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ブロックチェーンで風力タービンのデータを改ざん検知可能に
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ここ数十年で、風力発電は世界で最も重要な再生可能エネルギー発電手段の一つとなりました。その大きな要因となったのが、中国における太陽光＋風力発電を受動的に後押しする動きです。
再生可能エネルギーの発電容量の新規導入量は合計で16％増加して過去最高の800 GWに達し、そのうち風力発電が約20％を占めました。
2025年には過去最多となる165 GWの発電容量が新たに導入され、前年までの記録を40％上回りました。風力発電の容量は今後も拡大すると予測されており、2026年から2030年までに世界全体で969 GWが追加され、年間平均では約194 GWとなる見込みです。
しかし、風力タービンは巨大な設備であり、監視制御・データ収集システム（SCADA）に大きく依存しています。また、タービンの性能監視、センサーデータの収集、運用効率の最適化には、多数の産業用モノのインターネット（IIoT）機器も使われています。
これにより風力タービンの最適化とセキュリティ強化が可能になる一方、新たな脆弱性も生じます。
「データ交換がネットワーク化されたインフラを介して行われる機会が増えるにつれ、風力発電所ではデータの完全性、セキュリティ、信頼性に関する懸念が大幅に高まっています。サイバー層と物理層は相互に依存しているため、通信リンクが妨害されると、物理コンポーネントの可観測性と制御性が直接損なわれ、運用テレメトリーの転送における完全性と信頼性への懸念が増幅します。」
そこで、Concordia UniversityとLakehead Universityのカナダ人研究者による新たな研究では、ブロックチェーン技術を活用して、より安全なテレメトリーを実現することが提案されています。
研究者らはHyperledger Fabricを用いて、風力タービンのデータを送信するための、改ざんの有無を検証できる通信・記録レイヤーを構築しました。
研究者らは、提案するブロックチェーンのアーキテクチャを『Cyber-Physical Energy Systems』1に発表しました。論文のタイトルは「許可型分散台帳を用いた、完全性を保証する風力発電所テレメトリーの転送」です。
風力タービンが生み出すのは電力だけではない
重要なデータもサイバーセキュリティ上のリスクとなる
風力発電所の最も重要な産出物が電力であることは言うまでもありませんが、絶え間なくデータも生成されています。多くの風力発電所は遠隔から継続的に監視されており、問題が起きれば迅速に検知できます。
そのため、風力発電所はサイバー攻撃に対して脆弱です。たとえば2019年3月には、米国ユタ州の制御センターと風力発電施設の間の通信にサービス拒否（DoS）攻撃が発生しました。ファイアウォールの脆弱性が悪用された結果、予期しない機器の再起動も起きました。また、2022年2月のKA-SAT/Viasatインシデントでは、ドイツにある約5,800基の風力タービン（WT）への遠隔監視アクセスが妨げられました。
重要な課題の一つは、既存の集中型データ管理では、単一障害点、不正なデータ改変、運用に関わる関係者間の透明性不足といったリスクに風力発電所がさらされることです。
その結果、ブロックチェーンを基盤とする技術のような分散型の代替手段が大きな優位性を持ちます。
風力発電とブロックチェーン
風力エネルギー分野におけるブロックチェーン研究は、主に二つの方向で進められてきました。
一つ目は、物理資産のライフサイクル全体にわたるトレーサビリティと説明責任を重視する方向です。たとえば、風力タービンのボルト一つひとつに固有の識別子を割り当てる方法があります。あるいは、登録、締結、点検、交換、リサイクルを含むライフサイクル上の重要なイベントをすべて、Ethereum (ETH ) を基盤とするブロックチェーン上に、Solidityのスマートコントラクトを用いて記録する方法です。
二つ目は、ブロックチェーンを風力発電に特化したデータ処理、監視、連携の仕組みと組み合わせる方向です。ただし、これまで検討されてきたのは比較的低頻度の監視に限られていました。
これに対し、本研究の研究者らは、Hyperledger Fabric v2.5.4を基盤とするフレームワークを提案しています。このフレームワークは、許可型で改ざんの有無を検証できる通信・記録レイヤーとして機能するとともに、時系列テレメトリーに合わせた、タービンごとのストリーム連続性を確保する仕組みを導入しています。
研究者らがHyperledger Fabricを選んだのは、許可型プラットフォームの中で、次の三つの主要要件をすべて満たしているためです。
- メンバーを管理できること。タービン側のIPC、ピア、制御室のクライアントは既知の主体であり、その身元を検証できなければならないためです。
- 確定性が保証されること。一度承認されたウィンドウは取り消されてはならず、監査証跡の完全性を保つ必要があるためです。
- 持続的なスループットを確保できること。参加するすべてのタービンについて、各タービンのウィンドウを同時に確定できなければならないためです。Hyperledger Fabricは、ベンチマーク構成で最大約3,500 TPSに対応します。
どのように機能するのか
各送信データにはシーケンス番号と、同じタービンについて直前に承認されたウィンドウへのハッシュ参照が含まれます。これによりタービンごとのハッシュチェーンが形成され、コミット前のエンドースメント時に検証されます。
「ウィンドウ化は、トランザクション負荷を軽減するだけでなく、ストリームの連続性を保証する整合性の単位を定める役割も果たす。」
提案するブロックチェーン層を組み込む監視通信の枠組みとして、通信規格IEC 61400-25を用いた。対象となるのは、風力発電所内における、タービン側の機器と風力発電所（WF）の制御室との間のテレメトリ経路である。このプロジェクトでは、SCADAからエクスポートされたテレメトリを、タービンごとの1 Hz時系列データ（1秒あたり1つの「イベント」）として扱う。
Hyperledger Fabricに新しい記録を書き込む際は、定められた一連の処理に従う。この処理の目的は、承認された更新のみを確定し、すべてのピアが同じ順序の履歴を保存することにある。
処理は次の手順で進む。
- クライアントがトランザクション要求を作成する。
- 選定されたピアがスマートコントラクト（チェーンコード）を実行して要求をシミュレーションし、署名付きの承認（エンドースメント）を返す。
- クライアントが、エンドースメントを受けたトランザクションを順序付けサービスに送信する。
- 順序付けサービスが全体で一意の順序を定め、トランザクションをブロックにまとめる。
- ピアがネットワークのルールに照らして各ブロックを検証し、有効なトランザクションを台帳に追加する。
シミュレーションによる概念実証
改ざんを検知できる記録の構築
研究者らは風力発電所をシミュレーションし、タービンに関連付けられた24のピアノードと4つのオーダラーノードを用いて、この技術の導入方法を検証した。
処理は順を追って進む。
まず、受信したサンプルを一定時間ごとのウィンドウにまとめる。各タービンは一度に1つのウィンドウを生成し、各ウィンドウを1件のブロックチェーントランザクションとして送信する。
次に、各タービンのストリームの連続性を確保するため、各ウィンドウに整合性フィールドを含め、同じタービンで直前に受理されたウィンドウと関連付ける。
第3に、送信データをアプリケーションチャネル上のHyperledger Fabricネットワークに送る。エンドースメントを行うピアはチェーンコード（スマートコントラクト）を実行し、送信されたウィンドウを、そのタービンについて直近に確定された状態と照合して検証する。送信されたウィンドウが無効であれば、エンドースメントは失敗し、トランザクションを確定できない。
第4に、有効な場合、クライアントはエンドースメントを受けたトランザクションを順序付けサービスに転送する。
最後に、順序付けサービスがブロックをチャネル上のピアに配布し、検証と確定を行わせる。
このシステムでは、2つの層で整合性を確保する。
- Hyperledger Fabricは、ブロックのハッシュチェーンによって、確定後の改ざんを検知できるようにする。
- タービンごとのハッシュチェーンは、確定前のエンドースメント時に偽造されたウィンドウや順序が入れ替わったウィンドウを拒否し、ストリームの連続性を確保する。
性能評価
シミュレーションでは、1つのタービンのクライアントが200個のウィンドウを1秒に1個ずつ順次送信する。0.5秒と2秒の設定もテストする。
これにより、ブロックが生成されるまでに蓄積されるトランザクション数を増やしたり（または減らしたり）できるほか、複数のサンプルを各ウィンドウにまとめることで、より高頻度のセンシングにも対応できる。
研究者らは、この設計がより多くのタービンに対応できるかどうかを検証した。
「スループットは、タービン24基のときの10.40 TPSから、100基のときの11.13 TPSへとわずかに増加した。一方、平均レイテンシは1608 msから5764 msに上昇し、p99レイテンシは9459 msに達した。」
この結果は、並行処理の増加分が、スループットの比例的な向上につながるよりも、主にキュー待ちや確定の遅延として現れることを示している。
したがって、より大規模な風力発電所のテレメトリ負荷に対応するための実用的なスケールアウト策として、マルチチャネル構成を採用することは現実的である。実際、最大級の風力発電所には数百基のタービンが設置されている場合があり、これは重要な要素となる。
整合性の評価
このブロックチェーンの用途は、主にサイバーセキュリティの向上を根拠としているため、安全性を証明することが重要である。
ここでは、2種類の攻撃を想定する。
- IPCから台帳への経路上で、偽造したウィンドウや順序が入れ替わったウィンドウを送信できる能動的な攻撃者。
- 確定後にピアのローカルブロックストアを改ざんする、ディスクレベルの攻撃者。
最初のケースでは、攻撃者が任意のトランザクションを送信できる場合でも、ハッシュチェーンによって、各タービンのストリームで順序を入れ替えたり、改ざんしたりした形で後続データを連結することを防ぐ。
この検証によってタービンごとの連続性は確保されるが、攻撃者が正しく連結された値を送信できる場合、測定値が物理的に正しいかどうかまでは検証できない。
2つ目のケースでは、ディスク攻撃者は単一のピアのローカル履歴を改ざんできます。しかし、ピア間でブロックのバイト列に不一致が生じるため、改ざんを検知できます。そのため、クライアントはその結果を拒否し、改ざんされていないピアの複製台帳を利用できます。
投資家にとってのポイント
ブロックチェーンについては、暗号資産に限らず、さまざまな用途に適用できる改ざん耐性のある台帳技術であることを忘れがちです。本研究は、ブロックチェーンがエネルギー分野でも活用できることを示しています。サプライチェーンの追跡だけでなく、継続的な監視にも利用でき、産業用IoT（モノのインターネット）にも統合できます。
AIによって大規模なサイバー攻撃がかつてないほど容易になるなか、改ざん耐性のある台帳の価値はますます高まるでしょう。とりわけ、数十億ドル相当の戦略資産を監視するうえで、その重要性は増していきます。
「ブロックチェーンのデジタル記録は、AIを支える仕組みや、AIが利用するデータの出所を明らかにし、説明可能なAIの実現という課題に取り組む手がかりとなります。こうした知見は、データの完全性やAIの推奨に対する信頼性の向上につながります。ブロックチェーンを使ってAIモデルを保存・配布すれば監査証跡を確保でき、ブロックチェーンとAIを組み合わせることでデータセキュリティを強化できます。」
IBM – ブロックチェーンとAI。
つまり、本研究は、ブロックチェーンの投機的な活用事例にとどまらない、具体的なエンジニアリングの実例を示しています。
商業的な可能性は、最大規模の風力発電所も含め、開発者が許容できる遅延、ストレージコスト、運用の複雑さでその保証を実現できるかどうかにかかっています。
エンタープライズ向けブロックチェーンへの投資
IBM
IBM 価格チャート
IBMによるHyperledgerプラットフォームへの支援は、以前はIBM Blockchain Platformとして知られていました。本研究で使用されたHyperledger Fabricプラットフォーム自体は、Linux Foundationが管理する、オープンソースのエンタープライズ向け許可型分散型台帳技術（DLT）フレームワークです。
これは、IBMがエンタープライズ向けブロックチェーン技術の普及に果たす役割を示す好例です。小売分野を主な対象とする汎用的なブロックチェーン技術から、企業向けの許可型ネットワーク構造へと移行を進めています。
「このサービスは、セキュリティ、リスク軽減、コンプライアンス上の理由から、自社のインフラ上、またはパブリッククラウドやプライベートクラウド上にコンポーネントをデプロイし、データを保存し、ワークロードを実行したいお客様に最適です。開発から本番環境まで利用できるサービスを通じて、お客様はブロックチェーンネットワークを構築、運用し、拡張できます。」
IBMがさらに支援できるのは、異なるクラウドプロバイダー（AWS、Azure、Google Cloudなど）や、ファイアウォールの内側にあるオンプレミスのデータセンターなど、まったく異なる環境にある組織が、同じ分散型コンソーシアムに参加できるよう支援することです。
したがって、テレメトリーにHyperledgerを使いたい風力発電所が必ずIBMに依存するという意味ではありませんが、IBMがブロックチェーン技術に関与することで、どのようなユースケースが可能になるかを示しています。
Hyperledgerに加え、IBMは「IBM Digital Asset Haven」も推進しています。これは、規制の厳しい業界（銀行、政府機関など）が、暗号鍵の管理、デジタル通貨の発行、実物資産や金融資産のトークン化を行うためのプラットフォームです。
ブロックチェーン以外では、IBMは主に、ハイブリッドクラウド、オープンソースAI、エンタープライズソフトウェア、専門コンサルティングなど、複数のIT技術を統合することに注力するテクノロジー大手です。
同社はAI、ニューロモーフィックチップ、量子コンピューティング、フォトニクスの研究開発でも先頭に立っており、次世代のコンピューティング技術において重要な知的財産を保有するうえで有利な立場にあります。
総じてIBMは、コンピューティング全般に強みを持つ有力なテクノロジー企業であり、エンタープライズ向けソリューションとサービス、そして最先端の技術革新に強みがあります。
（IBMについては、同社を取り上げた当社の投資レポートでも詳しくご覧いただけます）
IBM（IBM）の最新株式ニュースと動向
参考文献
1. Arvin Asrari Ershad. 許可型分散型台帳を用いた完全性保証付き風力発電所テレメトリーデータ転送. Cyber-Physical Energy Systems. 2026年10月26日. 10.1016/j.cpes.2026.05.004
