Layer 2スケーリングソリューションの理解

革新的な技術であるブロックチェーンは、スケーラビリティという大きな課題に直面しています。最大の暗号通貨であるビットコインとイーサリアムは、大量のトランザクションを迅速かつ手頃な価格で処理することに苦労しています。この制限は、その普及を妨げ、それらに構築できるアプリケーションの種類を制限します。Layer 2スケーリングソリューションは、この課題に対処するための有望なアプローチとして登場しました。このガイドでは、Layer 2ソリューション、そのさまざまな種類、利点、課題、およびブロックチェーンエコシステムへの影響について、グローバルな視点から包括的に概説します。

ブロックチェーンのスケーラビリティとは？

ブロックチェーンのスケーラビリティとは、セキュリティ、分散化、またはパフォーマンスを損なうことなく、ブロックチェーンネットワークが1秒あたりに処理できるトランザクション（TPS）の数を処理する能力を指します。スケーラビリティに対する主な課題は、多くの場合、「ブロックチェーントリレンマ」と呼ばれ、3つの側面（スケーラビリティ、セキュリティ、分散化）すべてを同時に最適化することは難しいと仮定しています。トランザクションスループットを増加させると、セキュリティまたは分散化のどちらかのコストがかかることがよくあります。

ビットコインのような従来のブロックチェーンは、TPSが限られており、特にネットワークの活動が活発な時期には、トランザクションの速度が遅く、トランザクション手数料が高くなる傾向があります。たとえば、ピーク時には、イーサリアムのガス代（トランザクションコスト）が高額になり、単純なトランザクションが非経済的になる可能性があります。これにより、世界中のユーザー、特に平均所得が低い地域でのアクセスが制限されます。

Layer 2ソリューションの必要性

Layer 2ソリューションは、メインブロックチェーン（Layer 1）からトランザクションを処理しながら、そのセキュリティと分散化の恩恵を受けることで、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させることを目指しています。これらのソリューションは、メインブロックチェーンの「道路」に沿って、より高速で安価なトランザクションを可能にする「高速道路」を効果的に作成します。

Layer 2スケーリングソリューションの主な目的は次のとおりです。

• トランザクションスループットの向上：1秒あたりにより多くのトランザクションを処理し、ネットワーク容量を向上させます。
• トランザクション手数料の削減：トランザクションコストを下げ、ブロックチェーンアプリケーションへのアクセスを容易にします。
• ユーザーエクスペリエンスの向上：より高速なトランザクション確認時間を提供し、全体的なユーザーエクスペリエンスを向上させます。

Layer 2スケーリングソリューションの種類

Layer 2ソリューションは、それぞれ独自の強みと弱みを持ついくつかのタイプに大別できます。

1. ステートチャネル

定義：ステートチャネルを使用すると、2人以上の参加者が、メインブロックチェーンに2つのトランザクション（チャネルを開くための1つと、閉じるための1つ）のみを送信しながら、オフチェーンで複数のトランザクションを実行できます。すべての中間トランザクションはオフチェーンで処理され、メインブロックチェーンへの負荷が大幅に軽減されます。

仕組み：当事者は、チャネルを開くために、メインチェーン上のスマートコントラクトに一定量の資金をロックします。その後、オフチェーンでトランザクションを相互に交換し、チャネルの状態を更新できます。完了したら、チャネルを閉じ、最終的な状態がメインチェーンに記録されます。

例：

• ライトニングネットワーク（ビットコイン）：高速で安価なビットコインのトランザクション、特にマイクロペイメント用に設計されたステートチャネルの顕著な例。ユーザーは、高いオンチェーン手数料を発生させることなく、多数の少額の支払いを行うことができます。
• Raiden Network（イーサリアム）：ライトニングネットワークと同様に、Raidenは高速で安価なイーサリアムのトランザクションを促進します。

利点：

• 高速：トランザクションは、オフチェーンでほぼ瞬時に処理されます。
• 低料金：チャネル内の各トランザクションのオンチェーントランザクション手数料を支払う必要がなくなります。
• プライバシー：チャネル内のトランザクションは、ブロックチェーン上で公的に表示されません。

制限事項：

• オンチェーンのインタラクションが必要：チャネルの開閉には、オンチェーンのトランザクションが必要であり、ネットワークの混雑度が高い時期にはコストがかかる可能性があります。
• チャネル参加者に限定：トランザクションは、チャネルの参加者間でしか実行できません。
• 資本効率：資金はチャネルにロックされている必要があり、資本効率が低下します。

2. サイドチェーン

定義：サイドチェーンは、メインチェーンと並行して実行され、2方向ペグを介してそれに接続された独立したブロックチェーンです。独自のコンセンサスメカニズムとブロックパラメータがあり、特定のユースケースに合わせて最適化できます。

仕組み：ユーザーは、ブリッジを使用して資産をメインチェーンからサイドチェーンに移動し、元に戻すことができます。次に、トランザクションはサイドチェーンで処理され、その潜在的に高いスループットと低い料金の恩恵を受けます。完了したら、資産をメインチェーンに戻すことができます。

例：

• Liquid Network（ビットコイン）：高速で機密性の高いビットコインのトランザクション用に設計されたサイドチェーンで、主に取引所やトレーダーが使用しています。
• Polygon（旧Matic Network）：DeFiやその他のアプリケーション向けの、より高速で安価なトランザクションを提供するイーサリアムサイドチェーン。
• SKALE Network（イーサリアム）：イーサリアムアプリケーションに弾力的なスケーラビリティを提供するモジュール型サイドチェーンネットワーク。

利点：

• スループットの向上：サイドチェーンは、より高いトランザクションスループットに最適化できます。
• カスタマイズ可能：サイドチェーンは、DeFiやゲームなどの特定のユースケースに合わせて調整できます。
• 低料金：サイドチェーンのトランザクション手数料は、通常、メインチェーンよりも低くなります。

制限事項：

• セキュリティに関する仮定：サイドチェーンには独自のコンセンサスメカニズムがあり、メインチェーンよりも安全性が低い場合があります。ユーザーは、サイドチェーンのセキュリティを信頼する必要があります。
• 集中化のリスク：一部のサイドチェーンは、メインチェーンよりも集中化されている場合があります。
• ブリッジの脆弱性：メインチェーンとサイドチェーンを接続するブリッジは、攻撃に対して脆弱になる可能性があります。

3. ロールアップ

定義：ロールアップは、トランザクションをオフチェーンで実行しますが、トランザクションデータをメインチェーンに投稿するLayer 2スケーリングソリューションです。これにより、メインチェーンのセキュリティを継承しながら、より高いスループットと低い料金を実現できます。

仕組み：トランザクションは単一のトランザクションにバンドル（ロールアップ）され、メインチェーンに送信されるため、オンチェーンで処理する必要があるデータの量が削減されます。ロールアップには、Optimistic RollupsとZero-Knowledge Rollups（ZK-Rollups）の2つの主要なフレーバーがあります。

ロールアップの種類：

a) Optimistic Rollups

メカニズム：Optimistic Rollupsは、トランザクションが他に証明がない限り有効であると想定しています。トランザクションデータをメインチェーンに投稿しますが、オンチェーンでトランザクションを実行しません。代わりに、誰でもトランザクションの有効性に異議を唱えることができるチャレンジ期間を許可します。トランザクションが無効であることが証明された場合、ロールアップはロールバックされ、不正なトランザクションにペナルティが科せられます。

例：

• Arbitrum（イーサリアム）：イーサリアムスマートコントラクトの汎用実行環境を提供することを目的としたOptimistic Rollup。
• Optimism（イーサリアム）：イーサリアムユーザーにスケーラブルで使いやすいエクスペリエンスを提供することに焦点を当てた別のOptimistic Rollup。

利点：

• スケーラビリティ：トランザクションスループットを大幅に向上させます。
• セキュリティ：メインチェーンのセキュリティを継承します。
• EVM互換性：Ethereum Virtual Machine（EVM）互換スマートコントラクトをサポートできます。

制限事項：

• チャレンジ期間：引き出しには比較的長い時間がかかる場合があります（例：7日間）チャレンジ期間のため。
• 不正行為の証明：無効なトランザクションを検出し、修正するには、不正行為の証明が必要です。

b) Zero-Knowledge Rollups (ZK-Rollups)

メカニズム：ZK-Rollupsは、トランザクションの有効性をオフチェーンで証明するために、ゼロ知識証明を使用してから、それらをメインチェーンに送信します。トランザクション自体の情報開示なしに、トランザクションの正確性を検証する暗号化証明（SNARKまたはSTARK）を生成します。次に、この証明がメインチェーンに投稿され、より高速で安全なトランザクション検証が可能になります。

例：

• zkSync（イーサリアム）：イーサリアムユーザーに高速で安価なトランザクションを提供するZK-Rollup。
• StarkWare（イーサリアム）：DeFiやゲームなど、さまざまなアプリケーションにスケーラブルなソリューションを提供するZK-Rollup。
• Loopring（イーサリアム）：分散型取引所（DEX）向けに設計されたZK-Rollup。

利点：

• スケーラビリティ：高いトランザクションスループットを提供します。
• セキュリティ：メインチェーンのセキュリティを継承します。
• 高速なファイナリティ：ゼロ知識証明の使用により、トランザクションはすぐに完了します。
• プライバシー：ゼロ知識証明は、トランザクションのプライバシーを強化できます。

制限事項：

• 複雑さ：ZK-Rollupsは、Optimistic Rollupsよりも実装が複雑です。
• 計算コスト：ゼロ知識証明の生成は、計算コストがかかる場合があります。
• EVM互換性：一部のZK-Rollupsでは、完全なEVM互換性がまだ開発中です。

4. Validium

定義：Validiumは、トランザクションをオフチェーンで検証するためにゼロ知識証明を使用するという点で、ZK-Rollupsに似ています。ただし、ZK-Rollupsとは異なり、Validiumはトランザクションデータをオフチェーンに保存し、通常は信頼できる第三者または分散型データ可用性委員会を使用します。

仕組み：トランザクションはオフチェーンで処理され、それらの有効性を証明するためにゼロ知識証明が生成されます。次に、証明がメインチェーンに送信され、トランザクションデータはオフチェーンに保存されます。ユーザーは、オフチェーンストレージプロバイダーからトランザクションデータを取得できます。

例：

• StarkEx（イーサリアム）：分散型デリバティブ取引にdYdXなど、さまざまなプロジェクトで使用されているStarkWareによって開発されたValidiumソリューション。

利点：

• スケーラビリティ：非常に高いトランザクションスループットを提供します。
• セキュリティ：トランザクションの検証にはゼロ知識証明を使用します。
• オンチェーンコストの削減：トランザクションデータをオフチェーンに保存することにより、オンチェーンコストを削減します。

制限事項：

• データの可用性：オフチェーンデータストレージの可用性に依存します。データが利用できない場合、ユーザーは資金にアクセスできなくなる可能性があります。
• 信頼の前提：オフチェーンデータストレージプロバイダーに関連する信頼の前提が導入されます。

最適なLayer 2ソリューションの選択

最適なLayer 2スケーリングソリューションの選択は、特定のユースケース、必要なセキュリティレベル、必要なトランザクションスループット、許容される複雑さなど、いくつかの要因によって異なります。次の質問を検討してください。

• 主なユースケースは何ですか？（例：DeFi、ゲーム、支払い）
• 必要なセキュリティレベルは何ですか？
• 必要なトランザクションスループットは何ですか？
• 実装とメンテナンスの予算はどのくらいですか？
• EVM互換性が必要ですか？

高いセキュリティと高速なファイナリティが必要なアプリケーションの場合、ZK-RollupsまたはValidiumが最適な選択肢となる場合があります。EVM互換性を優先し、より長い引き出し時間を受け入れる意思のあるアプリケーションの場合、Optimistic Rollupsの方が適している場合があります。単純な支払いアプリケーションでは、ステートチャネルで十分な場合があります。サイドチェーンは柔軟性を提供しますが、セキュリティと集中化のリスクを慎重に検討する必要があります。

Layer 2エコシステムと相互運用性

Layer 2エコシステムの成長に伴い、さまざまなLayer 2ソリューション間の相互運用性がますます重要になっています。ユーザーは、大きな摩擦に直面することなく、さまざまなLayer 2ネットワーク間で資産をシームレスに移動し、アプリケーションと対話できる必要があります。Layer 2の相互運用性を向上させるために、いくつかの取り組みが進行中です。これには以下が含まれます。

• クロスチェーンブリッジ：さまざまなLayer 2ネットワーク間の資産の転送を可能にします。
• アトミックスワップ：信頼できる仲介者を必要とせずに、さまざまなLayer 2ネットワーク間で資産を交換できるようにします。
• 標準化されたメッセージングプロトコル：さまざまなLayer 2ネットワーク間の通信とデータ共有を容易にします。

Layer 2スケーリングソリューションの未来

Layer 2スケーリングソリューションは、ブロックチェーン技術の未来において重要な役割を果たすように設定されています。ブロックチェーンの採用が拡大し続けるにつれて、スケーラブルで効率的なソリューションの必要性がさらに高まるでしょう。Layer 2ソリューションは、DeFiやゲームから支払い、サプライチェーン管理まで、幅広いアプリケーションをサポートするために必要なスケーラビリティを実現するための有望な道筋を提供します。Layer 2テクノロジーが成熟し、相互運用性が向上するにつれて、Layer 2ソリューションの採用が大幅に増加し、より広範なブロックチェーンエコシステムに統合されることが期待できます。

Layer 2スケーリングソリューションの開発と採用は、ブロックチェーン技術の可能性を最大限に実現し、その利点を世界中の視聴者に届けるために不可欠です。より高速なトランザクション時間からより低い料金まで、Layer 2ソリューションは、世界中のユーザーにとってよりアクセスしやすく、ユーザーフレンドリーなエクスペリエンスを提供します。テクノロジーが進化するにつれて、Layer 2ソリューションが効果的かつ安全に実装されるように、最新の開発とベストプラクティスに関する情報を入手することが重要になります。

グローバルな影響と採用

Layer 2ソリューションの影響は、単なる技術的な改善をはるかに超えています。それらは、ブロックチェーン技術をより広い世界中の視聴者にアクセス可能にするための鍵となります。Layer 2がグローバルな状況をどのように形成しているかの例を以下に示します。

• 金融包摂：トランザクション手数料を削減することで、特に従来の銀行サービスにアクセスできない発展途上国の個人にとって、マイクロトランザクションと国境を越えた支払いがより実行可能になります。東南アジアの農家が、法外な手数料を発生させることなく、ヨーロッパのバイヤーから直接支払いを受け取ることができると想像してください。
• 分散型金融 (DeFi) へのアクセス：スケーラビリティソリューションにより、DeFiが一般ユーザーにとってよりアクセスしやすくなります。Layer 1イーサリアムの高額なガス代により、多くの潜在的なユーザーが価格に困っています。Layer 2ソリューションにより、世界中のより多くの人々が貸付、借入、取引に参加できます。
• ゲームとNFT：Layer 2は、ブロックチェーンベースのゲームと非代替トークン（NFT）を有効にするために不可欠です。ゲーム内トランザクションを迅速かつ安価に実行できることは、ユーザーエクスペリエンスを向上させ、デジタル所有に新たな可能性を開きます。南米のゲーマーが、北米のプレイヤーとゲーム内資産をシームレスに取引することを考えてください。
• エンタープライズ採用：企業は、サプライチェーン管理、データ管理、およびその他のアプリケーションにブロックチェーンをますます検討しています。Layer 2ソリューションは、これらのアプリケーションをより実用的で費用対効果の高いものにし、さまざまな地域でのエンタープライズ採用を促進します。

課題と考慮事項

Layer 2ソリューションは多くの利点を提供しますが、潜在的な課題を認識することが不可欠です。

• セキュリティリスク：ほとんどのLayer 2ソリューションはLayer 1のセキュリティを活用していますが、ブリッジプロトコルとオフチェーンコンポーネントに関連する潜在的なリスクは常にあります。
• 複雑さ：Layer 2の実装と理解は複雑になる可能性があり、開発者とユーザーは新しいテクノロジーと概念を学習する必要があります。
• 断片化された流動性：流動性は、さまざまなLayer 2ネットワーク間で断片化される可能性があり、資産の取引がより困難になる可能性があります。
• 集中化に関する懸念：一部のLayer 2ソリューションは、他のソリューションよりも集中化されている可能性があり、検閲抵抗に関する懸念が生じています。

結論

Layer 2スケーリングソリューションは、ブロックチェーン技術の未来にとって不可欠です。Layer 1ブロックチェーンのスケーラビリティの課題に対処することにより、それらは、ブロックチェーンを世界中の視聴者にとってよりアクセスしやすく、手頃な価格で、ユーザーフレンドリーなものにします。課題は残っていますが、継続的な開発と研究により、これらのソリューションのパフォーマンス、セキュリティ、相互運用性が継続的に改善されています。ブロックチェーン技術が進化し続けるにつれて、Layer 2スケーリングソリューションは、その変革の可能性を実現する上で間違いなく重要な役割を果たすでしょう。

開発者、投資家、または単なるブロックチェーン愛好家であるかにかかわらず、Layer 2スケーリングソリューションを理解することは、絶えず進化するブロックチェーン技術の世界をナビゲートするために不可欠です。最新の開発とベストプラクティスに関する情報を入手することで、世界規模でのブロックチェーンの成長と採用に貢献できます。