ブロックチェーンのメリットは？ブロックチェーンの仕組みを徹底解説！

ブロックチェーンのメリットは何か知っていますか？
本記事では、ブロックチェーンの仕組みについて以下の点を中心にご紹介します！

ブロックチェーンとは？
ブロックチェーンのメリット
ブロックチェーンのデメリット

ブロックチェーンのメリットについて理解するためにもご参考いただけると幸いです。
ぜひ最後までお読みください。

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ブロックチェーンとは？
ブロックチェーンの仕組み
ブロックチェーンの種類
ブロックチェーンのメリット
ブロックチェーンのデメリット、注意点
ブロックチェーンのメリットに関するよくある質問
ブロックチェーンメリットについてのまとめ

ブロックチェーンとは？

ブロックチェーンとは、簡潔に表現すると「分散型の暗号化されたデータベース」です。通常の中央集権型のデータベースとは異なり、取引の記録や情報はネットワーク内の多くのコンピュータに分散して保存されます。この技術の魅力は、取引履歴をブロックという単位にまとめ、それを連鎖的に結びつけることで、過去の取引履歴が改ざんされることを極めて難しくしています。

各ブロックは、前のブロックの情報を持っているため、一つのブロックを変更しようとすれば、それに続くすべてのブロックも変更する必要があり、これがブロックチェーンの高いセキュリティ性を保障します。さらに、データは分散して保存されるので、一部が攻撃を受けても他の部分が機能を維持し続けます。

ビットコインという仮想通貨がブロックチェーン技術を利用していますが、ブロックチェーン自体は通貨ではありません。ビットコインは、ブロックチェーン技術を活用した最初の実例として知られるようになったのです。しかし、ブロックチェーンの応用範囲はそれだけに留まらず、サプライチェーン管理、契約、公的記録など、多岐にわたる分野での利用が期待されています。

ブロックチェーンの仕組み

ブロックチェーンは、連鎖的に結合されたデータの不変的な記録を持つ技術です。以下、ブロックチェーンに関連する具体的な技術について解説していきます。

P2Pネットワーク

P2P（Peer to Peer）通信は、端末間で情報を共有する技術のことを指します。これはネットワーク上の端末が等価な立場でデータや機能を利用し合う独特の通信システムです。

多くの一般的なシステムでは、情報の取得はクライアントがサーバーに要求する形で行われます。しかし、P2Pでは全ての端末が等しい機能を持ち、情報の共有や処理の負荷を等しく分散します。その結果、一つの端末で問題が生じても他の端末がその役割を引き継ぐ耐障害性が高まります。

さらに、P2Pシステムはデータ処理を分散させることで、大規模な障害が発生した場合でもアクセス不能になるリスクを減少させます。しかし、P2Pの方法では通信履歴が中央サーバーに残らないため、一元的なデータ管理や記録保持には適していません。

ブロックチェーンは、P2Pネットワーク上でのデータ管理を革命的に改善する仕組みであり、各端末でデータを保存し、リスクを分散させることで、信頼性の高いデータ管理が可能となります。ブロックチェーンのアプローチは、今後のデータ管理において重要な役割を果たすことでしょう。

ハッシュ

ハッシュ関数は、情報セキュリティの領域で極めて重要な役割を果たす暗号技術の一部です。この関数は、任意の長さのデータを取り入れ、固定長の一見するとランダムな文字列、通称「ハッシュ値」を出力します。特筆すべき点は、出力されるハッシュ値が元データから逆算することが非常に困難であるということです。計算過程での情報の欠落がその主な理由として挙げられます。

さらに、ハッシュ関数の驚くべき特性として、元のデータにわずかな違いがあっても、結果として得られるハッシュ値は大きく異なります。この性質により、データの完全性をチェックする際などに役立ちます。たとえば、1ビットの変更でハッシュ値が大きく変わるため、情報の改ざんを容易に検出できます。

このハッシュ関数の性質がブロックチェーン技術においても利用されています。ブロックの内容が変更されると、ハッシュ値も変わるため、改ざんが瞬時に検知可能となります。これにより、ブロックチェーンはその不変性を維持できるのです。

電子署名

公開鍵暗号方式は、セキュアなデータ通信の鍵を握る高度な暗号技術の一つです。この方式は、「秘密鍵」と「公開鍵」という2つのキーを活用します。

基本的な流れは次の通りです。まず、秘密鍵を用いて公開鍵が生成されます。そして、公開鍵を使ってデータが暗号化される。この暗号化されたデータは、秘密鍵を持つ者のみが復元できます。

この技術の肝は、秘密鍵を所持している者だけが暗号を解読可能という性質にあります。これにより、データはなりすましや第三者による不正アクセスから守られます。

ブロックチェーンにおいても、公開鍵暗号方式は中心的な役割を果たします。トランザクションの正当性を確認する際、この暗号技術が電子署名として活用され、ブロックチェーンのセキュリティを一層強化しています。

コンセンサスアルゴリズム

コンセンサス・アルゴリズムは、ブロックチェーンの核心に位置する技術の一つです。これは、分散ネットワーク上で参加者間のデータの一致やトランザクションの正当性を合意するための仕組みを指します。

ブロックチェーン上では、日々のトランザクション情報がブロックとして追加され、このチェーンが増加していきます。この際、新たに追加されるデータが正確かどうかの判断基準が必要となり、ここでコンセンサス・アルゴリズムが重要な役割を果たします。

例えば、新しいブロックが提案された場合、ネットワークの参加者はこのブロックの正当性を検証します。もし大多数の参加者がブロックを正当と認識すれば、それがネットワークに追加されます。これにより、不正な操作や改ざんを大きく難しくします。

「何を答えにするか」は、使用するコンセンサス・アルゴリズムの種類によって異なります。しかし、その核心は、多数の意見や検証に基づき、全体としての信頼性と透明性を保持することです。ブロックチェーンの堅牢性と信頼性は、このコンセンサス・アルゴリズムの存在によって支えられていると言っても過言ではありません。

ブロックチェーンの種類

ブロックチェーンは公開型、許可型など複数の種類に分けられ、異なる用途に適応しています。

パブリック型

パブリック型のブロックチェーンは、中央機関や特定の管理者が存在せず、世界中の不特定多数のユーザーによって共同で運営・管理されるシステムを指します。

この型のブロックチェーンの一番の特色は、取引の透明性です。取引データはオンライン上で公然と共有され、誰もがそれを検証・確認できます。この全体のオープン性から、しばしば「オープン型ブロックチェーン」とも呼ばれます。

安全性の面でも、パブリック型のブロックチェーンは他のブロックチェーンモデルより顕著な特徴を持っています。多くのユーザーによる分散的な検証と合意形成の過程により、不正な取引やデータの改ざんが極めて困難となっています。ただし、その分、新しいデータブロックをチェーンに追加する際の計算処理は複雑で、時間とコストがかかるというデメリットも伴います。このような特性により、パブリック型ブロックチェーンは透明性と信頼性を重視する多様なアプリケーションに使用されています。

プライベート型

プライベート型のブロックチェーンは、特定の個人や組織が独占的に管理・運営する形式のブロックチェーンです。この型の大きな特徴は、取引の承認スピードが非常に速いこと、そしてシステムやルールの変更が容易に行える点にあります。

パブリック型より、プライベート型のブロックチェーンは一般的に「処理速度の遅延」の問題が少ないです。しかし、その透明性は相対的に低くなります。外部からのアクセスが制限されており、情報は非公開となるため、高度なプライバシーとセキュリティが実現されます。

その特性上、プライベート型のブロックチェーンは、内部でのデータ管理や取引が求められる場面、例えば企業内の情報共有や金融機関における取引の履歴管理などに特に適しています。その閉じられた環境から、この型は「許可型」または「パーミッション型」とも称され、参加者が事前に承認された者のみで構成される点も大きな特徴として挙げられます。

コンソーシアム型

コンソーシアム型のブロックチェーンは、複数の組織やグループが共同で管理・運営するブロックチェーンの形式です。この型は、パブリック型の分散性と透明性、プライベート型の高速な処理能力を組み合わせた中間的な性質を持っています。

その背景には、コンソーシアム型が複数の組織によって監督されるため、単一の組織のリスクや偏向が低減されるという点があります。これにより、より高度な分散性と安全性が確保されています。さらに、参加する組織やグループは限定されるため、トランザクションの検証や承認プロセスが迅速に進行することも特徴として挙げられます。

コンソーシアム型のブロックチェーンは、特定の業界内での共同プロジェクトや同業者間のデータ共有に適切であり、その特性上、複数の企業や組織が連携して構築・運営するシステムとして幅広く採用されています。このアプローチは、各組織の信頼性を保ちつつ、ブロックチェーンのメリットを活用するための実用的な方法として評価されています。

ブロックチェーンのメリット

ブロックチェーン技術は、透明性、不変性、セキュリティの強化など多くの革命的なメリットを提供します。

データの改ざんを防ぐ

ブロックチェーン技術の核心的なメリットは「データの改ざんが極めて難しい」という点にあります。この技術がなぜ改ざんに強いのか、その背後にある理由を探ってみましょう。

ブロックチェーンは、情報群を「ブロック」としてまとめ、これらを連鎖的につなげるデータベース構造を持っています。各ブロックには「ハッシュ値」という一意の識別子が付与されており、このハッシュ値は前のブロックの情報を基にして生成されます。したがって、一つのブロックの情報を後から改ざんしようとすると、それ以降の全てのブロックのハッシュ値も変更しなければならず、これは現実的には極めて困難な作業です。

加えて、ブロックチェーンの通信は公開鍵暗号やデジタル署名によってセキュリティが強化されており、外部からの不正な介入や情報の捏造を大幅に難しくしています。新しいブロックが生成されるためには、特定のルールや条件（コンセンサスアルゴリズム）を満たす必要があり、これによってシステムはビザンチン障害からも保護されています。

しかし、理論上、全体の計算能力の51%以上を持つ者が結託する「51%攻撃」という脅威が存在します。この攻撃は実際に実行することは非常に高コストかつ難しいとされるものの、ブロックチェーンのセキュリティ上の課題として挙げられています。

システムダウンしにくい

ブロックチェーン技術の一つの顕著なメリットは、その堅牢なシステムの耐障害性にあります。ブロックチェーンは、基本的に分散型データベースとして設計されており、ネットワーク上の多数のマシンが連携して動作しています。

このような分散型構造の美点は、すべての参加マシンが完全なコピーを持っているため、個別のマシンが故障や攻撃を受けた場合でも、ネットワーク全体が停止することなく動作を継続できる点にあります。これは中央集権型のシステムとは対照的です。中央サーバーがターゲットとなりやすく、そのサーバーがダウンするとサービス全体が停止するリスクがあります。

ブロックチェーンの場合、特定のマシンやノードが攻撃を受けても、他のノードがデータの正確性を確保し、ネットワークの適切な機能を維持します。この強固な耐障害性により、ブロックチェーン技術は極めて信頼性が高く、システムの継続的な稼働が期待される多くの産業やサービスに適しています。

ランニングコストが安く済む

ブロックチェーン技術の経済的な利点として「運用コストの節約」が挙げられます。ブロックチェーンは分散型のデータベース構造を持っており、データは世界中のノード、すなわち各参加者のマシンに保存・管理されます。

従来の中央集権型のシステムでは、サーバーやネットワークの維持・保守のための大きな費用が必要でした。特にデータの一元管理は、大容量のストレージやサーバーの保守、そしてセキュリティの維持といった面での高いコストが発生します。

しかし、ブロックチェーンの分散管理のおかげで、これらの運用コストは大幅に削減されます。具体的には、ビットコインやその他の仮想通貨を使用するユーザー、投資家、そして「マイナー」としてブロック生成に関わる人々が、それぞれのマシンの計算能力やストレージを提供することで、全体のネットワークが維持される仕組みです。

この分散型の仕組みは、例えば海外送金の際の手数料を大幅に削減するなど、多くの金融トランザクションでのメリットをもたらします。加えて、ブロックチェーンの改ざん耐性や透明性といった固有の特性により、トータルの運用コストがさらに抑えられることが期待されます。

信頼できる

ブロックチェーン技術は、その構造と運用の仕組みにより、高い信頼性を持つデータ管理システムとして注目されています。

ブロックチェーンの中核を成すのは「トランザクション」と「ブロック」です。トランザクションは、具体的な取引や行動の記録を示しています。このトランザクションは、ネットワーク上の多数のマシン、すなわち「ノード」によって共有され、検証プロセスを経ることで正当性が確認されます。

この検証を通過したトランザクション群が、ブロックとしてまとめられます。そして、ブロックの生成には「コンセンサスアルゴリズム」が採用され、ネットワーク参加者間でそのブロックの内容の正当性が合意されます。合意が取れたブロックのみが、既存のブロックチェーンに追加される仕組みとなっています。

この一連のプロセスを通じて、ブロックチェーンはデータの改ざんや不正を極限まで防ぐ構造を持っています。複数のノードによる分散検証とコンセンサスのメカニズムにより、システム全体としてのデータの信頼性と透明性が担保されているのです。これにより、ブロックチェーンは多くの産業や分野で、信頼できるデータ基盤としての活用が進められています。

情報の透明性が高い

ブロックチェーン技術はその独特の構造から、高い情報の透明性を提供します。この技術を採用したシステムでは、取引やデータはすべての参加者に公開される一方で、特定の個人や団体を直接特定する情報は秘匿されています。

具体的には、ビットコインのような仮想通貨のトランザクション履歴を例に取ると、どのアドレスがいつ、どれだけのビットコインを送受信したのか、というデータが公然と公開されています。しかし、それがどの実際の個人や企業に紐づいているのかは、特定の条件下でなければ知られません。

さらに、ブロックチェーン上のデータは「ハッシュ値」という一貫した計算手法を利用して連鎖されています。そのため、過去のデータを変更しようとすると、それ以降の全てのハッシュ値も変わってしまうという性質があります。この特性により、不正な改ざんが即座に検出される仕組みとなっています。

このように、ブロックチェーンは取引の透明性とセキュリティを同時に実現しています。その結果、ユーザーは信頼性の高い環境の中で、取引や情報の共有ができます。

マイニングで収益を得られる

ブロックチェーンの中心的な特徴として、公開型チェーン（パブリックチェーン）におけるマイニングがあります。このマイニングは、取引の正当性を確認し、合意を形成するためのプロセスとして不可欠です。マイナーと呼ばれる参加者たちは、高度な計算を行い、取引の正当性を検証します。

マイニングのプロセスが成功すると、マイナーには仮想通貨としての報酬が与えられます。これにより、中央管理者のいないディセントラライズドなシステムの安定運用が保たれるのです。

しかし、このマイニングにはコストがかかります。そして、そのコストと得られる報酬との間には、時とともに変動するバランスがあります。特に、仮想通貨の市場価値が高騰すると、多くのマイナーが参入し、競争が激化します。この結果、マイニングの難易度が上昇することが一般的です。

仮想通貨のマイニング難度は、通貨の供給量や価値の変動、そしてネットワークの安定性を維持するための調整機構として存在しています。パブリックチェーンの安定性や信頼性が高まるにつれて、そのチェーンでのマイニング難度も高くなるのは自然な流れです。一方、新興のチェーンや安定性の低いチェーンでは、参入のハードルが低いでしょう。このようなメカニズムによって、ブロックチェーンは持続可能で安定したエコシステムを維持しています。

ブロックチェーンのデメリット、注意点

ブロックチェーンは多くのメリットを持つ一方で、いくつかのデメリットや課題も存在します。

記録したデータの削除・修正ができない

ブロックチェーン技術は、データの改ざん防止のために、一度保存された情報の変更や削除を極めて困難にしています。この不変性は、ブロックチェーンの特徴の一つとして認識されており、高いセキュリティを実現しています。しかし、この特性は二面性を持ち、誤った情報を記録した際の訂正や更新が難しいという問題も生じます。

ブロックチェーンに記録されたデータは基本的に変更できず、過去のブロックを修正すると、それ以降の全てのブロックのハッシュ値も変わってしまいます。そのため、誤った情報や不要となったデータを取り消すには、大きなコンセンサスを得る必要があります。

特に、公開されるパブリックチェーンでは、情報の取り扱いに注意が求められます。一方、プライベートチェーンでは制御が容易であるものの、既存のデータベースより手間やコストが増える可能性がある。

結論として、ブロックチェーンの使用に当たっては、その特性を理解し、適切なシステム設計と利用が必要です。不変性が必要とされる場面での利用が最も適しており、情報の正確性や取り扱いには十分な注意が必要です。

悪意を持つ利用者が紛れ込む可能性がある

ブロックチェーン、特にパブリックチェーンの設計思想は、信頼の前提がない中でもセキュアに取引を行うためのものです。この開かれた環境は、残念ながら悪意を持つ利用者も参入できるというリスクを伴います。

その一方で、ブロックチェーンは公開鍵暗号、デジタル署名、コンセンサスアルゴリズムなど複数のセキュリティ機構を導入しており、単純な不正行為や攻撃を難しくしています。これらの機構により、透明性を確保しつつも、取引の利便性は確保されています。

しかし、完璧なセキュリティを持つものは存在しないため、悪意を持つ利用者がシステム内で多数を占める場合や、特定の攻撃手法を駆使することで、ブロックチェーンの弱点を突くことが可能です。例として「51%攻撃」では、計算能力の過半数を制御することで、不正な取引の承認や二重支払いを行います。

このような攻撃手法は既知のものも多いため、ブロックチェーン技術を採用する際は、十分なリスク対策と監視が求められます。継続的な技術の進化と共に、これらの脅威に対する対策も必要となります。

処理速度が遅いことがある

ブロックチェーンは、取引や情報を管理する分散型のデータベース技術です。しかし、その透明性の背後には処理速度の問題が潜んでいます。

具体的には、マシン間でのデータ検証、通称「合意形成」のための「コンセンサスアルゴリズム」の適用が必要です。例えば、よく知られるPoW（Proof of Work）は、計算的なタスクを完了することで取引の正当性を証明しますが、これが処理の遅延を引き起こす要因となります。

新しいコンセンサスアルゴリズムが提案され続けていますが、各アルゴリズムは特定の利点と欠点を持ちます。たとえば、PoS（Proof of Stake）やPoI（Proof of Importance）は、資産の保有量や活動に基づいて合意形成の優先度を付けることで、処理を高速化しようとするものです。一方で、PoC（Proof of Consensus）は、承認の権限を持つエンティティを限定することで、合意の達成を迅速にします。

ブロックチェーンの処理遅延は、データの量やハッシュ計算の難易度、さらには採用するコンセンサスアルゴリズムによっても変動します。たとえ高性能のハードウェアを使用しても、データが増加すれば、必然的に処理速度は低下するリスクがあります。

要するに、ブロックチェーンの堅牢さは確かですが、それが処理速度の遅延をもたらす可能性があることを理解し、適切なアプローチを選択することが必要です。

ガス代が高くなる

ブロックチェーン技術は、初期にはビットコインのバックボーンとして登場しましたが、イーサリアムの登場によって、より広範な応用が可能となりました。イーサリアムでは、特定のプログラム動作や処理をブロックチェーン上で行い、これをDAppsと呼びます。

しかし、イーサリアムのDAppsの利用には、計算の「燃料」としてガス代が発生します。このガス代は取引や処理の複雑さに応じて変動し、高いガス代を設定すれば優先的に処理されるという特性があります。大量の取引やDAppsの利用が増加すると、このガス代は高騰することがあるのです。

PoWのコンセンサスアルゴリズムは計算量が多く、それに伴うエネルギーコストも高いため、ガス代の上昇の一因となっていました。特にイーサリアムでは、複雑なDAppsの増加によりガス代の高騰が顕著になりました。

幸い、イーサリアムは2022年にPoSへの移行を果たし、これにより計算コストやガス代は大きく削減されました。PoSの導入は、ブロックチェーン技術の持続可能性と、より多くの人々やビジネスにとってアクセスしやすくするための重要なステップでした。それでも、ガス代や取引コストの課題は、ブロックチェーン技術の進化と共に常に考慮されるべき点であり続けます。

スケーラビリティ問題がある

ブロックチェーン技術は、信頼性の高い取引の実現に画期的な影響をもたらしました。しかし、その成果として遭遇したのが「スケーラビリティ問題」です。スケーラビリティとは、ブロックチェーン上で一定時間内に処理できる取引の量を指します。高いスケーラビリティを持つシステムは、多くの取引を迅速に処理できることを意味します。

PoW（プルーフオブワーク）を利用したブロックチェーンは、高い計算コストを要求されるため、取引の増加に伴い適切なスケーラビリティを維持することが困難となります。実際、2017年12月にはイーサリアム上でこの問題が明らかとなりました。

スケーラビリティ問題が顕在化すると、取引の遅延が生じるだけでなく、取引を迅速に処理させるための手数料が急激に高騰する場合があります。これに対応するための多くの提案がなされており、その中にはブロックの容量を拡大するものや、計算コストの少ない新しいコンセンサスアルゴリズムを採用する方法などが考えられています。

しかし、これらの改善策も完璧ではなく、ブロックチェーンの進化とともにスケーラビリティの問題は継続的に取り組むべき課題となっています。

ブロックチェーンのメリットに関するよくある質問

ブロックチェーン技術は多くのメリットを持つ一方、多くの疑問も生まれています。
ここではよくある質問とその回答を紹介します。

ブロックチェーンが注目される理由はなんですか？

ブロックチェーン技術は近年、注目を浴びていますが、その背後にはいくつかの理由があります。まず、ブロックチェーンは中央集権的な管理者を必要とせず、分散型のシステムでデータの完全性と信頼性を保てます。これにより、改ざんのリスクが大きく減少し、信頼性の高い取引が可能となります。

また、ブロックチェーンの透明性の高さも重要な要素です。取引やデータの履歴は公開され、気軽に参照できますが、個人のプライバシーは適切に保護されます。この特性により、公平性と透明性を求めるさまざまな業界や分野での応用が考えられています。

さらに、スマートコントラクトという自動実行の契約形式を利用することで、自動的かつ効率的な取引処理が可能になります。これにより、中間者を排除し、コスト削減や速度の向上が期待されています。

これらの特性が組み合わさることで、ブロックチェーンは金融業界から物流、公共サービスまで幅広い分野での革命をもたらす可能性を秘めています。

ブロックチェーンはなぜ改ざん困難と言われるのですか？

ブロックチェーンの根本的な特性として「不変性」が挙げられます。これは、一度ブロックに記録されたデータは後から容易に変更や削除ができないという特徴を指します。その理由の核心は、各ブロックが一つ前のブロックのハッシュ値を含んでチェーンを形成している点にあります。これにより、一つのブロックの情報を変更しようとすると、それに続く全てのブロックのハッシュ値も再計算する必要があり、膨大な計算力を要するため、実質的には変更が困難となります。

また、多数のノードが同じ情報を持ち、相互に情報の正確性を確認しあうことで、一部のノードでの改ざんが他のノードによって検知・修正される仕組みとなっています。

そのため、情報の信頼性が求められる場面ではブロックチェーンの利用が適しています。しかし、データの変更や取り消しが必要な場面では、ブロックチェーンの不変性による制約を理解した上での運用が求められます。

ブロックチェーンはどのようにして取引の透明性を保証しますか？

ブロックチェーンはその固有の設計により、取引の透明性とセキュリティを両立させることが可能です。各トランザクションはネットワーク上の全ての参加者に共有され、公開レジャーに記録されます。例えば、ビットコインでは、取引の詳細は見れますが、関与する実際の人物や組織の身元情報は公開されません。

重要なのは、ブロックチェーンが「ハッシュ関数」を用いて取引データを連鎖的に結びつけている点です。このため、一つの情報が後から不正に変更されようとすると、それ以降の連鎖する全てのブロックが無効となる仕組みになっています。この不変性が、データの改ざんをほぼ不可能にします。

従って、ブロックチェーンの仕組みにより、取引の公開性と同時にデータの信頼性が保たれることとなります。これによって、参加者は透明なプラットフォーム上での取引や情報交換が行えるのです。

ブロックチェーンメリットについてのまとめ

ここまでブロックチェーンのメリットについてお伝えしてきました。
ブロックチェーンのメリットの要点をまとめると以下の通りです。

ブロックチェーンとは、簡潔に表現すると「分散型の暗号化されたデータベース」のこと。
ブロックチェーンのメリットは、「データの改ざんを防ぐ」「システムダウンしにくい」「マイニングで収益を得られる」「信頼できる」「情報の透明性が高い」「マイニングで収益を得られる」などが挙げられる。
ブロックチェーンのデメリットは、「記録したデータの削除・修正ができない」「悪意を持つ利用者が紛れ込む可能性がある」「処理速度が遅いことがある」「ガス代が高くなる」「スケーラビリティ問題がある」などがある。

これらの情報が少しでも皆さまのお役に立てば幸いです。
最後までお読みいただき、ありがとうございました。