話はあくまで基礎知識
ブロックチェーンという技術に対して語ることができていない内容がまだ数多く残っています。今回はビットコインとブロックチェーンをメインにお話ししましたが、「ブロックチェーンの応用分野」でもお話したように、既に仮想通貨以外にも様々な分野に応用がされてきています。
今後、ブロックチェーンは形を変えつつ、より我々の身近に近づいてくるかもしれませんね。

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仮想通貨のバブルに乗ってミリオネアを目指す26歳の仮想通貨トレーダーです。国立大学を卒業し総合系コンサル会社に入社→仮想通貨にハマり2年で退職し仮想通貨投資暦2年
50万の初期投資から貯金1200万(※2017年11月現在)
元々はフィンテック関連企業のアサイン経験からブロックチェーンの勉強をし、途中から投資を始めました。情弱だったことから起きた個人的な失敗談や、技術的な話を理解せずに投資をする友人達の失敗を見て本当に必要な情報を初心者〜中/上級者の方に向けて発信して行こうと思います。
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