要点
ブロックチェーンのトリレンマとは、ブロックチェーンネットワークにおいて、セキュリティ、分散化、スケーラビリティの3つの特性のバランス維持が困難であることを示す概念です。
ある1つの特性を向上させると、他の特性が犠牲になります。
さまざまなブロックチェーンがこのトリレンマの解決を目指し、代替のコンセンサスメカニズムやレイヤー2ソリューション、シャーディングなど、多様な技術的アプローチを採用しています。
完全にトリレンマを「解決」したブロックチェーンは存在しないものの、業界はよりバランスの取れた設計を目指して技術革新を続けています。
はじめに
ブロックチェーンでは、1秒間に処理できるトランザクションの数が限られています。この技術の世界的な普及に向けて、より大量のデータをより高速に処理できる必要性が多くの人によって主張されています。これにより、ネットワークの遅延やコストの増加を抑制でき、より多くの人々が利用できるようになります。
しかし、多くの分散型ネットワークの基本的な設計では、スケーラビリティを高めると分散化やセキュリティが弱まる傾向があります。これがいわゆるブロックチェーンのトリレンマとなります。この課題の解決のため、新しいコンセンサスメカニズム、シャーディング、レイヤー2ネットワークなど、さまざまなソリューションが模索されています。
ブロックチェーンのトリレンマ
ブロックチェーンとは、端的に言えば分散型のデジタルデータベースです。データのブロックが時系列に沿って整理されています。これらのブロックは暗号学的な証明によって連結され、セキュアに保護されています。この技術はすでにさまざまな産業で導入され、私たちの働き方や生活様式を変えつつあります。
分散化されセキュアなブロックチェーンは、ネットワークや市場を機能させるために仲介者を必要としない世界を実現する可能性があります。しかし、この技術がより広く普及するためには、ブロックチェーンのトリレンマに対処する必要があると専門家の間で広く認識されています。
イーサリアムの共同創設者であるVitalik Buterin（ヴィタリック・ブテリン）氏の提唱によって広まったブロックチェーンのトリレンマとは、ブロックチェーンがセキュリティ、分散化、スケーラビリティの三つの特性すべてを同時に最適なレベルで達成するのが難しいことを指します。ある1つの特性を強化すると、他の特性が犠牲になります。
分散性
ブロックチェーンネットワークは設計上分散化されており、特定の個人や企業、組織によって管理されることはありません。ネットワークは参加を希望するすべての人に開かれ、管理権はすべての参加者に分散しています。誰もが同じ台帳にアクセスでき、参加者が自分の利益のために記録を改ざんしようとした場合、ネットワークの他の参加者がその不正なデータを検証し、拒否できます。
ビットコインと既存の銀行システムの違いを考えてみましょう。銀行は取引当事者間での信頼を強制し、すべての記録が正しく保たれるよう管理しています。一方、ビットコインブロックチェーンでは、データベースに追加される前にネットワーク上の全員とすべてのデータが共有され、確認・承認できるようにします。その結果、第三者を必要としないシステムが実現します。
分散化は、Web3と呼ばれる新しいインターネットの可能性をもたらします。現在のインターネット（Web2）では企業がサイトやアプリを管理していますが、Web3ではユーザー自身が自分のデータやアイデンティティを管理できるようになります。
しかし、分散化には代償が伴います。複数のユーザーが各トランザクションでコンセンサスに到達する必要があるため、処理速度は中央集権型システムに比べて遅くなりがちです。このため、スケーラビリティ（1秒あたりのトランザクション処理能力）が分散型ネットワークにとって重要な課題となっています。
ブロックチェーンのセキュリティ
セキュリティは、ブロックチェーンにとって不可欠です。セキュリティが存在しなければ、攻撃者によってネットワークが侵害され、トランザクション履歴が改ざんされる可能性があります。システムが中央集権型であるか分散型システムであるかを問わず、セキュリティは保証されるものではありません。中央集権型システムではより厳密な管理と迅速な意思決定が可能である一方、単一障害点が発生しやすく、セキュリティチームの質に大きく依存します。
分散型システムでは、中央型の権限に頼らずにセキュリティを確保する必要があります。例えばビットコインでは、暗号技術とプルーフ・オブ・ワーク（PoW）と呼ばれるコンセンサスメカニズムを組み合わせてセキュリティを実現しています。各データブロックは前のブロックと固有のデジタル署名（ハッシュ）でつながっており、改ざんがあればすぐに検知される仕組みになっています。
PoWでは、ネットワーク参加者（マイナーと呼ばれる）に対し、トランザクションを検証する前に膨大なハッシュ計算を通じて複雑な数学的問題を解くことが要求されます。ネットワークに対する攻撃には（数学的問題を解くために）膨大なコストがかかり、実行が非常に困難になるため、セキュリティのさらなる保護レイヤーとして機能しています。ビットコインのマイニングは設計上リソースを大量に消費するため、他のブロックチェーンに比べて処理速度が遅くなります。
また、ネットワーク参加者（ノード）が多ければ多いほど、ネットワークのセキュリティは高まります。ネットワークが大きくなるほど、一人の悪意ある攻撃者がシステムを支配することは難しくなります。
理論上、もし個人やグループがネットワークの計算能力の過半数を掌握すると、51％攻撃と呼ばれる攻撃が可能になり、二重支払などの不正行為が発生するリスクがあります。
ブロックチェーンのスケーラビリティ
スケーラビリティとは、ブロックチェーンが1秒あたりに処理できるトランザクション数（TPS）を増やす能力を指します。ブロックチェーン技術が広く普及し、数十億ものユーザーによる利用に対応するには、トランザクション処理が迅速かつ低コストで、さらに信頼性高く実行される必要があります。しかし実際には、分散化とセキュリティというブロックチェーン設計の二大原則に比べると、スケーラビリティは後回しにされがちです。
例えば、Visaのような中央集権型の決済システムは、閉じられた許可制の環境で運用されているため、1秒間に数千件ものトランザクションを処理できるとされています。これらの処理は、世界中に分散した何千もの個別のノードによるコンセンサス（合意形成）を必要とせず、ほぼ瞬時にトランザクション処理が行われます。
一方、パブリックブロックチェーンでは、すべてのトランザクションが複数の個別のバリデーター（検証者）によって処理されます。この分散型の検証プロセスでは、パフォーマンスが低下します。例えば、ビットコインのベースレイヤーの平均処理能力は約5 TPS、イーサリアムは約18 TPSとなっています。
一部のネットワークでは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）に代わりプルーフ・オブ・ステーク（PoS）コンセンサスが採用されていますが、世界中に分散したノードによるコンセンサスの必要性が依然として制約となっています。スケーラビリティに対する効果的な解決策が見つからなければ、利用者の急増に伴うネットワークの混雑やトランザクションの遅延、手数料の高騰につながります。
ブロックチェーンのトリレンマへの対応
ブロックチェーンのトリレンマに対する最も明白で単純な解決策は、ネットワークのバリデーター（ノード）数を削減し、スケールと速度を向上させることとなります。しかし、これは分散化を弱めることになり、少数の参加者による管理が可能になってしまいます。参加者が減れば、攻撃のリスクが高まり、セキュリティの弱体化にもつながります。
ここにトリレンマの本質があります。分散化とセキュリティは密接に結びついており、ブロックチェーンの構造上、スケーラビリティを向上させるには分散化とセキュリティのどちらか一方、あるいは両方を犠牲にせざるを得ないことになります。ブロックチェーンの信頼性を支える本質的な特性を損なうことなく、いかにして高速化を実現するか—これが最大の課題となるのです。
進行中の開発動向
トリレンマについて、決定的な解決策は存在しません。しかし、開発者や研究者はさまざまなアプローチを模索し、その中の多くが有望な成果を上げています。特に注目すべき開発には、以下のものがあります。
1. シャーディング
シャーディングは、ブロックチェーンを複数の小さな区画（シャード）に分割し、各シャードが独自の台帳を持ち、トランザクションを個別に処理できる仕組みです。メインチェーンはシャード間のやり取りを調整し、単一チェーンへの負荷を軽減することでスケーラビリティを向上させます。
例えば、NEAR protocolはNightshade 2.0と呼ばれるシャーディングモデルを採用しており、ネットワークを複数の並列シャードに分割して動的にスケーラビリティを高めています。2025年8月時点で、NEARネットワークでは8つのアクティブシャードが運用されており、トランザクションのファイナリティ（確定時間）は約600ミリ秒を実現しています。
2. 異なるコンセンサスメカニズム
ビットコインネットワークにトリレンマが存在する理由の一つは、セキュリティの確保目的で採用されたPoW（プルーフ・オブ・ワーク）の仕組みにあります。トリレンマに対処する観点から、従来とは異なるコンセンサスの仕組みを検討する必要があります。
PoSブロックチェーンでは、トランザクションの検証に関与する参加者はトークンをステーク (ロック) する必要があります。高度かつ専門性の高いマイニング機器は必要ありません。ネットワーク上にバリデーターを追加することは、簡単かつ誰でも行うことができます。PoSは、スケーラビリティを念頭に置いたコンセンサスメカニズムのアプローチの1つにすぎません。
もう一つの方法として、Proof of Authority（PoA）があります。PoAは、ステーキングされたコインではなく、バリデーターの身元情報（アイデンティティ）を用いてネットワークのセキュリティを確保します。PoAシステムでは、限られた信頼された参加者が事前に承認され、トランザクションの検証やブロックの生成を行います。これによりスケーラビリティは向上するものの、分散性は低下します。
いくつかのブロックチェーンネットワークでは、ハイブリッドモデルを採用し、特性間のトレードオフのバランスを調整しています。例えば、BNB Smart ChainはProof of Staked Authority（PoSA）を採用し、バリデーターはBNBをステークキングしてブロック生成に参加し、約3秒のブロックタイムを実現しています。また、Confluxネットワークでは、PoWの要素を有向非巡回グラフ（DAG）構造と組み合わせ、PoWのセキュリティ特性を保持しつつ処理能力を向上させています。
3. レイヤー2ソリューション
トリレンマに対処するもう一つの方法として、既存のブロックチェーンのベースレイヤー（L1）を変更するのではなく、その上に構築する手法があります。レイヤー2ソリューションはトランザクションをメインチェーンの外で処理し、その結果を集約してメインチェーンに反映させます。これにより、ネットワークの混雑が緩和され、手数料が低減されるとともに、ベースレイヤーのセキュリティが維持されます。
ロールアップと呼ばれる技術では、複数のトランザクションをオフチェーンでまとめ、圧縮された単一の証明をメインチェーンへ検証のために送信しています。Arbitrum（アービトラム）などのオプティミスティックロールアップは、トランザクションが異議申し立てされない限り有効とみなします。一方、Scroll（スクロール）などのゼロ知識（ZK）ロールアップは、すべての詳細を公開せずに暗号学的証明で有効性を確認します。イーサリアムはロールアップを中心とする構造へと進化し、分散型金融（DeFi）、ゲーム、NFTの活動の大半はレイヤー2上で展開されるようになっており、速度向上とコスト削減に寄与しています。
ステートチャンネルは、トランザクションの開始時と終了時の状態のみをブロックチェーンに記録し、参加者はオフチェーンでトランザクションを行う仕組みです。ビットコインのLightning Networkは、ステートチャンネルを使用し、手続きの大部分をオフチェーンで処理しつつ、最終的な決済をビットコインのベースレイヤーで行うことで高速かつ低コストな決済を実現している代表的な例です。
まとめ
ブロックチェーンのトリレンマは、この技術がその潜在能力を最大限に発揮するうえで依然として大きな課題として残っています。しかし、イーサリアムのロールアップ中心のロードマップや、新興する高性能モジュラー型ブロックチェーンが有望な解決策を示しています。これらの技術革新により、セキュリティや分散化を損なうことなくスケーラビリティが向上し、グローバル規模のアプリケーションがブロックチェーン上で利用できる未来が近づいています。
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