TL;DR
ブロックチェーン ネットワークの輻輳は、ネットワークに送信されたトランザクションの数がネットワークの処理能力を超えたときに発生します。
トランザクション アクティビティの増加、ブロック サイズの小ささ、ブロック時間の遅さは、ネットワークの輻輳の一因となる可能性があります。
ネットワークの混雑の結果、取引手数料の増加、取引確認の遅延、ユーザーエクスペリエンスの低下などが生じます。
2023年春、BRC-20トークンに関連する取引活動の増加により保留中の取引と手数料が急騰し、ビットコインネットワークが混雑しました。
ネットワーク輻輳とは何ですか?
ネットワークの輻輳は、ネットワークに送信されたトランザクションの数が、これらのトランザクションを処理するネットワークの能力を超えたときに発生します。この現象には、市場のボラティリティなどの外部要因や、ブロック サイズやブロック時間などの固有のネットワーク特性など、いくつかの要因が関係しています。
詳細に入る前に、ブロックチェーンにブロックが追加されるプロセスを調べることが重要です。
ブロックチェーン技術はどのように機能するのでしょうか?
ブロックチェーンはブロックのチェーンで構成され、各ブロックにはユーザーが作成したトランザクション データが含まれます。チェーンに追加される新しいブロックはそれぞれ永続的で変更できません。
これらのブロックは、各ノードがブロックチェーンのコピーを保存する分散型ネットワーク全体に伝播されます。暗号化とゲーム理論によって保護されたブロックチェーンは、ビットコインやイーサリアムなどの暗号通貨のバックボーンを形成します。
ブロックチェーン ネットワークが混雑する理由を完全に理解するには、ネットワークのトランザクション処理能力に影響を与える重要な概念、つまりメモリプール、候補ブロック、ファイナリティ、最長チェーン原則を調べる必要があります。
「mempool」とは何ですか?
メモリプールとは、次のブロックに含まれるのを待っている未確認のトランザクションの集合を指します。
たとえば、トランザクションがビットコイン ネットワーク上でブロードキャストされると、そのトランザクションはすぐにブロックチェーンに追加されるわけではありません。代わりに、まずは保留中のトランザクションをすべて待機させる場所である mempool (メモリ プールの略) に格納されます。トランザクションは、確認されるとすぐに mempool から削除されます。
「候補ブロック」とは何ですか?
候補ブロックは「提案ブロック」とも呼ばれ、マイナーまたはバリデータがブロックチェーンに追加することを提案するブロックです。これらのブロックには、ネットワークにブロードキャストされたがブロックチェーンに含まれていない未確認のトランザクションが含まれています。
候補ブロックが承認済みブロックになるためには、ブロックチェーンのコンセンサス メカニズムに従ってマイニングまたは検証される必要があります。たとえば、ビットコインのプルーフ オブ ワーク (PoW) コンセンサス メカニズムでは、マイナーが複雑な数学パズルを解くために競争します。最初にパズルを解いたマイナーは、候補ブロックをブロックチェーンに追加して報酬を獲得できます。
Ethereum の Proof of Stake (PoS) コンセンサス メカニズムでは、バリデータがランダムに選択され、候補ブロックを提案します。他のバリデータがブロックの有効性を証明します。ブロックが十分な証明を受け取ると、候補ブロックから確認済みブロックに移行します。
ブロックチェーンにおける「ファイナリティ」とは何ですか?
ファイナリティとは、トランザクションまたは操作が変更または取り消しできなくなることです。トランザクションがファイナリティを達成すると、ブロックチェーンに永久に記録され、変更または削除できなくなります。
ビットコインのブロックチェーンでは、トランザクションはネットワークにブロードキャストされ、メモリプールに追加されます。マイナーはこのプールからトランザクションを選択して検証し、ブロックチェーンに追加される新しいブロックに含めます。そのブロックに含まれるトランザクションは確認済みとみなされますが、理論的には他のマイナーが競合するブロックをマイニングすることは可能です。
トランザクションの最終性は、確認されたブロックの数に応じて高まります。ビットコインのトランザクションは、通常、これらのトランザクションを含むブロックにさらに 6 つのブロックが追加されると「最終」と見なされます。イーサリアムのブロック時間は短いため、「最終性」に対する同様のレベルの信頼性を達成するには、より多くの確認が推奨されます。
「最長チェーン」の原則とは何ですか?
上に示したように、複数のマイナーが同時に新しい有効なブロックを生成する可能性があります。これにより、ブロックチェーンに一時的なフォークが発生する可能性があります。
「最長チェーン」の原則とは、最も多くの計算作業が投入されたブロックチェーンが有効なバージョンであるというルールを指し、通常はブロックのチェーンが最も長いものになります。その結果、短いチェーン上の「有効な」ブロック (孤立ブロックまたは古いブロックと呼ばれることが多い) は破棄され、そのトランザクションはメモリプールに戻されます。
イーサリアムは、ネットワークがプルーフ・オブ・ワーク（PoW）を使用していたときに、最長チェーンの原則を採用しました。2022年にイーサリアムがプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に移行した後、ネットワークはチェーンの「重み」を測定する更新されたフォーク選択アルゴリズムを採用しました。これは、バリデーターがステークしたイーサリアム残高によって重み付けされたバリデーター投票の累積合計です。
ブロックチェーンネットワークの輻輳の原因は何ですか?
ブロックチェーン ネットワークの輻輳は、ネットワークに送信されるトランザクションの数がネットワークの処理能力を超えたときに発生します。
ブロックチェーン ネットワークが混雑する理由はいくつかあります。
需要の増加
ブロックチェーンにトランザクションを送信する人が増えると、メモリプール内の未確認トランザクションの数が 1 つのブロックに含めることができる数を超える可能性があります。これは、ブロック サイズとブロック時間に固有の制限があるブロックチェーンに特に関係します。
突然の価格変動によって取引が増加することはあり得ますが、その結果、取引活動が急増したり、大規模な採用サイクルの波が起こったりします。
小さなブロックサイズ
各ブロックチェーンには、ブロックの最大サイズを定義するブロック サイズがあります。このブロック サイズによって、ブロックに含めることができるトランザクションの数が制限されます。
たとえば、ビットコインは当初、ブロック サイズの制限が 1 MB になるように設計されていました。2017 年に、ビットコインはトランザクションのスループットを向上させるために、Segregated Witness (SegWit) と呼ばれるアップグレードを実装しました。これにより、理論上のブロック サイズの制限が最大約 4 MB まで増加します。
トランザクション数がこの制限を超えると、ネットワークの輻輳が発生します。
ブロック時間が遅い
ブロックタイムとは、ブロックチェーンに新しいブロックが追加される頻度を指します。ビットコインは約 10 分ごとに新しいブロックを追加します。トランザクションがはるかに速い速度と量で作成される場合、トランザクションのバックログが発生します。
ネットワーク輻輳の結果は何ですか?
ブロックチェーン ネットワークの輻輳は、ネットワークがスムーズに機能するのを妨げるいくつかの悪影響をもたらす可能性があります。
取引手数料の増加
マイナーは、より高い手数料を支払うことで、トランザクションを優先するインセンティブを得ます。そのため、ブロックチェーン ネットワークが混雑すると、マイナーがトランザクションを優先するようにインセンティブを与えるために、ユーザーはより高いトランザクション手数料を支払う必要が出てきます。これにより、特に小規模なトランザクションの場合、ブロックチェーンの使用コストが通常よりも高くなる可能性があります。
取引確認時間の遅延
ネットワークの混雑により、トランザクションの確認と確定までの待ち時間が長くなる可能性があります。極端な場合、トランザクションが数時間、数日、またはそれ以上確認されないことがあります。これにより、ユーザーにフラストレーションが生じる可能性があります。
ユーザーエクスペリエンスが悪い
手数料が高く、確認に時間がかかると、ユーザーエクスペリエンスが低下し、ブロックチェーンの採用と使いやすさが低下する可能性があります。
市場のボラティリティ
混雑は不確実性を増幅させ、市場のボラティリティを高める可能性があります。暗号通貨を売ろうとするユーザーが多いのに、ネットワークが混雑しすぎてこれらの取引を処理できない場合、ユーザーはパニックに陥り、保有している通貨をすぐに売却しようとする可能性があります。
セキュリティリスクやネットワーク集中化リスクなど、その他の影響もあります。具体的には、確認時間が長くなると二重支払い攻撃のリスクが高まり、手数料が高くなるとマイニングパワーの集中化につながる可能性があります。
ネットワーク輻輳の例
BitcoinとEthereumの両ネットワークで、重大なネットワーク輻輳が発生しています。
ビットコインネットワークの混雑
2017 年末から 2018 年初頭にかけてのビットコインの著しい価格上昇は、これまでで最も顕著なネットワーク混雑イベントの 1 つにつながりました。ビットコインの人気の急上昇により、需要と取引が大幅に増加し、大幅な遅延と目もくらむような取引手数料の増加が発生しました。ある時点では、平均取引手数料が 50 ドルを超えていました。
2023年春、BRC-20トークンに関連する取引活動の増加により、保留中の取引と手数料が急騰し、ビットコインネットワークが混雑しました。ある時点では、約40万件の未確認取引が記録され、メモリプールでボトルネックが発生しました。取引手数料は数週間以内に300％以上増加しました。
イーサリアムネットワークの混雑
イーサリアムネットワークの混雑の顕著な例は、2017年に「CryptoKitties」プロジェクトが流行し、ネットワークが大幅に遅くなったときです。また、DeFiブームによってネットワークが混雑し、ガス価格が上昇したこともあります。
どのブロックチェーン ネットワークも混雑する可能性があります。しかし、ビットコインとイーサリアムのネットワークにおけるネットワーク混雑の事例は、その人気と重要性により、より広範囲に影響を及ぼしたため、他のブロックチェーンよりも注目を集めています。
ネットワークの混雑を緩和するソリューション
ブロックチェーン ネットワークの輻輳に対処することは複雑な問題です。いくつかのアプローチがあり、それぞれに長所と短所があります。
ブロックサイズの増加
ブロック サイズを大きくすると、ブロックごとに処理できるトランザクションの数が増え、ネットワークのスループットが効果的に向上します。ただし、ブロックが大きくなるとネットワークを伝播するのに時間がかかるため、一時的なフォークのリスクが高まります。また、必要なストレージ スペースも大きくなるため、集中化が進む可能性があります。
ブロック時間の短縮
ブロック時間を短縮すると、ネットワークはトランザクションをより速く処理できるようになります。ただし、ブロック時間が短くなると、孤立したブロックの数が増え、セキュリティが損なわれる可能性があります。
レイヤー2ソリューション
これらのオフチェーン ソリューションは、メイン ブロックチェーンからトランザクションを処理し、最終状態をオンチェーンに記録します。Bitcoin の Lightning Network や Ethereum の Plasma は、これらのソリューションの例です。これらのソリューションはスケーラビリティを向上させることができますが、実装が複雑で、追加のセキュリティ問題が発生する可能性があります。
シャーディング
シャーディングとは、ブロックチェーンを複数の小さなシャードに分割し、それぞれがトランザクションとスマート コントラクトを処理できるようにする手法です。これにより、ネットワークの容量を大幅に増やすことができます。ただし、レイヤー 2 ソリューションと同様に、シャーディングによって複雑さが増し、追加のセキュリティ リスクも発生する可能性があります。
ネットワークの混雑に対するその他の潜在的な解決策としては、手数料の調整や、楽観的ロールアップやゼロ知識ロールアップなどのスケーリング ソリューションがあります。Proof of Stake (PoS) コンセンサス メカニズムは、通常、Proof of Work (PoW) よりも高速です。
終わりに
今後数年間でブロックチェーン技術がより多くのユーザーに採用されることが予想されるため、ネットワークの混雑問題が顕著になってきています。大量のトランザクションを効率的に処理するネットワークの能力は、幅広い採用と使いやすさにとって極めて重要です。これは、リアルタイムの日常的なトランザクションを促進することを目的としたブロックチェーン システムにとって特に重要です。
ブロックチェーン ネットワークの混雑は大きな課題をもたらしますが、コミュニティはこれらの問題を軽減するためのソリューションの開発を続けています。これが、ブロックチェーンのスケーラビリティ強化に関する研究が業界の最前線にある理由です。
参考文献
ブロックチェーンとは何か？どのように機能するのか？
ブロックチェーン取引手数料とは何ですか?
ビットコインをマイニングする方法
ビットコインの手数料対報酬比率はいくらですか?
免責事項とリスク警告：このコンテンツは、一般的な情報と教育目的のみで「現状のまま」提供されており、いかなる表明や保証もありません。財務、法律、その他の専門的なアドバイスとして解釈されるべきではなく、特定の製品やサービスの購入を推奨することを意図したものでもありません。適切な専門アドバイザーから独自のアドバイスを求める必要があります。記事が第三者寄稿者によって寄稿されている場合、表明された見解は第三者寄稿者のものであり、必ずしもBinance Academyの見解を反映するものではないことにご注意ください。詳細については、こちらで完全な免責事項をお読みください。デジタル資産の価格は変動する可能性があります。投資の価値は下落または上昇する可能性があり、投資額が戻ってこない可能性があります。投資決定はお客様自身の責任であり、Binance Academyはお客様が被る損失について責任を負いません。この資料は、財務、法律、その他の専門的なアドバイスとして解釈されるべきではありません。詳細については、利用規約とリスク警告をご覧ください。
