ブロックチェーンのスケーラビリティ問題の紹介

分散型、安全、不変のトランザクションを実現するブロックチェーン技術の登場は、数多くの業界に革命をもたらしました。しかし、他の先駆的技術と同様に、ブロックチェーンにも課題はあります。最も重要で広く議論されている問題の 1 つは、スケーラビリティです。

ブロックチェーン技術の文脈では、スケーラビリティとは、増大するトランザクション量を効率的かつ効果的に処理するネットワークの能力を指します。真の課題は、分散化、セキュリティ、スケーラビリティの矛盾した関係にあり、これは「ブロックチェーンのトリレンマ」とも呼ばれます。このトリレンマは、ブロックチェーン ネットワークが 2 つの分野で優れているものの、3 つ目の分野では必然的に妥協しなければならないというものです。

ビットコインやイーサリアムなどの従来のブロックチェーンのほとんどは、セキュリティと分散化に重点を置いて設計されています。この重点はネットワークの整合性にとって極めて重要ですが、意図せずスケーラビリティを制限しています。この制限は、ネットワークの混雑が激しいときに最も顕著に表れ、ユーザーはトランザクション時間が遅くなり、トランザクション手数料が高くなります。

ビットコインの現在のトランザクション処理能力は、1秒あたり約7トランザクション（TPS）ですが、イーサリアムは15TPSとわずかに優れています。約24,000TPSを処理できるVisaなどの中央集権型金融ネットワークと比較すると、ブロックチェーンのスケーラビリティの面でどれだけ改善の余地があるかが明らかになります。

したがって、スケーラビリティの問題は、ブロックチェーン技術の大量導入にとって大きな障害となります。これは、分散化やセキュリティを犠牲にすることなくブロックチェーン ネットワークを最適化することを目指す、数多くの研究イニシアチブや開発プロジェクトの焦点となっています。ライトニング ネットワークやプラズマなどのレイヤー 2 ソリューションの登場は、この分野における有望な進歩を意味し、スケーラビリティを強化する革新的な方法を提供し、それによってこの技術を広く受け入れられる方向に押し進めています。

レイヤー1とレイヤー2のソリューションを理解する

ブロックチェーンのスケーラビリティの複雑さを解明するには、レイヤー 1 ソリューションとレイヤー 2 ソリューションの基本的な違いを理解することが重要です。これらの用語は、ブロックチェーンのトランザクション処理能力を強化するための 2 つの異なるアプローチを指します。

レイヤー 1 ソリューションには、ブロックチェーン プロトコル自体への変更が含まれており、実質的にネットワークの元のルールが変更されます。これらの変更には、Bitcoin Cash のハードフォークで見られるようにブロック サイズの増加や、Ethereum の Proof of Stake のようなよりスケーラブルなコンセンサス メカニズムへの移行が含まれる場合があります。レイヤー 1 ソリューションは、通常、ネットワーク全体の合意またはハードフォークを必要とするため、実装がより複雑になり、コミュニティ内での断片化につながる可能性があります。

一方、レイヤー 2 ソリューションは、基本プロトコルを変更することなくスケーラビリティを向上させることを目指しています。代わりに、既存のブロックチェーンの上にセカンダリ フレームワークを構築することで機能します。基本的な考え方は、トランザクションの大部分をメイン チェーンからオフロードし、より高速で柔軟性の高いこの第 2 レイヤーで処理することです。トランザクションが第 2 レイヤーで確定すると、その結果がメイン ブロックチェーンに記録され、セキュリティと不変性が確保されます。この「オフチェーン」アプローチは、基盤となるブロックチェーンの本来の利点を犠牲にすることなく、トランザクション スループットを大幅に向上させる可能性があることから、大きな注目を集めています。

最も有名なレイヤー 2 ソリューションの 2 つである Lightning Network と Plasma は、それぞれ Bitcoin と Ethereum のスケーラビリティの問題に対処する上で大きな可能性を示しています。次のセクションでは、これらのソリューションについてさらに詳しく掘り下げ、その機能、特徴、およびブロックチェーン テクノロジーの将来への影響について説明します。

レイヤー 2 スケーリング ソリューションの詳細

レイヤー 2 ソリューションの世界に足を踏み入れるには、これらの革新的なテクノロジーを支配する基本原理を把握することが重要です。レイヤー 2 スケーリング ソリューションの主な目的は、ほとんどのトランザクションをオフチェーンで実行することで、ネットワークの混雑を緩和し、トランザクション料金を削減することです。これらのソリューションは、必須の情報のみが投稿されるメイン ブロックチェーンのセキュリティを活用します。言い換えれば、レイヤー 2 ソリューションは、より高速で安価なトランザクションを促進し、最終的にプライマリ ブロックチェーンで最終的な結果を確定する補助ネットワークとして機能します。

多くのレイヤー 2 ソリューションで利用されている基本概念の 1 つは、「ステート チャネル」として知られています。ステート チャネルは参加者間の双方向通信チャネルであり、参加者間でオフチェーンで無制限のトランザクションを実行できます。これらのトランザクションはブロック確認を必要としないため即時に実行され、ネットワーク リソースを消費しないため手数料は最小限です。参加者がトランザクションを完了すると、ステート チャネルが閉じられ、メイン チェーンで最終結果が決済されます。

レイヤー 2 ソリューションで採用されているもう 1 つの重要な技術は、「サイドチェーン」です。サイドチェーンは、メイン チェーンと並行して実行され、独自のコンセンサス メカニズムを持つ独立したブロックチェーンです。資産はメイン チェーンからサイドチェーンに転送できるため、より高速で安価なトランザクションが可能になります。トランザクションが完了すると、資産をメイン チェーンに戻すことができます。

ステート チャネルとサイドチェーンはどちらもメイン チェーンの負荷を大幅に軽減し、ネットワーク全体のトランザクション容量を強化します。ただし、それぞれに長所と短所があり、適切なアプリケーションが異なります。次のセクションでは、これらの概念を利用してビットコインとイーサリアムのスケーラビリティの問題に取り組む 2 つのレイヤー 2 ソリューションである Lightning Network と Plasma を分析します。

ライトニングネットワークのハイライト

ビットコインのスケーラビリティの難問に対応するため、ライトニング ネットワークは、より高速で低コストのトランザクションを促進するレイヤー 2 ソリューションとして構想されました。ライトニング ネットワークは、ステート チャネルの概念を活用し、参加者がブロック確認時間やネットワークの混雑の制約を回避してオフチェーンでトランザクションを実行できるようにします。

ライトニング ネットワークは、複数のトランザクションを実行したい 2 者間の支払いチャネルを作成することで機能します。このチャネルは、マルチ署名ウォレットを作成することで開かれます。マルチ署名ウォレットは、トランザクションを実行するために両方の当事者の署名を必要とするビットコイン ウォレットです。マルチ署名ウォレットの作成とビットコインの初期入金を含むチャネルの開設は、ビットコイン ブロックチェーンに記録されます。

チャネルが開かれると、2 つの当事者は、メイン チェーンに記録されることなく、無制限の数のトランザクションを相互に実行できます。これらのトランザクションは、マルチ署名ウォレット内の初期預金の分配を変更しますが、ブロックの確認の対象ではないため、手数料なしで即座に実行されます。

当事者が取引を希望しなくなった場合、チャネルが閉じられ、マルチ署名ウォレット内のビットコインの最終配分がメインチェーンに記録されます。重要なのは、開始と終了の取引のみがブロックチェーンに記録されるため、わずか 2 つのオンチェーン取引で数千のオフチェーン取引が発生する可能性があることです。

この革新的なアプローチは、ビットコインのスケーラビリティを大幅に向上させ、最小限の手数料でほぼ即時の取引をサポートすることを約束します。ただし、事前資金調達チャネルの必要性と、大規模な取引に伴う潜在的なリスクを考慮すると、ライトニング ネットワークは小規模またはマイクロ トランザクションに最適であることを理解することが重要です。

プラズマの探究

Plasma は、もう 1 つのレイヤー 2 スケーリング ソリューションであり、主に Ethereum ネットワークのスケーラビリティの問題に対処するために設計されています。Joseph Poon と Ethereum の共同設立者である Vitalik Buterin によって考案された Plasma は、サイドチェーンの概念を使用して、相互接続されたブロックチェーンの階層構造を作成します。各ブロックチェーンは独立して動作しますが、最終的には Ethereum メイン チェーンに固定されます。

Plasma フレームワークでは、親チェーン (Ethereum メインチ​​ェーン) が複数の子チェーンまたは Plasma チェーンに接続され、スマート コントラクトを実行し、トランザクションを独立して処理できます。これらの子チェーンは独自の子チェーンを持つことができ、ツリーのような構造を形成します。このアーキテクチャの主な利点は、各チェーンが独立して動作し、トランザクションの大部分をメインチェーンからオフロードすることで、スケーラビリティが向上することです。

ユーザーが Plasma チェーンとやり取りしたい場合、まず Ether または ERC-20 トークンを Ethereum メインチ​​ェーン上のスマート コントラクトに預けます。このスマート コントラクトは、メイン チェーンと Plasma チェーンの間の橋渡しとして機能します。預け入れが確認されると、同等の資産が Plasma チェーン上に作成され、ユーザーはより高速かつ低料金で取引を実行したり、スマート コントラクトとやり取りしたりできるようになります。

Plasma チェーンのセキュリティと整合性を確保するために、「Plasma exit」と呼ばれるプロセスが採用されています。このプロセスにより、悪意のある人物が Plasma チェーンを侵害しようとした場合でも、ユーザーは Plasma チェーンから資産をメインチェーンに戻すことができます。さらに、Plasma チェーンは「Proof of Authority」と呼ばれるコンセンサス メカニズムに依存しており、少数のバリデータがチェーンの整合性を維持し、チェーンのパフォーマンスをさらに最適化する責任を負っています。

Plasma は、メインチェーンからトランザクションの負担の多くを軽減することで、Ethereum のスケーラビリティを大幅に向上させる可能性を秘めており、より洗練され、リソースを大量に消費する分散型アプリケーション (dApps) がエコシステム内で繁栄するための道を開きます。

Lightning NetworkとPlasmaの比較

Lightning Network と Plasma は、レイヤー 2 スケーリング ソリューションに対する 2 つの異なるアプローチを表しており、それぞれが Bitcoin と Ethereum というそれぞれのブロックチェーンの特定の特性と要件に合わせて調整されています。

ビットコイン向けに設計されたライトニング ネットワークは、オフチェーン トランザクションを容易にするためにステート チャネルを活用します。このネットワークは、大量の小額トランザクションを迅速かつ経済的に処理するのに特に適しています。ユーザー同士が直接支払いチャネルを開くことができるため、ライトニング ネットワークはマイクロトランザクションと頻繁で低コストのやり取りを促進し、高頻度で低額のトランザクションを必要とするシナリオに最適なソリューションとなっています。ただし、事前資金調達チャネルの要件と、大きなチャネル残高に関連する潜在的なセキュリティ リスクのため、大規模なトランザクションには適さない可能性があります。

一方、Eth​​ereum 向けに設計された Plasma は、サイドチェーンのネットワークを活用して、メインチェーンから計算負荷を軽減します。これにより、分散型アプリケーションやスマート コントラクトに関連する複雑な操作に非常に適しています。Plasma チェーンは、単純な値の転送から複雑なスマート コントラクトのやり取りまで、さまざまなタスクを処理できます。ただし、Plasma の堅牢性にはある程度の複雑さが伴い、ネットワークの階層構造により、複数のサイドチェーン間の調整に課題が生じる可能性があることに注意することが重要です。

本質的には、ライトニング ネットワークとプラズマはどちらもブロックチェーンのスケーラビリティにおける大きな進歩を表しており、それぞれに長所と理想的な使用例があります。レイヤー 2 ソリューションが進化し続けるにつれて、より広範なブロックチェーン環境における多様なスケーラビリティ要件に対応する、より専門的な実装が登場する可能性があります。

実際の使用例と成功事例

レイヤー 2 ソリューションは単なる理論上の構成ではありません。すでにブロックチェーンの世界に具体的な影響を与え始めており、さまざまなアプリケーションで実用的な有用性を実証しています。

ライトニング ネットワークは、世界中のビットコイン ユーザーにマイクロ トランザクションを可能にし、現在何千ものノードとチャネルがアクティブになっています。注目すべきアプリケーションの 1 つがソーシャル メディア プラットフォームの Sphinx Chat です。このプラットフォームは、コンテンツ クリエイターのマイクロ ペイメントを容易にするためにライトニング ネットワークを統合しています。ユーザーとクリエイター間の直接的で低コストの支払いを可能にすることで、Sphinx Chat はソーシャル メディアの新しい収益化モデルを開拓しています。

オンライン小売業界では、決済処理業者の OpenNode が Lightning Network を活用して、即時かつ低料金の Bitcoin 取引を可能にしました。これにより、大企業から小企業まで、あらゆる企業がこれまで以上に経済的かつ効率的に Bitcoin 決済を受け入れることができるようになりました。

Plasma の有望な実装は Matic Network (現在の Polygon) で、これは Ethereum にスケーラブルで柔軟なレイヤー 2 フレームワークを提供します。Matic は Plasma のバリアントを利用することで、コストを削減しながらトランザクション速度を大幅に向上させることに成功し、スケーラビリティを求める分散型アプリケーションにとって魅力的なソリューションとなっています。

これらの成功事例は、ブロックチェーンのスケーラビリティを強化するレイヤー 2 ソリューションの大きな可能性を強調しています。これらのテクノロジーが進化し成熟するにつれて、より幅広いユースケースと、既存のブロックチェーン ネットワークへのより包括的な統合が期待できます。

レイヤー2ソリューションの将来

ブロックチェーン技術が進化し成熟するにつれ、レイヤー 2 ソリューションは、スケーラビリティの向上とブロックチェーン技術の大量導入の促進において、ますます重要な役割を果たすようになります。ただし、この取り組みはまだ初期段階にあり、探索と革新の機会が満ち溢れています。

1 つのエキサイティングな展望は、異なるブロックチェーン プラットフォーム間で機能する相互運用可能なレイヤー 2 ソリューションの開発にあります。このようなクロスチェーン レイヤー 2 ソリューションは、異なるブロックチェーン エコシステム間のシームレスな相互作用を可能にし、孤立したブロックチェーン アイランドを効果的に橋渡しし、より統一された強力なブロックチェーン ネットワークを作成します。

さらに、急速に成長している分散型金融（DeFi）の分野におけるレイヤー2ソリューションの応用は、有望な道を示しています。DeFiプラットフォームの複雑さと取引量が増加し続けるにつれて、レイヤー2ソリューションは、基盤となるブロックチェーンに過度の負担をかけずにこの需要の急増を処理する上で極めて重要になる可能性があります。

さらに、レイヤー 2 テクノロジの進歩により、スケーラビリティの制約により現在は実現不可能なブロックチェーン テクノロジの新しいアプリケーションへの扉が開かれる可能性があります。これらのアプリケーションは、分散型ソーシャル メディア プラットフォームからグローバル サプライ チェーン システムまで多岐にわたり、業界全体に革命を起こす可能性があります。

ただし、レイヤー 2 ソリューションは有望ではあるものの、万能薬ではないことを覚えておくことが重要です。各ソリューションにはトレードオフと課題が伴い、レイヤー 1 の最適化や新しいコンセンサス アルゴリズムなど、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させる他の方法を継続的に模索することが重要です。

結論として、レイヤー 2 ソリューションの進化は、進行中のブロックチェーン革命の重要な要素です。これらのテクノロジーは、ブロックチェーンを効率的かつ効果的に拡張できるようにすることで、ブロックチェーン テクノロジーが私たちのデジタル生活の構造に深く統合される未来への道を切り開きます。

オリジナル記事は当社のウェブサイトに掲載されています: www.cryptocurrencyguide.org