TL;DR
暗号通貨とブロックチェーンの人気は飛躍的に高まっており、ユーザー数と取引数も増えています。ブロックチェーンがいかに革新的であるかは容易に理解できますが、スケーラビリティ（増大する需要に対応しながらシステムを拡張する能力）は常に課題となっています。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、高いスループットを達成するのに苦労することがよくあります。
これはブロックチェーンのトリレンマとしてよく説明され、分散型システムが分散化、セキュリティ、スケーラビリティの同じレベルを同時に達成することは事実上不可能であると述べています。現実的には、ブロックチェーン ネットワークは 3 つの要素のうち 2 つしか備えられません。
しかし幸いなことに、何千人もの愛好家や専門家がスケーリング ソリューションに取り組んでいます。これらのソリューションの中には、メイン ブロックチェーン (レイヤー 1) のアーキテクチャを微調整するように設計されたものもあれば、基盤となるネットワーク上で動作するレイヤー 2 プロトコルをターゲットにしたものもあります。
導入
多数のブロックチェーンと暗号通貨が利用可能であるため、レイヤー 1 チェーンとレイヤー 2 チェーンのどちらを使用しているかわからない場合があります。ブロックチェーンの複雑さを隠すことには利点がありますが、投資または使用しているシステムを理解する価値はあります。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と、さまざまなスケーラビリティ ソリューションについて説明します。
ブロックチェーンのレイヤー 1 とレイヤー 2 とは何ですか?
レイヤー 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。これは、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す。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を指します。したがって、ビットコインがレイヤー 1 である場合、その上で実行されるライトニング ネットワークはレイヤー 2 の例です。
ブロックチェーン ネットワークのスケーラビリティの改善は、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。レイヤー 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、メインチェーンから離れた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?
大都市と急成長を遂げている郊外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。高速道路を通過する交通量が増加し、特にラッシュアワー時に渋滞が頻繁に発生するようになると、A 地点から B 地点までの平均移動時間が大幅に長くなる可能性があります。道路インフラの容量には限りがあり、需要は増え続けていることを考えると、当然のことです。
さて、当局は、より多くの通勤者がこのルートをより速く通れるようにするために何ができるでしょうか。解決策の 1 つは、高速道路自体を改良し、道路の両側に車線を追加することです。ただし、これは費用のかかる解決策であり、すでに高速道路を利用している人々にかなりの迷惑をかけることになるため、必ずしも現実的ではありません。代替案としては、創造性を発揮し、追加のサービス道路を建設したり、高速道路に沿ってライトレール交通路線を立ち上げるなど、コア インフラストラクチャの変更とは関係のないさまざまなアプローチを検討することです。
ブロックチェーン技術の世界では、主要な高速道路はレイヤー 1 (メイン ネットワーク) となり、追加のサービス道路はレイヤー 2 ソリューション (全体の容量を向上させるセカンダリ ネットワーク) となります。
Bitcoin、Ethereum、Polkadot はすべてレイヤー 1 ブロックチェーンと見なされています。これらは、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 ブロックチェーンであり、ネイティブの暗号通貨を備えています。ネイティブの暗号通貨は、通常、手数料の支払いや幅広いユーティリティの提供に使用されます。Polygon は、Ethereum 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 ネットワークは、定期的にチェックポイントを Ethereum メインネットにコミットして、その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、特定の時間枠内で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えると、レイヤー 1 ブロックチェーンは遅くなり、使用コストが高くなる可能性があります。これは、プルーフ オブ ステークではなくプルーフ オブ ワーク メカニズムを使用するレイヤー 1 ブロックチェーンに特に当てはまります。
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があるレイヤー 1 ネットワークの良い例です。どちらも、分散型コンセンサス モデルを通じてネットワークを保護します。つまり、すべてのトランザクションは、検証される前に複数のノードによって検証されます。いわゆるマイニング ノードはすべて、複雑な計算パズルを解くために競争し、成功したマイナーにはネットワークのネイティブ暗号通貨が報酬として与えられます。
言い換えれば、すべてのトランザクションは、承認される前に複数のノードによる独立した検証を必要とします。これは、不正な行為者による攻撃のリスクを軽減しながら、正しい検証済みデータをブロックチェーンに記録する効率的な方法です。ただし、Ethereum や Bitcoin のように人気のネットワークでは、スループットの需要がますます増大する問題になります。ネットワークが混雑すると、ユーザーは承認時間が遅くなり、トランザクション料金が高くなります。
レイヤー 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?
レイヤー 1 ブロックチェーンには、スループットと全体的なネットワーク容量を増やすことができるオプションがいくつかあります。プルーフ オブ ワークを使用するブロックチェーンの場合、プルーフ オブ ステークへの移行は、処理手数料を削減しながら 1 秒あたりのトランザクション数 (TPS) を増やすオプションになる可能性があります。それでも、暗号通貨コミュニティでは、プルーフ オブ ステークの利点と長期的な影響についてさまざまな意見があります。
レイヤー 1 ネットワークのスケーリング ソリューションは、通常、プロジェクトの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。Bitcoin の SegWit アップデートなど、一部の小さな変更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 8MB に増やすなどの大きな変更には、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。ネットワークの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。これは、ブロックチェーンの操作を複数の小さなセクションに分割し、データを順番にではなく同時に処理できるようにします。
レイヤー 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?
前述したように、レイヤー 2 ソリューションは、メイン チェーンと並行して、または独立して動作するセカンダリ ネットワークに依存します。
ロールアップ
ゼロ知識ロールアップ（最も一般的な種類）は、オフチェーンのレイヤー 2 トランザクションをまとめ、メインチェーンに 1 つのトランザクションとして送信します。これらのシステムは、有効性証明を使用してトランザクションの整合性をチェックします。資産はブリッジング スマート コントラクトを使用して元のチェーンに保持され、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。これにより、元のネットワークのセキュリティが確保され、リソースをあまり消費しないロールアップの利点が得られます。
サイドチェーン
サイドチェーンは、独自のバリデーターセットを持つ独立したブロックチェーン ネットワークです。つまり、メイン チェーン上のブリッジ スマート コントラクトは、サイドチェーン ネットワークの有効性を検証しません。したがって、サイドチェーンは元のチェーン上の資産を制御できるため、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封印し、オフチェーン トランザクション チャネルに接続します。これは通常、事前に合意されたスマート コントラクトまたはマルチ署名を介して行われます。次に、当事者は、基盤となる分散型台帳 (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。セット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、ネットワーク全体の容量が増加します。Bitcoin Lightning Network や Ethereum の Raiden などのソリューションは、ステート 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、メインの「親」ブロックチェーンの上にあ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従って動作します。メイン チェーンはトランザクションの実行には参加せず、その役割は必要に応じて紛争を解決することに限られています。日常的な作業は「子」チェーンに委任され、メイン チェーンで処理されたトランザクションが完了すると、子チェーンがメイン チェーンに返します。OmiseGO の Plasma プロジェクトは、レイヤー 2 ネストされたブロックチェーン ソリューションのインスタンスです。
レイヤー1およびレイヤー2スケーリングソリューションの制限
レイヤー 1 とレイヤー 2 の両方のソリューションには、独自の利点と欠点があります。レイヤー 1 を使用すると、大規模なプロトコルの改善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による変更を受け入れるように説得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したくない可能性がある例としては、プルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの変更が挙げられます。より効率的なシステムへの切り替えによりマイナーの収入が減り、スケーラビリティの向上に対する意欲が減退します。
レイヤー 2 は、スケーラビリティを向上させるためのはるかに迅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が大幅に失われる可能性があります。ユーザーは、Ethereum や Bitcoin などのネットワークの回復力とセキュリティの実績を信頼しています。レイヤー 1 の側面を取り除くと、効率とセキュリティのためにレイヤー 2 チームとネットワークに頼らざるを得なくなることがよくあります。
レイヤー 1 とレイヤー 2 の次は何が来るのでしょうか?
重要な疑問の 1 つは、レイヤー 1 がよりスケーラブルになるにつれて、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は改善され、新しいネットワークはすでに優れたスケーラビリティを備えて作成されています。ただし、主要なシステムのスケーラビリティが向上するには長い時間がかかり、保証されていません。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 ネットワークが特定のユースケースに合わせてサービスをカスタマイズできるようにすることです。
近い将来、Ethereum のような大規模なチェーンは、その大規模なユーザーおよび開発者コミュニティにより、依然として優位に立つ可能性が高いでしょう。しかし、その大規模で分散化されたバリデータ セットと信頼できる評判は、ターゲットを絞ったレイヤー 2 ソリューションの強固な基盤となります。
最後に
暗号通貨が始まって以来、スケーラビリティの向上を追求する中で、レイヤー 1 の改善とレイヤー 2 のソリューションという 2 つのアプローチが生まれました。多様な暗号通貨ポートフォリオをお持ちであれば、すでにレイヤー 1 とレイヤー 2 の両方のネットワークに触れている可能性が高いでしょう。これで、2 つの違いと、それぞれが提供するスケーリングへのさまざまなアプローチが理解できました。
