ブロックチェーンのトリレンマを超えて：レイヤー1とレイヤー2のソリューションが暗号資産の未来をどう形作るか

コアチャレンジ: なぜすべてのブロックチェーンが同じ問題に直面するのか

暗号通貨の爆発的な成長は、どのブロックチェーンも完全には解決していない根本的な問題を生み出しました。何百万ものユーザーが同時にネットワークに殺到すると、取引が劇的に遅くなります。ビットコインのネットワークはおおよそ1秒あたり7件の取引を処理しますが、イーサリアムは歴史的にさらに多くの混雑に苦しんできました。これはバグではなく、分散型ネットワークの動作方法の特徴です。

ブロックチェーンのトライレマは、ほとんどのネットワークが高い分散化、堅牢なセキュリティ、迅速なスケーラビリティを同時に達成できない理由を説明しています。彼らは2つを選択し、3つ目を犠牲にせざるを得ません。分散化とセキュリティを優先するブロックチェーンは、自然に取引を遅く処理します。取引を迅速に処理するものは、しばしばより多くの権力を集中させるか、セキュリティを弱めることになります。

レイヤー1対レイヤー2：根本的に異なる2つのアプローチ

トリレンマから解放されるために、開発者たちは2つの異なる道を追求しています。Layer 1ソリューションは、ブロックチェーンのコアアーキテクチャ自体、ルール、合意メカニズム、インフラストラクチャを修正します。Layer 2ソリューションは異なる方法で機能します：既存のブロックチェーンの上に構築された二次ネットワークで、基盤層を変更することなく計算の重い作業を処理します。

こう考えてみてください：Layer 1は、高速道路の全体構造を再設計して、より多くの車を処理できるようにすることのようなものです。Layer 2は、主要な高速道路の交通量を減らすために、並行して道路やシャトルシステムを構築するようなものです。

直接的アプローチ：レイヤー1スケーリングソリューション

コンセンサスメカニズムの切り替え

イーサリアムの2022年のプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行は、コンセンサスの変更がパフォーマンスにどのように影響するかを示しています。エネルギー集約型のマイニングをステーキングモデル(に置き換えることにより、バリデーターはコインをロックして報酬を得る)ことで、イーサリアムはデータ処理の能力を高めながら電力消費を削減しました。この単一の変更はスケーラビリティを完全に解決するものではありませんでしたが、さらなる改善のための基盤を築きました。

シャーディング: 問題を分割する

データベースをより小さく独立したセクションに分割し、同時にトランザクションを処理することを想像してください。それがシャーディングです。すべてのバリデーターがすべてのトランザクション(現在のモデル)を処理するのではなく、ネットワークはトランザクションを異なるシャードに分割します。ブロックチェーンが通常、1秒あたり100トランザクションを処理できる場合、64のシャードを使用したシャーディングは理論的に1秒あたり6,400トランザクションを処理できる可能性があります。

トレードオフは？シャーディングの実装には根本的な再構築が必要であり、シャードが不均衡になったり、シャード間の通信が失敗した場合にはリスクが伴います。

ブロックサイズ拡張

いくつかのブロックチェーンは、各ブロックに収まるトランザクションの数を単純に増やします。ブロックごとのトランザクションの数が多いほど、スループットは向上します。しかし、これは、検証ノードを運営する日常のユーザーにとって参入障壁を生み出します。より多くの計算能力が必要となるため、ノードを運営できる人が少なくなり、分散化が脅かされる可能性があります。

サイドチャネルアプローチ：レイヤー2スケーリングソリューション

ロールアップ: 現在の支配的なソリューション

ロールアップは、数百のトランザクションをオフラインで束ね、圧縮形式でLayer 1に送信します。500のトランザクションを収集し、それらを検証し、個別の記録ではなく要約のみをメインチェーンに送信することを想像してみてください。

二つのバリアントが支配している:

• オプティミスティックロールアップ (はArbitrumとOptimism)によって使用され、デフォルトでトランザクションが有効であると仮定します。誰でも不正なトランザクションを詐欺証明期間中に挑戦でき、常時検証ではなくインセンティブに基づく精査を通じてセキュリティを生み出します。

• ゼロ知識ロールアップ (zkSync、Scroll)は、暗号証明を使用してトランザクションの有効性を即座に確認し、異議申し立て期間なしでセキュリティを提供します。そのトレードオフは、より大きな計算の複雑さです。

サイドチェーン：独立した代替手段

ポリゴンのPoSネットワークは、イーサリアムに接続する独立したブロックチェーンであるサイドチェーンの例を示しています。メインネットよりも速く、安価ですが、重要な点は、それぞれが独自のバリデーターセットを管理し、自らのセキュリティを維持していることです。レイヤー1のセキュリティを受け継ぐロールアップとは異なり、サイドチェーンのセキュリティは独自のバリデーターに依存しています。この柔軟性はコストがかかり、ベースレイヤーと比較して若干のセキュリティ保証の低下を伴います。

ステートチャネル: トランザクションコンデュイット

ステートチャネルは、2つの当事者がオフチェーンで繰り返し取引を行い、メインブロックチェーン上でのみオープンおよびクローズバランスを決済することを可能にします。ビットコインのライトニングネットワークはこのように機能し、ほぼ無視できる手数料で即時支払いを可能にします。制限事項：ステートチャネルは、複雑なマルチパーティアプリケーションよりも、直接的なピアツーピアの相互作用に最適です。

ネストされたブロックチェーン：階層的スケーリング

親ブロックチェーンは、トランザクションを処理し結果を返す子チェーンに作業を委任します。イーサリアムのプラズマフレームワークはこのアーキテクチャを表しています。利点は柔軟性です。複数の子チェーンが異なるルールで実験できます。欠点は、親子間の通信サイクルにおける複雑さと潜在的な遅延が増すことです。

実際のトレードオフ: あなたが実際に得るものと失うもの

これらのアプローチの比較は、厳しい選択を明らかにします:

レイヤー1アップグレード

• 利点: チェーン上に構築されたすべてのアプリケーションのセキュリティを強化する
• デメリット: 実装が非常に難しい。大規模な変更にはネットワーク全体の合意が必要であり、しばしばコミュニティを分断する論争の多いハードフォークを引き起こす。

レイヤー2ソリューション

• 利点: メインチェーンを中断することなく迅速に展開できる; 重要な速度とコストの改善を提供する
• デメリット: ユーザーにとっての複雑さを追加する (ネットワーク間での資産のブリッジング); 複数のL2に流動性を断片化する; 多くが中央集権的なシーケンサーに依存しており、分散型Layer 1の検証と比較して潜在的な単一障害点を生み出す

なぜ両方必要なのか: ハイブリッドな未来

ブロックチェーン技術の進化は、単一の道筋をたどることはありません。むしろ、シャーディングのようなレイヤー1の改善が長期的なセキュリティ基盤を提供する一方で、レイヤー2ネットワークが今日の主流採用に必要な取引量を処理することを期待してください。

成熟したブロックチェーンエコシステムは、ハイブリッドとして機能する可能性が高い。

• セキュリティと決済のためのレイヤー1: ベースチェーンは最終的な真実の仲裁者として機能し、重要なトランザクションとセキュリティに関わる操作を処理します。
• スピードとアクセシビリティのためのレイヤー2: 複数のレイヤー2ネットワーク (ロールアップ、サイドチェーン、ステートチャネル、そしてネストされたブロックチェーン)は異なるユースケースに対応しています—いくつかはスピードに最適化されており、他はプライバシーや低料金のために最適化されています。

ユーザーは、プライバシーのためのゼロ知識ロールアップ、ゲームのスピードのためのサイドチェーン、支払いのためのステートチャネルなど、自分のニーズに最も合ったレイヤー2を通じてトランザクションをルーティングします。メインチェーンは、すべての基盤となるセキュリティ保証を提供します。

ブロックチェーンの導入に対する意味

ブロックチェーンのトリレンマは未解決のままであり、どのネットワークも三つの特性を均等にマスターしているわけではありません。しかし、2024年に出てきている解決策は、その質問自体が少し間違っているかもしれないことを示しています。すべてを一つのブロックチェーンに強制するのではなく、業界は補完的なシステムのスタックを構築しています。

レイヤー1の革新は、基盤が安全で信頼できることを保証します。レイヤー2のソリューションは、実際の使用のために取引を実用的にします。この関心の分離—基盤でのセキュリティ、より高いレベルでの速度—は、インターネット自体が異なるレイヤーが異なる責任を持つように設計されたことを反映しています。

未来のブロックチェーンは、絶対的な分散化で毎秒何百万ものトランザクションを処理する単一のネットワークではありません。それは、Layer 1が信頼を提供し、Layer 2がパフォーマンスを提供し、ユーザーが各瞬間の実際のニーズに基づいてそれらの間をシームレスにナビゲートするエコシステムです。