レイヤー 1 とレイヤー 2: ブロックチェーンのレイヤーを簡単に説明

ブロックチェーンネットワークには、相互リンクされ、階層化されたブロックチェーンソリューションを含めることができます。しかし、それは正確には何を意味するのでしょうか？

一部の人々が望んでいるほど、暗号通貨テクノロジーは消滅しません。しかし、暗号通貨とブロックチェーン技術には、暗号通貨の広範な普及を妨げる重大な問題があります。それらの問題の 1 つは、「スケーラビリティのトリレンマ」とも呼ばれるスケーラビリティです。つまり、ブロックチェーンは、他の核となる価値を損なうことなく需要を増やすためにスケールアップすることはできません。ブロックチェーンのスケーラビリティの問題を回避する 1 つの方法は、元のレイヤー 1 ブロックチェーンの上に構築された新しいブロックチェーンであるレイヤー 2 ブロックチェーンソリューションから来ます。レイヤー 2 ブロックチェーンはすでに導入されています。使用すると、暗号通貨の普及に役立ちますが、どのように機能するのでしょうか?

ブロックチェーンのスケーラビリティ問題とは何ですか?

ブロックチェーンと暗号通貨の世界では、スケーラビリティとは、ユーザーの需要に合わせて一度に処理できるトランザクションの数をスケールアップするブロックチェーンの能力を指します。ブロックチェーンのスケーラビリティについて話すとき、それは本質的にトランザクション速度について話していることになります。スケーラビリティの問題は、分散化され、安全で、スケーラブルであるべき理想的なブロックチェーンの実現に存在するさまざまな課題から生じます。

これらの課題は、イーサリアムの共同創設者ヴィタリック・ブテリンによって「ブロックチェーンのトリレンマ」として概念化されました。ブロックチェーンのトリレンマでは、理想的なブロックチェーンは分散化され、安全で、スケーラブルである必要があるが、3 つの特性のうち 2 つしか持つことができないと主張しています。

その概念を理解しやすくするために、ブロックチェーンのトリレンマを分解してみましょう。

ブロックチェーンのトリレンマの説明

ブロックチェーンのトリレンマをイメージする最も簡単な方法は、ブロックチェーンを都市と比較することです。

都市のセキュリティは、詐欺に対するブロックチェーンの防御のようなものです。ブロックチェーンの暗号アルゴリズムとコンセンサスメカニズム（思考、警察、カメラなど）は、ブロックチェーン（都市）を犯罪者から守ります。
地方分権とは、市長の代わりに議会が意思決定を行うように、権限と統制を住民に分散させることと似ています。ブロックチェーンテクノロジーでは、複数のノードがトランザクションを検証し、破損を防止し、ネットワークを保護し、単一障害点から保護します。
スケーラビリティとは、バックログや超高額の取引手数料の副作用なしにトランザクションを迅速に処理するブロックチェーンの能力と同様、より多くの住民と交通を処理する都市の能力です。

ブテリン氏のブロックチェーンのスケーラビリティのトリレンマは、3 つすべてを同時に拡張することはできないことを示唆しています。セキュリティと分散化を優先すると、スケーラビリティが低下する可能性があります。分散化とスケーラビリティに重点を置くと、セキュリティが損なわれる可能性があります。また、セキュリティとスケーラビリティを重視すると、集中化の危険が生じます。

ブロックチェーンのトリレンマは、ブロックチェーン技術の普及に対する大きな課題の 1 つを表しています。ただし、分散化やセキュリティを犠牲にすることなくテクノロジーを改善し、望ましいレベルのスケーラビリティに到達することを妨げる実際の法律は存在しないため、これを当然のことと考えるべきではありません。ただし、トリレンマに従って、スケーラビリティはブロックチェーンテクノロジーのアーキテクチャ設計と原理から生じる基本的な課題です。単にテクノロジーを改善するだけではなく、これら 3 つの重要な特性の間のバランスを見つけることが重要です。

多くのブロックチェーン開発者がブロックチェーンのトリレンマの解決に取り組んでいます。スケーラビリティの問題を解決するための技術とアイデアはすでに実装されています。ブロックチェーンのスケーラビリティの問題を解決し、ブロックチェーンのトリレンマを克服するための中核となるのは、レイヤー 1 およびレイヤー 2 ソリューションの概念です。

ブロックチェーンレイヤーとは何ですか?

暗号通貨のスケーラビリティソリューションについて話すとき、ほとんどの人が最初に検討するソリューションはブロックチェーンレイヤーであることがよくあります。ブロックチェーン層はその名の通りです。別のブロックチェーンの上に重ねられたブロックチェーン。ビットコインやイーサリアムなど、一部のブロックチェーンがどれほど大きいかを考えると、そこに別のブロックチェーンを追加することは直感に反するように思えるかもしれません。ただし、2 番目のブロックチェーンは、セキュリティを損なうことなく追加の容量と処理機能を提供するように設計されています。

ブロックチェーンレイヤー1とは何ですか?

ブロックチェーンレイヤ 1 は、分散データベース自体、ブロックチェーンのすべてのノードを 1 つのシステムに結合する基盤となるピアツーピアネットワーク、およびその基盤となるコンセンサスメカニズムを指します。たとえば、ビットコインのレイヤー 1 はビットコインネットワーク、イーサリアムのレイヤー 1 はイーサリアムネットワーク、リップルのレイヤー 1 は XRP Ledger です。

レイヤー 1 ブロックチェーンスケーリングソリューションはどのように機能しますか?

ブロックチェーンのスケーリングは、元のブロックチェーンの外側に追加容量を導入することに焦点を当てていることが多いですが、スケーリングソリューションはレイヤー 1 ブロックチェーンでも利用できます。それらがどの程度成功するか、あるいは実装できるかどうかは、問題のブロックチェーンによって決まります。場合によっては、レイヤー 1 スケーリングソリューションが展開されていても、容量が向上していないことがあります。

レイヤー 1 ブロックチェーンのスケーリングソリューションには次のようなものがあります。

ブロックの作成速度の向上: ブロックをより迅速に作成してチェーンに追加できれば、一定期間により多くのトランザクションを処理できます。
ブロックサイズを増やす: 各ブロックがより多くのデータ (つまり、より多くのトランザクション) を保持できるようにすることで、ブロックが追加されるたびにネットワークはより多くのトランザクションを処理できるようになります。
コンセンサスプロトコルの変更: ブロックチェーンのコンセンサスプロトコルを変更するのは大変な作業ですが、イーサリアム 2.0 マージ中にイーサリアムがプルーフオブワーク (PoW) からプルーフオブステーク (PoS) に切り替えたのはこのためです。コンセンサスアルゴリズムを切り替えることで、イーサリアムは仮想通貨ステーキングなどの機能を追加しながら、トランザクションをより速く、より安価に処理できるようになります。
シャーディング: シャーディングでは、ブロックチェーンのデータを小さな部分または「シャード」に分割し、それぞれがトランザクションを個別かつ同時に処理できるようにします。これにより、ブロックチェーンは複数のトランザクションを同時に処理できるようになり、容量が大幅に増加します。イーサリアム 2.0 開発者は、将来のブロックチェーンの更新時にシャーディングを実装し、容量と処理速度をさらに向上させることを計画していますが、Zilliqa などの一部のブロックチェーンはすでにシャーディングを実装しています。

ただし、これらのレイヤー 1 ブロックチェーンソリューションはすべて理想的に聞こえますが、問題がないわけではありません。たとえば、ブロックの作成速度を上げるには、より多くの計算能力が必要になる可能性があり、その結果、ブロックチェーンの集中化 (つまり、より少ないハンドでより多くの能力が得られる) が生じる可能性があります。同様に、ブロックサイズの増加も同様の問題に直面しており、マイナーは、より多くの電力を使用したり、既存のマイニング収益レベルを低下させたりする変更を常に受け入れることが保証されているわけではありません。

ブロックチェーンレイヤー2とは何ですか?

ブロックチェーンレイヤー 2 は、元のブロックチェーン上で動作するプロトコルやネットワークなどのスケーリングソリューションを指し、基本的にブロックチェーンのさまざまなレイヤーとして機能します。たとえば、ビットコインのライトニングネットワーク (オフチェーントランザクションを可能にする) やイーサリアムのポリゴンやアービトラム (どちらもブロックチェーン固有のトークンと、独自の急成長するブロックチェーンエコシステムを備えています) です。

レイヤー 2 ブロックチェーンスケーリングソリューションはどのように機能しますか?

ブロックチェーンレイヤ 2 ソリューションでは、スケーラビリティがさらに興味深いものになります。レイヤ 2 ソリューションは独立して、またはレイヤ 1 ソリューションと並行して実行されるため、メインのブロックチェーンの確立されたプロトコルよりも優れた革新性と創造性が可能になります。

レイヤー 2 ブロックチェーンのスケーリングソリューションには次のようなものがあります。

状態チャネル: レイヤ 2 状態チャネルを使用すると、複数のトランザクションをオフチェーンで実行できると同時に、これらのトランザクションの状態をオンチェーンで解決できることが保証されます。代表的な例はビットコインライトニングネットワークです。これにより、2 人以上の参加者がチャネルを開いて取引できるようになります。チャネルの開始と最終状態は両方ともビットコインブロックチェーンに記録されるため、容量が増加し、より高速なトランザクションが可能になります。
サイドチェーン: レイヤ 2 サイドチェーンはメインチェーンと並行して実行されます。 2 つのブロックチェーンは相互運用可能であり、暗号通貨とその他の資産が双方向に受け渡されるため、処理時間と取引手数料が削減されます。たとえば、ビットコインリキッドサイドチェーンを使用するとトランザクションが高速化され、メインのビットコインブロックチェーンでのトランザクション数が削減されます。ステートチャネルと同様に、サイドチェーンでも新しい機能を導入したり、トランザクションのセキュリティとプライバシーを強化したりできます。
ロールアップ:レイヤー 2 ロールアップは、複数のオフチェーントランザクションを 1 つのオンチェーントランザクションにバンドルできるため、最も人気のあるスケーリングソリューションの 1 つです。ロールアップには、オプティミスティックロールアップと ZK ロールアップの 2 つの主なタイプがあります。これら 2 つのソリューションは実行時の機能が異なりますが、どちらも完了したトランザクションをメインのイーサリアムブロックチェーンに送信する前に、バンドルされたトランザクションをオフチェーンで効果的に検証します。 Loopring は ZK-Rollup ベースのレイヤー 2 ソリューションの良い例ですが、Optimism の詳細については、Arbitrium と Optimism の比較を参照してください。
ネストされたネットワーク: ネストされたネットワークも人気のあるレイヤー 2 ソリューションです。最も人気のあるネストされたネットワークの 1 つである Polygon (MATIC) を使用したことがあるかもしれません。ネストされたネットワークはブロックチェーンの階層に準拠します。これは、レイヤーと番号付けを考慮すると理にかなっています。たとえば、Ethereum はレイヤー 1 の親チェーンであり、Polygon はレイヤー 2 の子チェーンです。

レイヤ 1 スケーリングソリューションと同様、レイヤ 2 スケーリングソリューションにも問題がないわけではありません。たとえば、レイヤー 1 とレイヤー 2 の間の相互作用に関してセキュリティ上の懸念が生じることがよくあります。簡単に言うと、より多くのユーザー、より多くのコード、より多くの潜在的な脆弱性によってより広い攻撃対象領域が作成されると、セキュリティの問題が発生します。

一部のレイヤー 2 ソリューションがブロックチェーンエクスペリエンスに追加する複雑さも懸念事項です。暗号通貨のリーチを拡大するにはスケーラビリティが重要である場合、相互作用できる複数のレイヤーを追加することは、初心者はもちろん、暗号通貨を使用したことがある人にとっても混乱し、圧倒される可能性があります。

最後に、レイヤー 2 ソリューションは、ブロックチェーンの集中化という本来解決すべき問題の一部となる可能性があります。レイヤ 2 ソリューションが十分に分散化されていない場合、または少数のノードがネットワークを制御している場合は、まったく別の問題が発生します。

レイヤー 1 とレイヤー 2: ブロックチェーンのスケーラビリティの解決

ブロックチェーンのトリレンマはブロックチェーン技術と暗号通貨にとって厄介な問題ではありますが、暗号通貨業界には解決策が不足しているわけではありません。

ブロックチェーンのトリレンマがレイヤー 1 ソリューションを制限する場合、開発者はオフチェーンのレイヤー 2 ソリューションが効率的な代替手段となることを証明しています。