TL;DR
暗号通貨とブロックチェーンの人気は急速に拡大しており、ユーザーとトランザクションの数も増加しています。ブロックチェーンは確かに革命的なものです。ただし、スケーラビリティ、つまり需要の増加に対応しながら拡張できるシステムの能力は常に課題です。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、多くの場合、高いスループットを達成するのに苦労します。
これは、分散型システムが分散化、セキュリティ、および高いスケーラビリティを同等に達成することは不可能であるというブロックチェーンのトリレンマとしてよく説明されます。実際には、ブロックチェーン ネットワークにはこれら 3 つの要素のうち 2 つしか含めることができません。
しかし、幸いなことに、何千人もの愛好家や専門家がソリューションの拡張に取り組んでいます。これらのソリューションの中には、主要なブロックチェーン アーキテクチャ (レイヤー 1) を変更するように設計されたものもありますが、基盤となるネットワーク上で動作するレイヤー 2 プロトコルに焦点を当てたものもあります。
導入
利用可能なブロックチェーンと暗号通貨が多数あるため、レイヤー 1 チェーンを使用しているのか、レイヤー 2 チェーンを使用しているのかを見分けることができない場合があります。使用または投資しているシステムを理解することが重要です。この記事では、レイヤー 1 ブロックチェーンとレイヤー 2 ブロックチェーンの違い、およびさまざまなスケーラビリティ ソリューションについて理解します。
レイヤー 1 ブロックチェーンとレイヤー 1 ブロックチェーンとは何ですか?レイヤー2?
レイヤ 1 という用語は、ブロックチェーン アーキテクチャの基本レベルを指します。この層はブロックチェーン ネットワークの主要な構造です。ビットコイン、イーサリアム、BNB チェーンは、レイヤー 1 ブロックチェーンの例であり、レイヤー 2 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です。したがって、ビットコインがレイヤー 1 である場合、その上で動作するライトニング ネットワークはレイヤー 2 の一例になります。
ブロックチェーン ネットワークのスケーラビリティの向上は、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できます。レイヤー 1 ソリューションは、元のブロックチェーンのルールとメカニズムを直接変更します。レイヤ 2 ソリューションは、外部の並列ネットワークを使用して、メインチェーン外のトランザクションを容易にします。
ブロックチェーンのスケーラビリティが重要なのはなぜですか?
大都市と急速に成長する郊外との間に新しい高速道路が建設されていると想像してください。これらの高速道路を利用する交通量が増加し、特にラッシュアワー時に渋滞が一般的になるため、A 地点から B 地点までの平均時間が大幅に長くなる可能性があります。これはもちろん、需要が増加し続ける一方で、道路インフラの容量が限られているためです。
それでは、より多くの通勤者がこのルートをより早く移動できるよう、当局はどのような対策を講じることができるのでしょうか?解決策の 1 つは、両側に車線を追加して高速道路を改善することです。ただし、この解決策は高価であり、すでに高速道路を使用している人々に問題を引き起こす可能性があるため、これは常に現実的であるとは限りません。別の解決策は、創造的に考え、追加のアクセス道路を建設したり、高速道路に沿ってライトレールを敷設したりするなど、コアインフラの変更とは無関係なアプローチを検討することです。
ブロックチェーン テクノロジーの領域では、主要な高速道路はレイヤー 1 (メイン ネットワーク) ですが、追加のアクセス道路はレイヤー 2 ソリューション (全体の容量を増やすための二次ネットワーク) です。
ビットコイン、イーサリアム、およびポルカドットは、レイヤー 1 ブロックチェーンとみなされます。これらのブロックチェーンは、通常、料金の支払いや広範なユーティリティの提供に使用されるネイティブ暗号通貨を使用して、それぞれのエコシステムのトランザクションを処理および記録するベースレイヤーです。 Polygon は、イーサリアムのレイヤー 2 スケーリング ソリューションの一例です。 Polygon Network は定期的に Ethereum メインネットにチェックポイントを入れてステータスを更新します。
スループット能力はブロックチェーンの重要な要素です。これは、一定期間内に処理および記録できるトランザクションの数を示す速度と効率の尺度です。ユーザー数が増加し、同時トランザクションの数が増加すると、レイヤー 1 ブロックチェーンの速度が遅くなり、使用コストが高くなります。これは特に、Proof of Stake ではなく 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当てはまります。
現在のレイヤー 1 の問題
ビットコインとイーサリアムは、スケーリングの問題を伴うレイヤー 1 ネットワークの好例です。どちらも分散コンセンサス モデルを通じてネットワークを保護します。これは、すべてのトランザクションが検証される前に複数のノードによって検証されることを意味します。これらすべてのマイニング ノードは、複雑な計算パズルを解くために競い合います。成功したマイナーは、ネットワークのネイティブ暗号通貨の形で報酬を受け取ります。
言い換えれば、すべてのトランザクションは確認される前に複数のノードからの独立した検証を必要とします。これは、悪意のある攻撃者による攻撃のリスクを軽減しながら、正しく検証されたデータをブロックチェーンに入力して記録する効果的な方法です。ただし、ネットワークがイーサリアムやビットコインと同じくらい普及すると、スループットの要求がますます問題になります。ネットワークが混雑しているときは、ユーザーは確認に時間がかかり、取引手数料が高くなります。
レイヤ 1 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?
レイヤ 1 ブロックチェーンには、ネットワーク全体のスループットと容量を向上できるオプションがいくつかあります。ブロックチェーンが Proof of Work を使用している場合、Proof of Stake への移行は、処理コストを削減しながら 1 秒あたりのトランザクション数 (TPS) を増やすためのオプションとなる可能性があります。ただし、プルーフ・オブ・ステークの利点と長期的な影響については、暗号通貨コミュニティ内でさまざまな見解があります。
レイヤ 1 ネットワーク上のスケーリング ソリューションは通常、プロジェクト開発チームによって導入されます。ソリューションに応じて、コミュニティは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。ビットコインの SegWit アップデートなど、一部のマイナーな変更には下位互換性があります。
ビットコインのブロックサイズを 8 MB に増やすなど、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、ブロックチェーンの 2 つのバージョンが作成されます。1 つは更新あり、もう 1 つは更新なしです。ネットワーク スループットを向上させるもう 1 つのオプションはシャーディングです。このアクションにより、ブロックチェーン操作が小さな部分に分割され、データを順次ではなく同時に処理できるようになります。
レイヤ 2 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?
説明したように、レイヤー 2 ソリューションは、プライマリ チェーンと並行して、または独立して機能するセカンダリ ネットワークに依存します。
ロールアップ
ゼロナレッジ ロールアップ (最も一般的なタイプ) は、レイヤー 2 トランザクションをオフチェーンにバンドルし、それらをメイン チェーン上の単一トランザクションとして送信します。このシステムは、有効性の証明を使用してトランザクションの完全性をチェックします。アセットはブリッジング スマート コントラクトを使用して元のチェーンに保存され、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。このように、ネイティブ ネットワーク セキュリティは、リソースをあまり消費しないロールアップから恩恵を受けます。
サイドチェーン
サイドチェーンは、独自のバリデーターのセットを備えた独立したブロックチェーン ネットワークです。これは、メインチェーン上のスマート コントラクト ブリッジングではサイドチェーン ネットワークの有効性が検証されないことを意味します。したがって、サイドチェーンが元のチェーン上のアセットを制御できるため、サイドチェーンが正しく動作していることを信頼する必要があります。
州チャンネル
ステート チャネルは、取引当事者間の双方向通信環境です。当事者は基盤となるブロックチェーンの一部を閉じ、それをオフチェーンのトランザクション チャネルに接続します。これは通常、合意されたスマートコントラクトまたは複数の署名を通じて行われます。その後、当事者は、基盤となる分散台帳 (つまり、メイン チェーン) にトランザクション データをすぐに送信せずに、オフチェーンでトランザクションまたはトランザクションのバッチを実行します。チェーン内のすべてのトランザクションが完了すると、チャネルの最終的な「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。このメカニズムにより、トランザクション速度が向上し、全体的なネットワーク容量が増加します。ビットコイン ライトニング ネットワークやイーサリアムの雷電などのソリューションは、状態チャネルに基づいて動作します。
ネストされたブロックチェーン
このソリューションは、プライマリの「親」ブロックチェーンの上に位置する一連のセカンダリ 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、親チェーンによって設定されたルールとパラメーターに基づいて動作します。メインチェーンはトランザクションの実行には関与せず、その役割は必要に応じて紛争を解決することに限定されます。日々の作業は「子」チェーンに委任され、処理されたトランザクションがメイン チェーンの外で完了した後、メイン チェーンに返されます。 OmiseGO の Plasma プロジェクトは、レイヤー 2 の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 1 およびレイヤ 2 のスケーリング ソリューションの制限
レイヤ 1 およびレイヤ 2 ソリューションには、特有の長所と短所があります。レイヤ 1 を使用すると、大規模なプロトコル アップグレードに最も効果的なソリューションを提供できます。ただし、これはバリデーターがハードフォークを介して変更を受け入れるように奨励する必要があることも意味します。
バリデーターがこれを行うことを望まない場合の 1 つの例は、Proof of Work から Proof of Stake への変更です。より効率的なシステムへの切り替えによりマイナーは収益を失い、スケーラビリティを改善する意欲をそぐことになります。
レイヤ 2 は、スケーラビリティを向上させる高速な方法を提供します。ただし、使用する方法によっては、元のブロックチェーンのセキュリティの多くが失われる可能性があります。ユーザーはイーサリアムやビットコインのようなネットワークを、その復元力とセキュリティの実績により信頼しています。レイヤ 1 の側面を排除すると、多くの場合、効率とセキュリティのためにレイヤ 2 のチームとネットワークに依存しなければなりません。
レイヤ 1 とレイヤ 2 の次は何ですか?
重要な問題の 1 つは、レイヤー 1 の拡張性が高ま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です。既存のブロックチェーンがアップグレードされ、拡張性の高い新しいネットワークが作成されました。ただし、メインシステムの拡張性が向上するまでには長い時間がかかり、これは保証されません。最も可能性の高いオプションは、レイヤー 1 がセキュリティに重点を置き、レイヤー 2 ネットワークがサービスを特定の用途に合わせて調整できるようにすることです。
近い将来、ユーザーと開発者の大規模なコミュニティにより、イーサリアムのような大規模チェーンが依然として優位に立つ可能性があります。ただし、分散型バリデータの大規模ネットワークと信頼できる評判により、対象を絞ったレイヤー 2 ソリューションの強力な基盤が構築されます。
カバー
暗号化が始まって以来、スケーラビリティの向上を追求する結果、レイヤー 1 の改善とレイヤー 2 ソリューションの 2 つのアプローチが必要になりました。さまざまな暗号化ポートフォリオをお持ちであれば、おそらくすでにレイヤー 1 およびレイヤー 2 ネットワークにさらされているでしょう。両者の違いと、それらが提供するさまざまなスケーリング アプローチを理解してください。