ブロックチェーンにおけるレイヤー1とは?
目次
はじめに
レイヤー1とは何ですか?
レイヤー1スケーリング
レイヤー1シャーディングとは?
レイヤー1対レイヤー2
レイヤー1ブロックチェーンの例
まとめ
ブロックチェーンにおけるレイヤー1とは?
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ブロックチェーンにおけるレイヤー1とは?

ブロックチェーンにおけるレイヤー1とは?

初心者
Published Feb 22, 2022Updated Apr 6, 2022
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概要

レイヤー1とは、Bitcoin、BNB Chain、Ethereumなどのベースネットワークと、その基盤となるインフラストラクチャを指します。レイヤー1ブロックチェーンは、他のネットワークを必要とせず、取引を検証し確定することができます。Bitcoinに見られるように、レイヤー1ネットワークのスケーラビリティを向上させることは難しく、その解決策として、開発者はレイヤー1のネットワークにセキュリティとコンセンサスを依存するレイヤー2のプロトコルを作成します。Bitcoinのライトニングネットワークは、レイヤー2プロトコルの一例であります。メインチェーンに記録する前に、ユーザーが自由に取引を行うことができます。


はじめに

レイヤー1とレイヤー2は、異なるブロックチェーン、プロジェクト、開発ツールのアーキテクチャを理解するための用語です。PolygonとEthereumの関係や、Polkadotとそのパラチェーンについて疑問に思ったことがあれば、ブロックチェーンのレイヤーの違いについて学ぶとよいでしょう。



レイヤー1とは何ですか?

レイヤー1ネットワークは、ベースとなるブロックチェーンの別称です。BNB Smart Chain (BNB)、Ethereum (ETH)、Bitcoin (BTC)、Solanaはすべてレイヤー1プロトコルであり、そのエコシステム内の主要なネットワークであることから、レイヤー1と呼んでいます。レイヤー1とは対照的に、メインチェーンの上にオフチェーンなどのレイヤー2のソリューションを構築しています。
つまり、プロトコルは自身のブロックチェーン上でトランザクションを処理し、レイヤー1でファイナライズします。また、取引手数料のお支払いに使用される独自のネイティブトークンも持っています。


レイヤー1スケーリング

レイヤー1ネットワークに共通する問題は、スケールできないことです。Bitcoinをはじめとする大型ブロックチェーンは、需要拡大時の取引処理に苦慮しています。Bitcoinはプルーフ・オブ・ワーク (PoW) というコンセンサスメカニズムを採用しており、多くの計算資源を必要とします。 

PoWは分散化と安全性を確保する一方で、取引量が多くなるとネットワークが遅くなる傾向があります。そのため、取引確認時間が長くなり、手数料が割高になります。

ブロックチェーンの開発者は、長年にわたってスケーラビリティの解決策に取り組んできましたが、最適な代替案についてはまだ多くの議論が行われています。レイヤー1スケーリングの場合、いくつかのオプションがあります。

1. ブロックサイズを大きくし、各ブロックでより多くのトランザクションを処理できるようにする。
2. 使用するコンセンサス・メカニズムを変更する (例えば、今後予定されている Ethereum 2.0へのアップデート)。

3. シャーディングの実装。 データベース・パーティショニングの一種。

レイヤー1の改善は、実装に大きな労力を要します。多くの場合、すべてのネットワークユーザーがその変更に同意するわけではありません。これは、2017年にBitcoinとBitcoin Cashで起こったように、コミュニティの分裂やハードフォークにつながることもあります。

SegWit

スケーリングのためのレイヤー1解決策の一例として、BitcoinのSegWit (segregated witness) があります。これにより、ブロックデータの編成方法が変更され、Bitcoinの情報量が向上しました (デジタル署名は取引入力の一部ではなくなりました)。この変更により、ネットワークのセキュリティに影響を与えることなく、ブロックごとのトランザクションのためのスペースがより多く解放されました。SegWitは後方互換性のあるソフトフォークで実装されました。つまり、まだSegWitを含むように更新されていないBitcoinノードでも、取引を処理することができるのです。


レイヤー1シャーディングとは?

シャーディングは、トランザクションの情報量を向上させるために使用される一般的なレイヤー1スケーリング解決策です。この技術は、ブロックチェーン分散型台帳に適用できるデータベース分割の一形態です。ネットワークとそのノードを異なるシャードに分割することで、作業負荷を分散し、トランザクションの速度を向上させることができます。各シャードは、ネットワーク全体の活動のサブセットを管理します。つまり、独自のトランザクション、ノード、および個別のブロックを持っています。

シャーディングでは、各ノードがブロックチェーン全体の完全なコピーを保持する必要はありません。その代わり、各ノードは完了した作業をメインチェーンに報告し、アドレスの残高やその他の重要な指標など、ローカルデータの状態を共有します。


レイヤー1対レイヤー2

改善に関しては、すべてがレイヤー1で解決できるわけではありません。技術的な制約から、ある種の変更はメインのブロックチェーンネットワークでは難しいか、ほとんど不可能です。例えばEthereumは、プルーフ・オブ・ステーク (PoS) にアップグレードしていますが、このプロセスの開発には何年もかかっています。
スケーラビリティの問題から、レイヤー1では動作しないユースケースもあります。ブロックチェーンゲームは、取引時間が長いため、現実的にBitcoinネットワークを利用することができませんでした。しかし、ゲーム側としては、やはりレイヤー1のセキュリティと分散化の恩恵を受けたいと考えるでしょう。最良の選択肢は、レイヤー2による解決策でネットワーク上に構築することです。

ライトニングネットワーク

レイヤー2解決策は、レイヤー1の上に構築され、そのトランザクションをファイナライズするためにレイヤー1に依存します。有名な例として、ライトニングネットワークがあります。取引量の多いBitcoinネットワークでは、トランザクション処理に数時間かかることがあります。ライトニングネットワークは、ユーザーがメインチェーンから離れた場所でBitcoinを使用してスピーディーにお支払いを行い、最終的な残高は後でメインチェーンに報告される仕組みになっています。これにより、全員のトランザクションが最終的に1つの記録にまとめられ、時間とリソースを節約することができます。 


レイヤー1ブロックチェーンの例

さて、レイヤー1が何であるかが分かったところで、いくつかの例を見てみましょう。レイヤー1のブロックチェーンは非常に種類が多く、ユニークなユースケースをサポートするものも多いです。BitcoinとEthereumばかりではなく、ブロックチェーン技術のトリレンマである分散化、セキュリティ、スケーラビリティに対して、それぞれのネットワークが異なる解決策を持っています。

Elrond

Elrondは、2018年に設立されたレイヤー1ネットワークで、シャーディングを利用してパフォーマンスとスケーラビリティを向上させています。Elrondブロックチェーンは、1秒間に10万件以上のトランザクション (TPS) を処理することができます。SPoS (セキュア・プルーフ・オブ・ステーク) コンセンサスプロトコルと適応状態シャーディングの2つを主な特徴としています。

適応状態シャーディングは、ネットワークがユーザーを失ったり増えたりしたときに、シャードの分割と統合を行います。状態やトランザクションを含め、ネットワークのアーキテクチャ全体がシャーディングされます。また、バリデータはシャード間を移動するため、悪意のシャード乗っ取りが行われる可能性も低くなります。

ElrondのネイティブトークンEGLDは、取引手数料DAppsのデプロイ、およびネットワークの検証メカニズムに参加したユーザーへの報酬に使用されています。また、Elrondネットワークは、PoSメカニズムが担う以上のCO2をオフセットしていることから、Cカーボンマイナスの認証を受けています。

Harmony

Harmonyは、Effective Proof of Stake (EPoS)、シャーディングをサポートするレイヤー1ネットワークです。ブロックチェーンのメインネットには4つのシャードがあり、それぞれが並行して新しいブロックを作成し、検証を行います。シャードは独自の速度でこれを行うことができます。つまり、すべてのシャードが異なるブロック高を持つことができます
Harmonyは現在、「クロスチェーンファイナンス」の戦略で、開発者やユーザーを惹きつけています。Ethereum (ETH) やBitcoinへのトラストレスブリッジが重要な役割を果たし、ユーザーはブリッジで見られる通常のカストディリスクなしにトークンを交換できるようになります。Web3 を拡張するための Harmonyの主なビジョンは、分散型自律組織 (DAOs)とゼロ知識証明に依存しています。
DeFi (分散型金融)の未来は、マルチチェーンとクロスチェーンの機会に設定されているようで、Harmonyのブリッジングサービスはユーザーにとって魅力的なものとなっています。NFTインフラ、DAOツール、プロトコル間ブリッジが主な分野です。

そのネイティブトークンであるONEは、ネットワーク取引手数料のお支払いに使用されます。また、Harmonyのコンセンサスメカニズムやガバナンスに参加するためにステークすることも可能です。これにより、成功したバリデーターにはブロック報酬と取引手数料が提供されます。

Celo

Celoは、2017年にGo Ethereum (Geth) からフォークされたレイヤー1ネットワークです。しかし、PoSや固有アドレス制の導入など、いくつかの大きな変化がありました。Celo Web3のエコシステムには、DeFi、NFT、決済解決策が含まれ、1億件以上のトランザクションが確認されています。Celoでは、誰でも電話番号やメールアドレスを公開鍵として使用することができます。ブロックチェーンは、一般的なコンピューターで簡単に実行でき、特別なハードウェアは必要ありません。
Celoのメイントークンは、トランザクション、セキュリティ、報酬のための標準的なユーティリティトークンであるCELOです。また、Celoネットワークには、ステーブルコインとしてcUSD、cEUR、cREALがあります。これらはユーザーによって生成され、そのペグはMakerDAOのDAIと同様のメカニズムで維持されます。また、Celoステーブルコインで行われた取引は、他のCelo資産でお支払いすることができます。

CELOのアドレスシステムとステーブルコインは、仮想通貨をより身近なものにし、普及率を向上させることを目的としています。仮想通貨市場のボラティリティと新規参入の難しさは、多くの人が落胆するところです。

THORChain

THORChainは、クロスチェーンのパーミッションレス 分散型取引所 (DEX)です。Cosmos SDKを使用して構築されたレイヤー1ネットワークであり、トランザクションの検証にはTendermintのコンセンサスメカニズムを使用しています。THORChainの主な目標は、ペグやラップ資産を必要とせず、分散化されたクロスチェーンの流動性を可能にすることです。マルチチェーン投資家にとって、ペグとラッピングは、このプロセスにリスクを追加します。

事実上、THORChainは入出金を監視する金庫番のような役割を担っています。これは、分散型流動性の創出と中央集権的な仲介業者の排除に貢献します。RUNEはTHORChainのネイティブトークンで、取引手数料の支払いや、ガバナンス、セキュリティ、バリデーションにも使用されています。 

THORChainの自動マーケットメイカー(AMM) モデルは、RUNEをベースペアとして使用し、RUNEを他のサポートされる資産と交換することができますことを意味します。いわば、クロスチェーンのUniswapのような仕組みで、RUNEは流動性プールの決済・担保資産となります。

Kava

Kavaは、Cosmosのスピードと相互運用性、Ethereumの開発者サポートを組み合わせたレイヤー1ブロックチェーンです。Kava Networkは、「co-chain」アーキテクチャを採用し、EVMとCosmos SDKの両方の開発環境に対して個別のブロックチェーンを備えています。Cosmosのco-chainにおけるIBCのサポートと相まって、開発者はCosmosとEthereumのエコシステム間でシームレスに相互運用する分散型アプリケーションをデプロイすることが可能になります。 

KavaはTendermint PoSコンセンサスメカニズムを採用しており、EVM co-chain上のアプリケーションに強力なスケーラビリティを提供します。Kava Networkは、KavaDAOから資金提供を受けており、各co-chainの上位100のプロジェクトに対して、利用状況に応じて報酬を与えるよう設計された、オープンでオンチェーンな開発者インセンティブも特徴としています。 

Kavaには、ネイティブなユーティリティとガバナンスのトークン「KAVA」と、USドルペッグのステーブルコイン「USDX」があります。KAVAは取引手数料のお支払いに使用され、バリデーターによってネットワーク・コンセンサスを生成するためにステークされます。ユーザーは、ステークしたKAVAをバリデーターに委任することで、KAVA排出量のシェアを獲得することができます。また、ステーカーとバリデーターは、ネットワークのパラメーターを規定するガバナンスの提案に投票することができます。 

IoTeX

IoTeXは、ブロックチェーンとモノのインターネット (IoT) を組み合わせることに重点を置き、2017年に設立されたレイヤー1ネットワークです。これにより、ユーザーは自分のデバイスが生成するデータをコントロールできるようになり、「機械に支えられたDApps、資産、サービス」を実現することができます。個人情報には価値があり、ブロックチェーンで管理することにより、安全な所有権が保証されます。

IoTeXのハードウェアとソフトウェアの組み合わせは、ユーザーエクスペリエンスを犠牲にすることなく、人々が自分のプライバシーとデータをコントロールするための新しい解決策を提供します。実世界のデータからデジタル資産を獲得できる仕組みが「MachineFi」です。

IoTeXは、UcamとPebble Trackerという2つの注目すべきハードウェア製品を発表しました。Ucamは、どこからでも完全なプライバシーで自宅を監視することができる先進的なホームセキュリティカメラです。Pebble Trackerは、4Gに対応し、追跡機能を備えたスマートGPSです。GPSデータだけでなく、温度、湿度、空気環境などの環境データもリアルタイムで追跡します。

ブロックチェーンのアーキテクチャとしては、IoTeXの上にレイヤー2のプロトコルがいくつも構築されています。ブロックチェーンは、最終的にIoTeXを使用するカスタマイズされたネットワークを作成するためのツールを提供します。また、これらのチェーンは、IoTeXを介して互いに交流し、情報を共有することができます。開発者は、IoTデバイスの特定のニーズに合わせて、新しいサブチェーンを簡単に作成することができます。IoTeXのコインであるIOTXは、取引手数料、ステーキング、ガバナンス、ネットワークの検証に使用されています。



まとめ

今日のブロックチェーンエコシステムは、いくつかのレイヤー1ネットワークとレイヤー2プロトコルを備えています。混乱しがちですが、基本的なコンセプトを把握すれば、全体の構造やアーキテクチャを理解することが容易になります。この知識は、新しいブロックチェーン・プロジェクト、特にネットワークの相互運用性とクロスチェーン解決策に焦点を当てたプロジェクトを研究する際に役立ちます。