logic of blockchain and quantum computing on ibm cloud platform

IBMクラウドから提供するブロックチェーンと量⼦コンピューティングの仕組み

2016 年 10月 15日IBM コンサルティングアーキテクト平山毅

© 2016 IBM Corporation

自己紹介名前︓平⼭毅（ひらやまつよし）Twitter : t3hirayamaFacebook : tsuyoshi.hirayama

2016年2月からIBMクラウド事業統括でアーキテクトとしてWatson、IoT、Blockchain等の最新技術から構成されるデジタルでオープンなクラウドプラットフォーム技術を担当。Watson、Blockchainの公演多数。

【前職】・Amazon Web Services (AWS)

Professional Services Consultant , Enterprise Solutions Architect・Tokyo Stock Exchange (TSE)

IT Service Manager , Enterprise Architect , Derivative Master・Nomura Research Institute (NRI)

Financial Systems Engineer【執筆著書】


旬なテクノロジー

【出展】http://www.gartner.com/newsroom/id/3412017

Blockchain（ブロックチェーン）は、「Peak of Inflated Expectation（期待のピーク）」に突入。IBMは多くのPoC（実証実験）やプロジェクトを実施中。

Quantum Computing（量⼦コンピューティング）は、「Innovation Trigger（黎明期）」に突入。

話題のCognitive Computing、機械学習の次に来ると言われている根幹技術

Cognitive、Blockchain、QuantumComputingをクラウドで提供しているのは、IBM Cloudのみ︕


IBM Cloud の特徴

IBM はコグニティブ･ソリューションとクラウド･プラットフォームの会社です。IBM is now emerging as aCognitive solutions andCloud platform company. Software

as a Service

Platform as a Service

Infrastructure as a Service

Public

Shared

2016年のIBM企業方針

Blockchainも広義な解釈ではコグニティブソリューションであり、クラウド上で実⾏される

Shared

Shared

Shared

Dedicated

Dedicated

Dedicated

Private

Dedicated


Digital Innovation on IBM Cloud

DCとグローバルシステムの提供基盤

ハイブリッドクラウド、マルチクラウドの提供基盤

API

Economy

Cog

nitive

Data

ScienceIoT

Block

chain

今話題の最新のデジタルソリューション群は全てIBMCloudから提供︕

デジタルイノベーション

連動

Quatum

Computing

Data

Works

オンプレミス環境

↓今回はココ


Blockchainの細かい内容はこちらの動画を⾒てください︕https://www.youtube.com/watch?v=lUcBxWbgVW8&index

Open Cloud Innovation Festa 2016


Blockchain = 概念・Bitcoinの仮想通貨を元にして、分散共有台帳を使ってP2P取引を効率化する技術の「概念」です。

＜従来＞＜Blockchain＞・個別台帳を各々の参加者で保持する。→管理主体が制御する。

・同じ台帳を参加者間で共有して保持する。→管理主体が不要（Blockchainが主体）

・共有台帳の分散同期技術・P2Pの認証技術（従来のエンタープライズアプリケーションを変える︖）


ピアで同期されるデータ

Blockchainの構成要素

SmartContractSmart

Contract

Privacy andConfidencial

ity

Privacy andConfidencial

ity

SharedLedgerSharedLedger

ConsensusConsensus

安全性の確保、認証および検証

取引のためのビジネスロジックを記述

（チェーンコード）

スマート・コントラクトを通して⾏われた取引を

システム的に確定

ネットワークで共有される分散台帳


Blockchainの基本構造

b(4)

承認されたトランザクション

ハッシュ値ハッシュ値ハッシュ値

未承認トランザクション

b(n) b(n+1) b(n+2) b(n+3)n番目のブロック n+1番目のブロック n+2番目のブロック n+3番目のブロック

ハッシュ値ハッシュ値ハッシュ値ハッシュ値



・ブロックチェーンは追記型・ブロックチェーンには、過去のトランザクション「ハッシュ値（ダイジェスト）」が記録されており、過去の情報を改竄できないようになっている


IBM Blockchain は Hyperleger

管理主体なし複数組織単一組織

ネットワーク形態パブリック型コンソーシアム型プライベート型

参加者自由許可制

不特定、悪意のある参加者を含む参加者の身元が判明しており、信頼できる

コンセンサス方式プルーフ・オブ・ワーク型 PBFT型

• ファイナリティがない• 電⼒消費が多い

• 軽量、⾼速、低消費電⼒• ファイナリティがある

トランザクション処理時間⻑い（例︓10分）短い（例︓数秒）

ユースケース仮想通貨など銀⾏間送⾦、証券取引などビジネスネットワークで使用

実装例ビットコイン,

Ethereum（イサリウム）、などRipple（リップル）、

Hyperledger（ハイパーレッジャー）、など

エンタープライズ向け

マルチテナントシングルテナント


Open Blockchain = 実装・Blockchainの概念を「実装」するOSSプログラム

・IBMが開発し、Hyperledgerプロジェクトに提供(contribute)してOSS化したもの

・Bitcoin技術をベースとしつつも、汎用性、拡張性、セキュリティを多く加えたもの

https://github.com/openblockchainのGit上に仕様書とソースコードが掲載


IBM Blockchain = 付加価値を提供・Open Blockchainを使いやすくしたもの

・Bluemix Blockchainのベースになっている

具体的には、、・Node.js の SDK提供・MarblesやCP等のサンプルコードを提供等

https://github.com/IBM-BlockchainのGit上に仕様書とソースコードが掲載


Bluemix Blockchain とは・IBM BlockchainをBluemix PublicでPaaSとして提供・試験サービスを終了し、4ノードまで対応・後述するHigh Security Networkへの拡張を意識した改修

ノードやネットワークを隠ぺいしてサービスとして提供


IBM Blockchain の実⾏環境

Linux

IBM High Security

Business Network

物理サーバ、物理ネットワーク物理ローカルストレージ、で性能が安定

New!

セキュリティや信頼性の考慮が必要。開発環境としては最適

Blockchainの運用管理やバージョンアップをユーザーやパートナーにて⾏う必要がある。

本番環境用として、IBMが完全にマネージドに提供するクラウドサービス


一般的な⾒解に対するアプローチ

性能

セキュリティ

信頼性

・サーバ性能に関しては、スケールアウトが可能・スマートコントラクトのブロック書き込みは、限界性能がある。➡スマートコントラクトの単位を分割する

・Hyperledger の占有構成によって担保はできるが、パブリッククラウド固有のセキュリティ設計が必要

・Hyperledger は分散アーキテクチャーだが、IAサーバのノード障害は発生し、振り分け時にオーバーヘッドは発生する。

IBM High Security Business Networkを利用する




IBM High Security Business Network の違い種類 Bluemix Starter High Security

Business NetworkRequires IBM approval: No Yes

目的開発テスト本番（性能、セキュリティの担保）

ノード: 4 nodes + Certificate Authority

4 nodes + Certificate Authority

モニターダッシュボード Yes Yesトランザクションの機密性 Yes Yesコンセンサスモード PBFT PBFT環境 Shared multi-tenant Isolated single tenantIBM Secure Service Container: No Yes


IBM Blockchain on IBM Cloudデモタイム


非構造ビックデータの増大

BigInsights on Cloud• インメモリーで高速なSparkとHadoopの連携• ベアメタルのクラスターによるパフォーマンス• 多様な⼤量のデータを集計、分析

Cloudant• 世界規模でクラウドにデータを貯め、アプリケー

ションを迅速に開発するためのNoSQL型DBaaS• モバイルアプリにおけるデータストアとして最適• JSON形式データをRDBMS形式のデータに自動変換

• BLUのカラムナーおよびインメモリーによる高いパフォーマンス

• Netezza In-DB アナリティクスによる高度な分析

• Cloudant NoSQLからの自動変換・同期、および、Watson Analyticsとの連携

分析用トランザクション用

非構造化データ

構造化データ

Watson Analytics直観的ビジュアル分析ツール

DataWorksETL

DB2 on Cloud• SoftLayerのプライベート仮想化ノードでの汎

用DBMSを、Bluemix経由でプロビジョニング• データの処理中、使用中、保存中のいずれでも

ネイティブに暗号化• DB2の高度な機能をクラウドの柔軟な

課⾦体系で

dashDB

膨大なデータ量を処理する必要がある。


コグニティブシステムの延⻑としての量⼦コンピューティング

WEBプログラム可能なシステムの時代

メインフレームの時代

学習するシステムの時代（コグニティブ・システム）

・COBOL / C・ISAM・⼊出⼒装置

・Java・SQL・PCキーボード

・API・Watson・モバイル、IoT

・言語・データストア・⼊出⼒インターフェース

Intel CPU主流の時代

⼤量データを扱う量⼦コンピューティングが主流の時代に（︖）


量⼦コンピューティングのニーズ

0or1

10という数字を表すためには、2進数で表すと、以下となる。1010

非構造化データを構造化データに変換すると、膨大なビットのデータ量になる。

現在のコンピュータ量⼦コンピュータ

2進数

量⼦⼒学を活用。量⼦ビットが0,1を重ねて保持することで、２ｎ (nは量⼦ビット数)の状態を並列計算可能。


量⼦コンピューティングへの進化IBMは量⼦コンピューティングを実現するために、専用のチップを開発。これをサーバーとして提供するのではなく、IBMクラウドで試験的に提供開始。

【引用】詳細は以下を参照http://www.kurzweilai.net/ibm-demonstrates-superconducting-quantum-computer


量⼦コンピュータの実用場⾯

暗号化機能新薬＆新素材機械学習ビックデータ検索解析


Quantum Computing on IBM CloudQuantum Computing のサイトからIBM IDでログインして利用可能。


Quantum Compting 管理コンソール

5つの量⼦ビット

恒等変換

ビット反転

位相反転

位相ビット反転

アムダール変換

制御NOTゲート

π/2 位相シフト変換

π/4 位相シフト４換

標準基底測定

ブロッホ測定

ここをクリック

プロセッサを予め選択


実⾏環境の選択

架空の量⼦コンピューティング

実際の量⼦コンピューティング


量⼦の実態とシュミレーション


計算結果 x q[0];id q[1];measure q[0];y q[1];measure q[1];

Shots Value Probability Qubits Measured1 0 0 0,11 1 0 0,11 10 0 0,1

1 11 1 0,1

100%ここ


IBM Quantum Computingon IBM Cloud

デモタイム


この資料に含まれる情報は可能な限り正確を期しておりますが、日本アイ・ビー・エム株式会社の正式なレビューを受けておらず、当資料に記載された内容に関して日本アイ・ビー・エムは何ら保証するものではありません。ワークショップ、セッション、および資料は、IBMまたはセッション発表者によって準備され、それぞれ独自の見解を反映したものです。それらは情報提供の目的のみで提供されており、いかなる参加者に対しても法律的またはその他の指導や助言を意図したものではなく、またそのような結果を生むものでもありません。本講演資料に含まれている情報については、完全性と正確性を期するよう努力しましたが、「現状のまま」提供され、明示または暗示にかかわらずいかなる保証も伴わないものとします。本講演資料またはその他の資料の使用によって、あるいはその他の関連によって、いかなる損害が生じた場合も、IBMは責任を負わないものとします。本講演資料に含まれている内容は、IBMまたはそのサプライヤーやライセンス交付者からいかなる保証または表明を引きだすことを意図したものでも、IBM ソフトウェアの使用を規定する適用ライセンス契約の条項を変更することを意図したものでもなく、またそのような結果を生むものでもありません。本講演資料でIBM製品、プログラム、またはサービスに言及していても、IBMが営業活動を行っているすべての国でそれらが使用可能であることを暗示するものではありません。本講演資料で言及している製品リリース日付や製品機能は、市場機会またはその他の要因に基づいてIBM独自の決定権をもっていつでも変更できるものとし、いかなる方法においても将来の製品または機能が使用可能になると確約することを意図したものではありません。本講演資料に含まれている内容は、参加者が開始する活動によって特定の販売、売上高の向上、またはその他の結果が生じると述べる、または暗示することを意図したものでも、またそのような結果を生むものでもありません。パフォーマンスは、管理された環境において標準的なIBMベンチマークを使用した測定と予測に基づいています。ユーザーが経験する実際のスループットやパフォーマンスは、ユーザーのジョブ・ストリームにおけるマルチプログラミングの量、入出力構成、ストレージ構成、および処理されるワークロードなどの考慮事項を含

む、数多くの要因に応じて変化します。したがって、個々のユーザーがここで述べられているものと同様の結果を得られると確約するものではありません。記述されているすべてのお客様事例は、それらのお客様がどのようにIBM製品を使用したか、またそれらのお客様が達成した結果の実例として示されたものです。実際の環境コストおよびパフォーマンス特性は、お客様ごとに異なる場合があります。IBM, IBM ロゴ、ibm.com, は、世界の多くの国で登録されたInternational Business Machines Corporationの商標です。他の製品名およびサービス名等は、それぞれIBMまたは各社の商標である場合があります。現時点での IBM の商標リストについては、www.ibm.com/legal/copytrade.shtmlをご覧ください。

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