目次
導入
ブロックチェーンのスケーラビリティの問題
オフチェーン スケーリング ソリューションとは何ですか?
サイドチェーンの紹介
サイドチェーンとは何ですか?
サイドチェーンの仕組み
なぜサイドチェーンを使用するのでしょうか?
決済チャネルの紹介
支払いチャネルとは何ですか?
支払いチャネルの仕組み
支払い経路
要約する
導入
大まかに言えば、スケーラビリティとは、増大する需要に応じてシステムが継続的に拡張できる能力を指します。コンピューティングでは、ハードウェアをアップグレードすることで、コンピュータのパフォーマンスを向上させ、一部のタスクをより速く実行できます。ブロックチェーンのスケーラビリティとは、一般に、より多くのトランザクションを処理できるようにパフォーマンスを向上させることを指します。
ビットコインなどのプロトコルには多くの利点がありますが、拡張性に欠けています。ビットコインが集中データベース上で実行されれば、管理者は処理速度とスループットを向上させるのがはるかに簡単になります。ただし、ビットコインの価値提案（検閲への耐性など）では、多くの参加者が協力してブロックチェーンのコピーを同期する必要があります。
ブロックチェーンのスケーラビリティの問題
ビットコインノードは比較的安価に運用できるため、ローエンドの機器でも十分に機能します。ただし、何千ものノードを最新の状態に保つ必要があるため、容量が制限されます。
ブロックの上限は通常、データが制御不能に増大するのを防ぐために、チェーン上で処理できるトランザクションの数に設定されます。データの増分が大きすぎて増加率が速すぎる場合、ノードが追いつかない可能性があります。さらに、ブロックが大きすぎると、ネットワーク上で迅速に中継することが困難になります。
したがって、これが起こると、ボトルネックにぶつかります。ブロックチェーンは、出発間隔が固定された電車のサービスと考えることができます。各車両の座席には限りがあり、乗客はチケットを確保するために入札する必要があります。全員が電車に乗りたいと思えば、当然運賃は高くなります。同様に、未確認のトランザクションでネットワークが混雑すると、ユーザーはトランザクションを優先させるために法外な料金を支払う必要があります。
解決策の 1 つは、キャリッジの拡張です。座席数が増えると乗客の流れが増え、航空券の価格が下がります。ただし、車両は以前と同様に満席になる可能性があります。ブロックや燃料料金の制限を無制限に増やすことができないのと同様に、車両の幅を継続的に拡大することはできません。ノードはハードウェアのアップグレードによってのみ同期を維持できるため、ガス料金がネットワーク内にノードを維持するコストに追加されます。
イーサリアムの創設者であるヴィタリック・ブテリン氏は、ブロックチェーンが直面する課題について議論するために、スケーラビリティの「トリレンマ」を提案しました。彼は、プロトコルはスケーラビリティ、セキュリティ、分散化のバランスを取る必要があると信じています。この 3 つは互いに矛盾しています。どちらか 1 つが強化されすぎると、3 つ目は大幅に低下します。
したがって、多くの人は、スケーラビリティはオフチェーンで達成されることが期待され、セキュリティと分散化はブロックチェーン自体で最大化されるべきであると信じています。
オフチェーン スケーリング ソリューションとは何ですか?
オフチェーン拡張とは、トランザクションの実行をサポートしますが、ブロックチェーンの拡張は許可しない方法を指します。オンチェーン プロトコルを使用すると、ユーザーは資金を送受信できますが、トランザクションはメイン チェーンにすぐには表示されません。これに関して、最も注目すべき 2 つの開発、サイドチェーンと支払いチャネルについて詳しく見ていきます。
サイドチェーンの紹介
サイドチェーンとは何ですか?
サイドチェーンは独立したブロックチェーンですが、独立したプラットフォームではなく、ある程度メインチェーンにリンクされています。メインチェーンとサイドチェーンは相互運用できます。つまり、アセットはメインチェーンとサイドチェーンの間を自由に移動できます。
資金移動をスムーズに行うための方法は数多くあります。場合によっては、資金を特別なアドレスに入金し、メインチェーンの資産をサイドチェーンに転送することができます。この時点では、資金は実際には転送されませんが、アドレスにロックされ、サイドチェーンは対応する金額を受け取ります。より直接的なアプローチ (集中化に有利な可能性があります) は、資金をカストディアンに送信し、カストディアンがマージンを使用してサイドチェーンと資金を交換することです。
サイドチェーンの仕組み
私たちの友人のアリスが 5 つのビットコインを所有しているとします。彼女は、それをビットコインのサイドチェーンの 5 つの同等の通貨 (私たちはそれらを「サイドチェーンコイン」と呼びます) と交換したいと考えています。私たちが説明したサイドチェーンは双方向のペグであり、ユーザーは自分の資産をメインチェーンからサイドチェーンに、またはその逆に転送できます。
サイドチェーンは、異なるブロック、ノード、検証メカニズムを備えた独立したブロックチェーンであることを忘れないでください。サイドチェーン コインを取得するために、アリスは 5 ビットコインを別のアドレスに送信します。そのアドレスは誰かが所有している可能性があります。ビットコインを受け取った後、アドレス所有者はこれら 5 つのサイドチェーン コインをアリスのサイドチェーン アドレスにクレジットします。さらに、アドレスには、支払いを検出するとソフトウェアが自動的にサイドチェーン コインをクレジットする、ある種の最大限のトラストレス セットアップが設定されている場合があります。
アリスはビットコインの保有資産をサイドチェーンコインに変換しました。彼女は逆に作業して、サイドチェーンコインをビットコインに変換することもできます。サイドチェーン上で資産を所有した後、彼女はこの独立したブロックチェーン上で自由に取引できるようになりました。メインチェーンと同じように、彼女は他のチェーンからサイドチェーンコインを送受信することができます。
たとえば、彼女はボブにサイドチェーン コインを支払い、Binance のパーカーを購入できます。彼女がビットコインを交換したい場合は、残りの 4 つのサイドチェーン コインを特別なアドレスに送信できます。トランザクションが確認されると、4 つのビットコインのロックが解除され、メインチェーン上で彼女が管理するアドレスに転送されます。
なぜサイドチェーンを使用するのでしょうか?
なぜサイドチェーンを使用するのか疑問に思われるかもしれません。アリスはビットコインのブロックチェーンを使えばいいんじゃないの？
答えは、サイドチェーンにはビットコインにはない機能がある可能性があるということです。ブロックチェーンは、慎重に設計されたオフチェーン トランザクション システムです。ビットコインは最も安全な分散型暗号通貨ですが、スループットに関してはまだリーダーではありません。ビットコイントランザクションは従来の方法よりも高速ですが、他のブロックチェーンシステムと比較すると速度はわずかに劣ります。ブロックは 10 分ごとにしかマイニングできず、ネットワークが混雑すると料金が大幅に増加する可能性があります。
しかし、毎日の少額の支払いにはそれほど高いレベルのセキュリティはまったく必要ない可能性があることを認めなければなりません。アリスがコーヒーを買いに行く場合、取引が確認されるまで待つことはありません。そうであれば、彼女のトランザクションは常にキューに入れられ、トランザクションが確認されるまでに彼女のコーヒーは冷めてしまいます。
サイドチェーンにはこのルールは適用されません。作業証明を使用しなくても機能します。コンセンサスメカニズムを自由に選択したり、単一のバリデータを信頼したり、任意の数のパラメータを調整したりできます。サイドチェーンは、メインチェーンでは利用できないアップグレードを実装し、より大きなブロックを生成し、高速決済を実行できます。
興味深いことに、たとえ側鎖がひどくおかしくなったとしても、それは基本鎖には影響を与えません。このようにして、ネットワークのコンセンサスの大多数を占めるはずの機能を開始するための実験的なプラットフォームとして機能できます。
ユーザーがオフチェーン トランザクションに満足している場合、サイドチェーンは効率的なスケーリングに不可欠なステップとなる可能性があります。メインチェーンノードはサイドチェーンのすべてのトランザクションを保存する必要はありません。アリスは、単一のビットコイントランザクションでサイドチェーンに参加し、何百ものサイドチェーン通貨トランザクションを実行してから終了できます。ビットコイン ブロックチェーンに関する限り、彼女は 2 つの操作 (入力と出力) を完了しただけです。
イーサリアムプラズマは似ていますが、大きな違いがあります。 「イーサリアムプラズマ（プラズマ）とは？」をご覧ください。 "、もっと詳しく知る：
決済チャネルの紹介
支払いチャネルとは何ですか?
支払いチャネルは、スケーラビリティの点でサイドチェーンと同じ目的を果たしますが、根本的に異なります。サイドチェーンと同様に、支払いチャネルはトランザクションをメインチェーンから分離し、ブロックチェーンの無制限の拡張を防ぎます。ただし、サイドチェーンとの違いは、独立したブロックチェーンに依存する必要がないことです。
支払いチャネルは、トランザクションをブロックチェーンに公開することなく、スマート コントラクトを通じてユーザーのトランザクションをサポートします。これは、ソフトウェアを使用して 2 人の参加者間の合意を強制することによって機能します。
支払いチャネルの仕組み
一般的なライトニング ネットワーク モデルでは、まず双方が共有所有のアドレスにトークンをデポジットします。これはマルチ署名アドレスであり、資金を使用するには 2 つの署名が必要です。したがって、アリスとボブがそのようなアドレスを作成した場合、資金は相互の同意によってのみ転送できます。
両方の人が同じアドレスに 10 ビットコインを入金し、アドレスの残高が 20 ビットコインであると仮定します。彼らは、アリスとボブがそれぞれ 10 ビットコインを持っているという初期残高を簡単に決定できます。アリスがボブにトークンを転送する必要がある場合、台帳を次のように更新できます: アリスは 9 ビットコインを所有し、ボブは 11 ビットコインを所有します。残高を更新するためにブロックチェーンにトランザクションを投稿する必要はありません。
すべてのトランザクションが最終的に完了した後、アリスが 5 ビットコイン、ボブが 15 ビットコインを所有しているとします。彼らはトランザクションを作成し、これらの残高をそれぞれのアドレスに送信し、署名してチェーン上でブロードキャストすることができます。
アリスとボブは、数十、数百、さらには数千の取引を台帳に記録した可能性があります。しかし、ブロックチェーン レベルでは、オンチェーン オペレーションは 2 つだけ実行されました。1 つは最初の資金調達トランザクションで、もう 1 つはトランザクション完了後の残高の再分配でした。上記 2 点を除いて、他のすべてのトランザクションはオフチェーンで実行され、手数料はかからず、ほぼ瞬時に完了します。双方ともマイナー料金を支払ったり、ブロックの確認を待つ必要はありません。
もちろん、上記の例は取引当事者間の相互理解と緊密な協力に基づいており、見知らぬ人には適していません。ただし、特別なメカニズムを使用して詐欺を処罰し、不慣れな当事者が安全に取引できるようにすることもできます。
支払い経路
頻繁に取引を行う双方にとって、支払いチャネルの方が明らかに便利で高速です。このアプローチも日々改善されています。これらのチャネルのネットワークは継続的に強化および最適化できるため、アリスは直接の接触がない受取人に支払いを行うことができます。ボブとキャロルが支払いチャネルを開くと、容量が十分である限り、アリスはそのチャネルを通じてキャロルに支払うことができます。彼女はまずボブの支払いチャネルを通じて支払いを行うことができ、ボブはその資金をキャロルのチャネルに転送します。キャロルが別の参加者であるダンに接続されている場合も、同じ操作を行うことができます。
このネットワーク構造は最終的に、誰もが複数のピア ノードに接続できる分散トポロジに進化しました。多くの支払いチャネルがあり、ユーザーは最も効果的なチャネルを独自に選択できます。
要約する
上記では、2 つのスケーラビリティ シナリオについて説明しました。どちらも、基盤となるブロックチェーンの負担を増やすことなくトランザクションを完了できるようにします。サイドチェーンと支払いチャネルはまだ未成熟ですが、ベースレイヤートランザクションの落とし穴を回避したいと考えているユーザーが増えています。
時間の経過とともに、ユーザーがネットワークに参加し続けるにつれて、分散化を維持することが重要になります。目標を達成するために、いつでも新しいノードを追加できるように、ブロックチェーンの容量の増加を制限することができます。オフチェーンのスケーラビリティ ソリューションの支持者は、テクノロジーの発展により、メイン チェーンは将来的には高額のトランザクションのみを提供するか、サイド チェーンへのアクセス/切断や決済チャネルの開閉にのみ使用されるようになるだろうと考えています。
