ブロックチェーンのスケーラビリティとは何ですか?簡単な説明

暗号通貨が拡張できなければ、大量採用には至らないでしょう。

ブロックチェーン技術を採用する個人や組織が増えるにつれて、拡張性がより顕著になってきています。おそらく、この用語が仮想通貨業界の最大の問題として目にしたことがあるでしょう。

しかし、特にブロックチェーン技術に関して「スケーラビリティ」とは正確には何を意味するのでしょうか?また、なぜそれがそれほど重要なのでしょうか?

ブロックチェーンのスケーラビリティとは何ですか?

「スケーラビリティ」とは、ボリュームや規模が変化しても機能し続けるシステムまたはプロセスの能力を指します。同様に、ブロックチェーンのスケーラビリティとは、トランザクション、データ、ユーザーが増加した場合でも、コストを増加させることなく最適に機能し続けるブロックチェーンプロトコルの能力を指します。

Vitalik Buterin 氏は、ブロックチェーンプロトコルは分散化、安全、スケーラブルであることを目指しているが、これらの特性のうち 2 つしか達成できないと [PDF] を示唆しています。そして、最も一般的に犠牲になる機能はスケーラビリティです。

ブロックチェーンがスケーラブルでない場合、トランザクションの処理が遅くなり、ネットワークの混雑 (支払いの滞り) や手数料の上昇につながる可能性があります。一方、スケーラブルなブロックチェーンは、セキュリティ、ユーザーエクスペリエンスと料金、意思決定 (ピアツーピアアクターの広大なネットワークとの合意形成) を低下させることなく、大量の 1 秒あたりのトランザクション (TPS) を処理できます。

ブロックチェーンプロトコルのスケーラビリティは、次の 3 つの主要な指標によって決まります。

レイテンシ: トランザクションをネットワークノードにブロードキャストし、その応答を照合して合意に達するまでにかかる時間は、スケーラビリティに影響します。遅延が短くなると、ネットワークの拡張性が高まります。
スループット: ブロックチェーンプロトコルのスケーラビリティは、1 秒あたりに処理できるトランザクションの数にも依存します。スループットが高いほど、ネットワークの拡張性が高まります。
コスト: ブロックチェーンの実行に必要なリソース (計算能力、帯域幅など) によって、ブロックチェーンのスケーラビリティが決まります。リソースが増えると、特により多くのネットワーク参加者にとって、ネットワークインセンティブが高くなります。インセンティブが参加コストに見合っていない場合、ネットワーク参加者がいなくなる可能性があります。

Solana などの新しいブロックチェーンプロトコルのほとんどは、ビットコインなどの古いプロトコルよりもスケーラブルです。ただし、通常は、セキュリティシステムの脆弱化や集中化の強化を犠牲にしてこれを実現します。

ブロックチェーンが巨大な経済とユーザーベースをサポートするには、拡張性がなければなりません。ブロックチェーンプロトコルが遅くて高価であれば、特に高速で安価な従来のオプションがあるため、人々はブロックチェーンプロトコルを採用しません。たとえば、ピザの支払いにはビットコインを使用するよりも VISA を使用した方が早くて安くなります。したがって、ブロックチェーンのスケーラビリティが重要になります。

ブロックチェーンをスケーリングするための 3 つの主要な方法

いくつかのブロックチェーンプロトコルでは、セキュリティと分散化を犠牲にすることなく、レイテンシ、スループット、コストを改善するための多数の技術が実装されています。しかし、特にその多くが分散化やセキュリティを犠牲にしているため、ブロックチェーンのトリレンマを解決できるソリューションはありません。

その結果、ブロックチェーンプロトコルは通常、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させるために複数のソリューションを採用します。

これらの手法は、大きく 3 つのソリューションに分類できます。

1. レイヤ 1 ソリューション

ここでの目標は、プライマリブロックチェーンネットワークを改善して、使い古されたトランザクションを処理できるようにすることです。これには、ブロックを大きくする、トランザクション時間を短縮する、コンセンサスを得るための応答をより速く照合するなどのソリューションが含まれます。

レイヤ 1 ソリューションはオンチェーンで実装され、二次的なフレームワークを介さずにコアのブロックチェーンプロトコルを改善することに重点を置いています。通常、これらの改善はブロックチェーンフォークを使用して行われます。

たとえば、ビットコインは 2017 年にソフトフォークを通じて Segregated Witness (SegWit) を有効化しました。この変更により、プロトコルのブロックサイズ制限とトランザクション効率が向上しました。その年の後半、ハードフォークにより、より大きなブロックサイズ、より短い取引時間、より低い取引手数料を備えた代替ブロックチェーンであるビットコインキャッシュ (BCH) が作成されました。

イーサリアムブロックチェーンも 2022 年にハードフォークを完了しました。これにより、プロトコルのコンセンサスアルゴリズムがプルーフオブワークからプルーフオブステークに移行しました。これはシャーディング導入の第 1 段階であり、これによりネットワークがさらに拡張されると Buterin 氏は考えています。

ブロックチェーンシャーディングはレイヤー 1 ソリューションですが、フォークは必要ありません。代わりに、ネットワークをより小さなパーティション (シャード) に分割して、トランザクション処理を分散して改善します。イーサリアムは2023年中にシャーディングを実装する予定ですが、Zilliqaブロックチェーンにはすでに4つのシャードがあり、トランザクション時間の短縮、トランザクション手数料の削減、ユーザー満足度の向上を実現しています。

2. レイヤ 2 ソリューション

コアのブロックチェーンプロトコルに実装されたレイヤー 1 ソリューションとは異なり、レイヤー 2 ソリューションは、一部のトランザクションまたはプロセスをオフチェーンに移動することでブロックチェーンのスケーラビリティを高めます。これらは、増加したトランザクション量を処理するために、コアブロックチェーンプロトコルに基づいて構築された二次フレームワーク (ステートチャネルとロールアップ) です。

状態チャネル: 状態チャネルを使用すると、2 つ以上の当事者がオフチェーンで迅速に取引できると同時に、トランザクションのファイナリティをオンチェーンで決済できます。たとえば、ライトニングネットワークはビットコインブロックチェーン上で動作し、コアブロックチェーンの外部でのビットコイントランザクションを許可します。スマートコントラクトの助けを借りて、トランザクションは封鎖されます。その後、トランザクションとそのファイナリティがプライマリブロックチェーンに追加され、紛争の解決とチャネルの閉鎖が可能になります。状態チャネルのもう 1 つの例は、イーサリアム上に構築された Raiden ネットワークです。
ロールアップ: 一方、ロールアップ (楽観的またはゼロ知識など) は、オフチェーンでトランザクションを実行し、トランザクションデータまたは有効性の証明をコアのブロックチェーンプロトコルに送信し、そこで合意に達します。 Loopring と Aztec はゼロ知識ロールアップの良い例であり、Arbitrium One と Optimism は楽観的ロールアップの例です。

さらに、レイヤー 1 ブロックチェーンとレイヤー 2 ブロックチェーンには他にも違いがあります。

3. 新しいチェーン

効率的なトランザクション処理を促進するために、さまざまな形式の新しいチェーン (サイドチェーン、プラズマチェーン、Validium チェーン) が作成される場合があります。たとえば、Polygon は、特定のニーズを満たすためにカスタマイズされた仕様を備えたイーサリアムサイドチェーンですが、依然としてイーサリアムの堅牢な基盤から恩恵を受け、依存しています。

これらのソリューションはレイヤー 2 ソリューションと呼ばれることもありますが、まったく異なります。レイヤ 2 ソリューションは、対応するレイヤ 1 の拡張であり、通常はコアブロックチェーンに沿って機能します。ただし、サイドチェーン、プラズマチェーン、および Validium チェーンは、レイヤー 1 の対応するブロックチェーンに接続された、より独立したブロックチェーンです。通常、セキュリティ、コンセンサスアルゴリズム、またはブロックパラメーターに対して責任を負います。

ブロックチェーンの拡張性なし、大量採用なし

ブロックチェーン技術は、私たちが知っている世界を変える可能性を秘めています。ただし、大量導入ができないため、スケーラビリティが制限のままであれば世界は変わりません。

資産のデジタル化から、ブロックチェーン技術を使用してプロセスを最適化する企業に至るまで、分散化とセキュリティを犠牲にすることなく持続的に拡張できれば、ブロックチェーン技術の未来は明るいです。