ブロックチェーンレイヤー1 vs. レイヤー2スケーリングソリューション
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ブロックチェーンレイヤー1 vs. レイヤー2スケーリングソリューション

ブロックチェーンレイヤー1 vs. レイヤー2スケーリングソリューション

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公開済 May 31, 2022更新済 Sep 29, 2022
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概要

仮想通貨とブロックチェーンの人気は指数関数的に高まっており、ユーザー数とトランザクション数も増加しています。ブロックチェーンがいかに画期的であるかは容易に理解できますが、スケーラビリティ (需要の増加に対応しながらシステムを成長させる能力) は、常に課題となっています。高度に分散化され、安全なパブリックブロックチェーンネットワークは、より高いスループットを達成するのに苦労します。 

これは良くブロックチェーンのトリレンマと表現され、分散型システムが分散性、セキュリティ、スケーラビリティを等しく高いレベルで同時に達成することは事実上不可能であるとされています。現実的には、ブロックチェーンネットワークは3つのうち2つの要素しか持ち得ません。 

しかし、幸いなことに、何千人もの愛好家や専門家がスケーリングソリューションに取り組んでいます。これらのソリューションの中には、メインのブロックチェーンのアーキテクチャ (レイヤー1) に手を加えるものもあれば、基盤となるネットワークの上で動作するレイヤー2のプロトコルを対象とするものもあります。


はじめに

多数のブロックチェーンや仮想通貨が存在するため、自分が使用しているチェーンがレイヤー1なのかレイヤー2なのか分からないことがあるかもしれません。ブロックチェーンの複雑さを隠すことにはメリットがありますが、投資や利用するシステムを理解することは価値があります。この記事を読めば、レイヤー1とレイヤー2のブロックチェーンの違いや、様々なスケーラビリティソリューションについて理解することができます。


ブロックチェーンのレイヤー1 vs. レイヤー2とは?

レイヤー1とは、ブロックチェーンアーキテクチャーのベースレベルを意味します。ブロックチェーンネットワークの主要な構造です。Bitcoin、Ethereum、BNB Chainがレイヤー1のブロックチェーンの例です。レイヤー2とは、他のブロックチェーンの上に構築されたネットワークのことです。つまり、Bitcoinがレイヤー1だとすると、その上で動くライトニングネットワークはレイヤー2の例となります。 

ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティ向上は、レイヤー1ソリューションとレイヤー2ソリューションに分類されます。レイヤー1のソリューションは、元のブロックチェーンのルールや仕組みを直接変更することになります。レイヤー2ソリューションは、メインチェーンから離れた場所でトランザクションを促進するために、外部の並列ネットワークを使用します。


ブロックチェーンのスケーラビリティが重要な理由とは?

ある大都市とその郊外の間に新しい高速道路が建設されることを想像してください。高速道路を通過する交通量が増え、渋滞が常態化すると (特に道路の渋滞時)、AからBへの平均時間が大幅に増加することがあります。道路インフラの容量に限りがあり、需要が増え続けていることを考えれば、当然といえば当然です。

さて、このルートでより多くの通勤客が早く移動できるようにするためには、当局には何ができるでしょうか?高速道路そのものを改良し、片側1車線ずつ増やしていくのも1つの方法です。しかし、この方法はコストがかかり、すでに高速道路を利用している人に多大な迷惑をかけることになるため、必ずしも現実的ではありません。例えば、幹線道路を追加で建設したり、高速道路沿いにライトレールを走らせるなど、基幹インフラの変更とは別のアプローチで工夫を凝らすことも考えられます。

ブロックチェーン技術の世界では、主要な高速道路はレイヤー1 (メインネットワーク) であり、追加の道路はレイヤー2のソリューションになります (全体の容量を向上させるためのセカンダリーネットワーク)。

BitcoinEthereumPolkadot はすべてレイヤー1のブロックチェーンとされています。これらのブロックチェーンは、それぞれのエコシステムのトランザクションを処理、記録するベースレイヤーのブロックチェーンで、ネイティブな仮想通貨を特徴とし、通常、手数料のお支払いや幅広いユーティリティを提供するために使用されています。Polygonは、Ethereumのレイヤー2スケーリングソリューションの一例です。Polygonネットワークは、定期的にEthereumメインネットにチェックポイントをコミットし、その状態を更新しています。

ブロックチェーンには、スループット能力が不可欠な要素です。特定の時間軸の中でどれだけ多くのトランザクションを処理し、記録できるかを示すスピードと効率の指標です。ユーザー数が増え、同時トランザクション数が増えると、レイヤー1のブロックチェーンは遅くなり、使用手数料が高くなる可能性があります。これは、Proof of Stakeとは対照的にProof of Workメカニズムを使用するレイヤー1ブロックチェーンに特に当てはまります。 


現在のレイヤー1の問題点

BitcoinやEthereumは、スケーリングに問題があるレイヤー1ネットワークの良い例です。どちらも分散型コンセンサスモデルによってネットワークを保護します。つまり、すべてのトランザクションは複数のノードによって検証された後に成立します。マイニングノードと呼ばれるノードが、複雑な計算パズルを解くために競争し、成功したマイナーは、ネットワークのネイティブ仮想通貨で報酬を得ることができます。 

つまり、すべてのトランザクションは、確認前に複数のノードによる独立した検証が必要です。これは、悪意ある者による攻撃のリスクを軽減しつつ、正しく検証されたデータをブロックチェーンに記録し、効率的に記録するための方法です。しかし、EthereumやBitcoinのように人気のあるネットワークになると、スループットの需要がどんどん増えていくことが問題になります。ネットワークが混雑している場合、ユーザーは確認時間が遅くなり、トランザクション手数料が高くなります。


レイヤー1スケーリングソリューションはどのように機能するのか?

レイヤー1ブロックチェーンには、スループットとネットワーク全体の容量を向上させることができるいくつかのオプションが用意されています。Proof of Workを使用するブロックチェーンの場合、Proof of Stakeへの移行は、処理手数料を削減しながら 1秒あたりのトランザクション量 (TPS) を増加させるための選択肢となり得ます。しかし、仮想通貨コミュニティでは、Proof of Stakeのメリットと長期的な影響について、さまざまな見解があります。

レイヤー1ネットワークにおけるスケーリング・ソリューションは、通常、プロジェクトの開発チームによって導入されます。解決策によっては、コミュニティがネットワークをハードフォークまたはソフトフォークする必要があります。BitcoinのSegWitアップデートなど、小さな変更には後方互換性があるものもあります。 

Bitcoinのブロックサイズを8MBにするなど、より大きな変更にはハードフォークが必要です。これにより、ブロックチェーンは、更新があるものとないものの2つのバージョンが作成されます。ネットワークのスループットを向上させるもう一つの選択肢として、シャーディングがあります。これは、ブロックチェーンのオペレーションを複数の小さなセクションに分割し、データを順次ではなく同時に処理できるようにするものです。


レイヤー2スケーリングソリューションはどのように機能するのでしょうか?

前述のように、レイヤー2ソリューションは、メインチェーンと並行または独立して動作するセカンダリーネットワークに依存しています。

ロールアップ

ZKロールアップ (最も一般的な種類) は、オフチェーンのレイヤー2トランザクションをまとめ、メインチェーン上で1つのトランザクションとして提出するものとします。これらのシステムは、有効性の証明を使用してトランザクションの整合性をチェックします。資産はブリッジスマートコントラクトで元のチェーン上で保持され、スマートコントラクトはロールアップが意図したとおりに機能していることを確認します。これにより、元のネットワークのセキュリティと、リソースをあまり必要としないロールアップのメリットが得られます。 

サイドチェーン

サイドチェーンは、独自のバリデーターを持つ独立したブロックチェーンネットワークです。つまり、メインチェーンのブリッジスマートコントラクトは、サイドチェーンネットワークの有効性を検証していないのです。そのため、サイドチェーンがオリジナルチェーン上の資産をコントロールできるため、正しく動作していることを信頼する必要があります。 

国別チャンネル

国別チャンネルは、トランザクションパーティ間の双方向通信環境です。当事者は、基礎となるブロックチェーンの一部を封鎖し、それをオフチェーン取引チャンネルに接続します。これは通常、事前に合意されたスマートコントラクト、またはマルチシグネチャによって行われます。そして当事者は、トランザクションデータを基礎となる分散台帳 (すなわちメインチェーン) に直ちに提出することなく、トランザクションまたはトランザクションのバッチをオフチェーンで実行します。セット内のすべてのトランザクションが完了すると、チャンネルの最終的な「状態」が検証のためにブロックチェーンにブロードキャストされます。この仕組みにより、トランザクションのスピードを向上させ、ネットワーク全体の容量を増やすことができます。Bitcoin Lightning NetworkやEthereum Raidenなどのソリューションは、国別チャンネルに基づいて動作しています。

ネストされたブロックチェーン

このソリューションは、メインの「親」ブロックチェーンの上に位置する一連のセカンダリーチェーンに依存しています。ネストされたブロックチェーンは、親チェーンが設定したルールとパラメーターに従って動作します。メインチェーンはトランザクションの実行に関与せず、その役割は必要な場合の問題解決に限定されます。毎日の作業は「子」チェーンに委ねられ、子チェーンはメインチェーンの外で処理が完了すると、処理したトランザクションをメインチェーンに返します。OmiseGOのPlasmaプロジェクトは、レイヤー2ネストされたブロックチェーンソリューションの一例です。


レイヤー1とレイヤー2のスケーリングソリューションの制限事項

レイヤー1とレイヤー2は、どちらのソリューションにも独自のメリットとデメリットがあります。レイヤー1での作業は、大規模なプロトコルの改善に対して最も効果的なソリューションを提供することができます。しかし、これはバリデーターがハードフォークによって変更を受け入れるように説得されなければならないことも意味します。

バリデーターがこれを望まない例として、Proof of WorkからProof of Stakeへの変更が考えられます。マイナーは、この効率的なシステムへの切り替えによって収入を失い、スケーラビリティを向上させる意欲を失います。

レイヤー2は、スケーラビリティを向上させるために、より手っ取り早い方法を提供します。しかし、使用する方法によっては、本来のブロックチェーンの安全性を大きく損なうことになります。ユーザーは、EthereumやBitcoinのようなネットワークの回復力とセキュリティの実績を信頼しています。レイヤー1から側面を取り除くことで、効率とセキュリティのためにレイヤー2のチームとネットワークに依存しなければならないことがよくあります。


レイヤー1、レイヤー2の次は何か?

レイヤー1がよりスケーラブルになるにつれて、レイヤー2ソリューションが必要になるかどうかは1つの重要なポイントになります。既存のブロックチェーンは改善が見られ、新しいネットワークはすでに良好なスケーラビリティを持つものが作られています。しかし、主要なシステムの拡張性が向上するには長い時間が必要であり、保証されているわけではありません。最も可能性の高い選択肢は、レイヤー1がセキュリティに注力し、レイヤー2のネットワークが特定のユースケースに合わせてサービスをカスタマイズできるようにすることです。 

近い将来、Ethereumのような大規模チェーンは、その大規模なユーザーと開発者のコミュニティによって、依然として支配的である可能性は十分にあります。しかし、その大規模で分散化されたバリデーターセットと信頼できる評判は、ターゲットとするレイヤー2ソリューションの強固な基盤を作り出します。


まとめ

仮想通貨が誕生して以来、スケーラビリティの向上を求めて、レイヤー1の改善とレイヤー2のソリューションという2つのアプローチが生み出されてきました。仮想通貨のポートフォリオを多様化している場合、すでにレイヤー1とレイヤー2の両方のネットワークに触れている可能性が高いです。両者の違い、そして両者が提供するスケーリングへのアプローチの違いはご理解いただけたと思います。